Robots working in real environments need to adapt to unexpected changes to avoid failures. This is an open and complex challenge that requires robots to timely predict and identify the causes of failures to prevent them. In this paper, we present a causal method that will enable robots to predict when errors are likely to occur and prevent them from happening by executing a corrective action. First, we propose a causal-based method to detect the cause-effect relationships between task executions and their consequences by learning a causal Bayesian network (BN). The obtained model is transferred from simulated data to real scenarios to demonstrate the robustness and generalization of the obtained models. Based on the causal BN, the robot can predict if and why the executed action will succeed or not in its current state. Then, we introduce a novel method that finds the closest state alternatives through a contrastive Breadth-First-Search if the current action was predicted to fail. We evaluate our approach for the problem of stacking cubes in two cases; a) single stacks (stacking one cube) and; b) multiple stacks (stacking three cubes). In the single-stack case, our method was able to reduce the error rate by 97%. We also show that our approach can scale to capture multiple actions in one model, allowing to measure timely shifted action effects, such as the impact of an imprecise stack of the first cube on the stacking success of the third cube. For these complex situations, our model was able to prevent around 75% of the stacking errors, even for the challenging multiple-stack scenario. Thus, demonstrating that our method is able to explain, predict, and prevent execution failures, which even scales to complex scenarios that require an understanding of how the action history impacts future actions.


翻译:在真实环境中工作的机器人需要适应意想不到的变化以避免失败。 这是一个公开而复杂的挑战, 需要机器人及时预测并找出失败的原因来防止失败。 在本文中, 我们提出一个因果方法, 使机器人能够预测错误可能何时发生, 并通过采取纠正行动防止发生错误。 首先, 我们提出一个基于因果的方法, 通过学习一个因果贝氏网络( BN) 来检测任务执行及其后果之间的因果关系。 获得的模型从模拟数据转移到真实的假设情况, 以显示获得的模型的稳健性和概括性。 在因果 BN 的基础上, 机器人可以预测执行的动作是否成功, 并且为什么在目前状态下。 然后, 我们提出一种新的方法, 通过对比性 Breadth- First-Search 来找到最接近的替代方法, 如果当前动作预计失败的话, 我们的方法将会找到最接近的替代方法。 我们用两个案例来评估堆积立方块问题的方法; (a) 第一次堆叠( 打碎一个立方) 和( backing) 能够 多个堆状) 第三个假设( ) (刷入三个立方形) ) 。 (甚至可以用三个立方) 来显示我们未来的假设情况。 在单形中, 我们的操作中, 我们的操作中可以显示一个动作的动作的动作的动作的动作的动作的缩缩缩缩缩缩缩缩缩算的动作, 以显示一个动作的缩算的缩到一个缩到一个缩到一个动作的缩略到一个动作。

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