Utilizing a robot in a new application requires the robot to be programmed at each time. To reduce such programmings efforts, we have been developing ``Learning-from-observation (LfO)'' that automatically generates robot programs by observing human demonstrations. One of the main issues with introducing this LfO system into the domain of household tasks is the cluttered environments, which cause difficulty in determining which elements are important for task execution when observing demonstrations. To overcome this issue, it is necessary for the system to have common sense shared with the human demonstrator. This paper addresses three relationships that LfO in the household domain should focus on when observing demonstrations and proposes representations to describe the common sense used by the demonstrator for optimal execution of task sequences. Specifically, the paper proposes to use labanotation to describe the postures between the environment and the robot, contact-webs to describe the grasping methods between the robot and the tool, and physical and semantic constraints to describe the motions between the tool and the environment. Then, based on these representations, the paper formulates task models, machine-independent robot programs, that indicate what to do and how to do. Third, the paper explains the task encoder to obtain task models and task decoder to execute the task models on the robot hardware. Finally, this paper presents how the system actually works through several example scenes.


翻译:应用机器学习训练家庭服务机器人需要对机器人进行手动编程,而每次编程都是一个大的挑战。为了减少这样的编程工作量,我们开发了“从观察到学习”系统,通过观察人类的表演自动生成机器人程序。将此LfO系统引入家庭任务领域的主要问题之一是杂乱的环境,杂乱的环境会使得观察表演时难以确定哪些元素对任务执行来说是重要的。为了解决这个问题,系统需要与人类演示者共享常识。本文讨论了LfO在家庭领域应专注于观察表演时需要关注的三种关系,并提出了描述演示者所使用的常识,以便对任务序列进行最优执行的表述。具体而言,本文提出了使用朗巴标记来描述环境和机器人之间的姿势、使用接触网来描述机器人和工具之间的抓取方法,以及使用物理和语义约束来描述工具和环境之间的运动。然后,基于这些表述,本文制定了任务模型,即机器无关的机器人程序,用于指示机器应该做什么和如何做。第三,本文介绍了任务编码器,用于获取任务模型和任务解码器,以在机器人硬件上执行任务模型。最后,本文通过多个示例场景介绍了系统的实际操作。

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