Robots need to manipulate objects in constrained environments like shelves and cabinets when assisting humans in everyday settings like homes and offices. These constraints make manipulation difficult by reducing grasp accessibility, so robots need to use non-prehensile strategies that leverage object-environment contacts to perform manipulation tasks. To tackle the challenge of planning and controlling contact-rich behaviors in such settings, this work uses Hybrid Force-Velocity Controllers (HFVCs) as the skill representation and plans skill sequences with learned preconditions. While HFVCs naturally enable robust and compliant contact-rich behaviors, solvers that synthesize them have traditionally relied on precise object models and closed-loop feedback on object pose, which are difficult to obtain in constrained environments due to occlusions. We first relax HFVCs' need for precise models and feedback with our HFVC synthesis framework, then learn a point-cloud-based precondition function to classify where HFVC executions will still be successful despite modeling inaccuracies. Finally, we use the learned precondition in a search-based task planner to complete contact-rich manipulation tasks in a shelf domain. Our method achieves a task success rate of $73.2\%$, outperforming the $51.5\%$ achieved by a baseline without the learned precondition. While the precondition function is trained in simulation, it can also transfer to a real-world setup without further fine-tuning.


翻译:机器人需要在诸如书架和柜子等受限制的环境中操控物体,协助人类日常生活环境,如住宅和办公室。这些制约因素使操纵变得困难,因为减少掌握机会,因此机器人需要使用利用物体-环境接触来完成操纵任务的非恐怖战略。为了应对在这种环境中规划和控制接触丰富行为的挑战,这项工作使用混合部队-风险主计长(HFVC)作为技能代表,并用学习的先决条件规划技能序列。虽然HFVC自然能促成强大和兼容的接触丰富行为,但合成它们的解决方案历来依赖精确的物体模型和对物体构成的闭路反馈,而在封闭造成的限制环境中很难获得这些模型和反馈。我们首先放松HFVC对精确模型和在这种环境中的反馈的需求,然后学习基于点的基点的先决条件功能,将HFVC处决在不准确的情况下仍然成功的地方进行分类。最后,我们使用基于搜索任务规划的解决方案的先决条件,即基于精确的物体模型模型和闭路的闭路面反馈,在封闭的环境中完成精细的操纵任务。我们的方法也可以在经过培训的前提下实现一个成功的模型化的升级。

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