Learning-based control approaches have shown great promise in performing complex tasks directly from high-dimensional perception data for real robotic systems. Nonetheless, the learned controllers can behave unexpectedly if the trajectories of the system divert from the training data distribution, which can compromise safety. In this work, we propose a control filter that wraps any reference policy and effectively encourages the system to stay in-distribution with respect to offline-collected safe demonstrations. Our methodology is inspired by Control Barrier Functions (CBFs), which are model-based tools from the nonlinear control literature that can be used to construct minimally invasive safe policy filters. While existing methods based on CBFs require a known low-dimensional state representation, our proposed approach is directly applicable to systems that rely solely on high-dimensional visual observations by learning in a latent state-space. We demonstrate that our method is effective for two different visuomotor control tasks in simulation environments, including both top-down and egocentric view settings.


翻译:以学习为基础的控制方法在直接执行由真实机器人系统的高维感知数据产生的复杂任务方面显示了巨大的希望;然而,如果系统的轨迹偏离培训数据分布,从而可能损害安全,那么,学习的控制控制器可能会出人意料地采取行动;在这项工作中,我们提议了一个控制过滤器,将任何参考政策包起来,并有效地鼓励系统在离线收集的安全演示方面保持分布;我们的方法受到控制屏障功能(CBFs)的启发,这是来自非线性控制文献的模型工具,可用于构建最小侵入性的安全政策过滤器。虽然基于 CBFs的现有方法需要已知的低维状态表达方式,但我们提议的方法直接适用于仅仅依靠在潜伏状态空间学习的高维观观测的系统。我们证明我们的方法在模拟环境中,包括自上而下和以自我为中心的视觉环境,对两种不同的面动控制任务是有效的。

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