FLORE 框架让人形机器人学会双手协同控制接触力

论文AI 评分 72/100arXiv cs.AI待复核
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一篇 arXiv 论文提出 FLORE 框架,用于学习力反应式人形机器人移动操作。数据采集不依赖机器人本体:用两个带力传感的 UMI 式手持夹爪记录手部运动与接触力旋量,用可穿戴追踪器记录身体运动。力反应扩散策略以视觉、本体感知和实测力旋量为输入,输出动作与每只手的力指令;混合柔顺全身控制器借助真实力/力矩传感器的力误差积分,让每只手沿指令方向精确跟踪力、在其他方向保持柔顺,同时维持平衡。仿真中该控制器能在全身运动精度几乎不损失的情况下跟踪不同大小与方向的手部力指令。在三项接触密集的真机任务中,力反应策略成功率为 80%,而用同一批演示训练、由同一控制器执行的位置策略仅为 26.7%。

全文梳理

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不依赖机器人的数据采集

FLORE 的数据来源刻意绕开了机器人本体。手部一侧使用两个带力传感的 UMI 式手持夹爪,同时记录手的运动轨迹和接触力旋量;身体一侧使用可穿戴追踪器记录躯干与四肢的运动。这样采集到的演示既包含动作,也包含任务中实际施加的力信息,而后者恰恰是纯运动学轨迹无法表达的。论文强调,人形机器人上的力往往需要双手与全身协同,单靠关节轨迹无法指定。这一设计的意义在于:训练数据不必来自昂贵的真机遥操作,手持夹爪与穿戴设备即可覆盖手部与身体两个层面。

策略与控制器的分工

系统分为策略与控制器两层。策略是力反应扩散策略,输入包括视觉、本体感知和实测力旋量,输出是动作以及每只手的力指令,也就是说力不是事后由控制器补上的,而是策略直接预测的目标。控制器是混合柔顺全身控制器,负责在维持平衡的前提下执行这些指令。它使用真实力/力矩传感器测得的力误差积分,让每只手沿指令方向精确跟踪力,而在其他方向上保持柔顺,避免刚性对抗。仿真结果显示,该控制器能够跟踪大小与方向各异的单手力指令,同时全身运动精度损失很小,说明力跟踪与平衡控制可以并存。

真机成功率对比

论文在三项接触密集的真机任务上做了验证。力反应策略在全部 rollout 中成功率为 80%;作为对照,位置策略使用同一批演示数据训练、由同一个控制器执行,成功率只有 26.7%。两组之间唯一的差别是策略是否接收并输出力信息,因此这一差距直接指向力反应能力本身,而不是数据质量或底层控制的差异。论文共 9 页、6 幅图,更多细节发布在项目网站上。

为什么值得看

人形机器人做接触密集任务时,只靠运动轨迹不够,这篇给出了把力指令纳入策略与全身控制的具体做法,并给出真机成功率对比。

论文

信源1 家

  1. [1]arXiv cs.AI一手信源Learning Force-Reactive Humanoid Loco-Manipulation

关键事实

  • 论文提出 FLORE 框架,目标是学习力反应式人形机器人移动操作[1]

  • 演示数据用两个带力传感的 UMI 式手持夹爪和可穿戴追踪器采集,采集时不需要机器人本体[1]

  • 力反应扩散策略输入视觉、本体感知与实测力旋量,输出动作和每只手的力指令[1]

  • 混合柔顺全身控制器利用真实力/力矩传感器的力误差积分实现单手力跟踪,同时保持平衡[1]

  • 三项接触密集真机任务中,力反应策略成功率 80%,位置策略为 26.7%[1]

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