强化学习 ( Reinforcement Learning )在机器人领域的应用实例

9 个月前 机器学习 161

Reinforcement Learning, 强化学习, 就是通过智能体与环境的交互,让智能体学习到最优的行动策略,以获得最大的累积奖励。

在机器人领域应用强化学习通常可以遵循以下步骤:

1. 定义问题和目标

  • 明确机器人需要完成的任务,例如行走、抓取物体、导航等。
  • 确定期望的性能指标,如速度、准确性、能耗等。

2. 建立环境模型

  • 对机器人所处的物理环境进行建模,包括地形、障碍物、目标位置等。
  • 考虑环境的不确定性和动态变化。

3. 设计动作空间

  • 确定机器人可以执行的动作集合,如关节的运动角度、速度等。

4. 定义奖励机制

  • 为机器人的每个动作设置奖励值,以引导其学习最优策略。
  • 奖励可以基于任务完成情况、距离目标的接近程度、动作的平滑性等。

5. 选择强化学习算法

  • 常见的算法有策略梯度算法(Policy Gradient)、Q-learning 等。
  • 根据问题的复杂度和数据量选择合适的算法。

6. 数据收集和训练

  • 让机器人在模拟环境或真实环境中进行交互,收集数据。
  • 使用收集到的数据对强化学习模型进行训练。

7. 模型评估和优化

  • 在模拟环境中对训练好的模型进行评估。
  • 根据评估结果调整模型参数、奖励机制或算法。

8. 部署到实际机器人

  • 将训练好的模型部署到真实的机器人系统中。

例如,在训练一个机器人抓取物体的任务中:

  • 问题定义为让机器人准确、快速地抓取不同形状和位置的物体。
  • 建立环境模型包括物体的位置、形状、桌面的摩擦力等。
  • 动作空间可以是机器人手臂各个关节的角度变化。
  • 奖励机制可以是成功抓取物体获得高奖励,碰撞到其他物体获得负奖励。

通过不断地重复上述过程,逐步优化强化学习模型,使机器人能够更好地完成指定任务。

强化学习在智能机器人研发领域广泛使用哦个的技术,以下是一些强化学习在机器人领域的应用实例:

双足机器人

  • Cassie机器人: 来自加拿大不列颠哥伦比亚大学计算机系和俄勒冈州立大学动力机器人实验室利用深度强化学习训练了Cassie的步态。它学会了多种行走技能如在传送带上平稳向前走、应对传送带突然加速(通过调节步伐大小与迈步频率)、在行走不稳一只脚踩到传送带边缘时走回中间、避开人类突然扔过来的木板、跨越路面障碍物、在传送带上倒着行走、侧体位横向行走等。

四足机器人

  • 迷你猎豹机器人(Mini Cheetah):麻省理工学院的研究人员通过强化学习帮助其提高速度。他们先在计算机中模拟现实世界的潜在场景,然后对机器人系统进行虚拟模拟培训。它可以在绕圈旋转,或者在冰、松散的砾石和斜坡上冲刺时加速;在训练后室内最高速度从每秒12英尺提高到每秒13英尺;在户外也能保持速度;在绊倒或肢体出现故障(如断腿)时能调整步态以最快的速度一瘸一拐地走;并且可以实时修改它的摆动方式以适应其路线的条件。

六足机器人

  • 在研究六足机器人运动规划时,强化学习被用于解决步态规划和腿部运动规划等问题。虽然文中没有给出具体的一个训练后达成某种特定能力的实例,但强化学习在其运动控制理论探讨中被广泛提及和应用设计。

机器狗

  • 腾讯robotics X机器人实验室将预训练AI模型和强化学习技术应用到机器人控制领域,让机器狗Max的灵活性和自主决策能力得到大幅提升,但具体达成的行为动作等细节没有过多披露。
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