探索具身智能新高度——机器人在数据收集与学习策略中的优势和机会

机器人在数据收集与学习策略中的优势和机会，聚焦具身智能与机器人操作的深度融合，深入探讨了Diffusion Policy、UMI数据收集框架和遥操作技术的应用潜力。

首先，协作机器人在力控技术、多模态感知和精准运动控制等领域的突破，为人形机器人的柔性关节设计和精确力感知提供了技术支持。其次，协作机器人积累的大量人机交互数据，以及在多种复杂场景下的应用经验，显著优化了人形机器人的控制算法和运动规划能力。

此外，协作机器人通过模块化设计和标准化硬件接口，加速了驱动器、传感器等关键组件的研发进程，为人形机器人实现灵活性和稳定性的提升创造了条件。尤其是在智能制造和服务机器人领域的广泛应用，促进了硬件成本的下降和性能的优化，为人形机器人大规模落地奠定了经济和技术

ROS强化学习机器人数字孪生通用平台介绍

ROS强化学习机器人数字孪生通用平台介绍

基于ROS的强化学习机器人数字孪生通用平台，整合了机器人控制、仿真和强化学习算法的全栈能力，为研究与开发提供了高效的实验环境。平台由以下部分组成：

硬件基础：平台核心包括一个7自由度的Franka机器人（FR3）以及深度视觉设备Azure Kinect DK（RGB-D传感器）。工作站搭载Nvidia RTX 3070/4090 GPU和高性能CPU，为实时计算和强化学习模型的高效运行提供支持。

系统架构：平台基于ROS框架，通过MoveIt实现运动规划与消息传递，可控制物理机器人或通过仿真工具（如Gazebo）建立的物理引擎进行精确模拟。

功能特点：数字孪生技术实现机器人控制和状态反馈的无缝连接，强化学习模型可在仿真环境中快速迭代，并直接部署至物理机器人，显著加速了机器人学习与验证流程。

Franka机器人在多模态智能控制中的作用

Franka Robotics的代表性产品Franka Research 3（FR3）因其七轴设计和高灵敏度力控功能，成为智多模态学习领域的核心平台。其突出表现包括：

• 精准的力控能力：0.05N的力敏感度使FR3能够在动态和复杂的任务中保持恒定精度。

• 强大的开发生态：兼容C++、ROS和MATLAB，用户可通过开放的Franka Control Interface（FCI）轻松实现深度定制开发。

• 多模态数据融合：通过视觉、触觉和力感知的实时结合，机器人能够高效完成复杂任务。

Diffusion Policy在机器人控制策略中的突破性应用

• 复杂行为生成：Diffusion Policy通过条件去噪扩散建模，将复杂任务的动作空间映射为多模态概率分布，从而生成稳定而鲁棒的行为。

• 低超参数依赖：该策略无需针对不同任务调整大量参数，大大降低了在多样化制造场景中的应用成本。

• 机器人操作实际表现：在双臂混合、披萨涂酱、果皮切削等场景中，Diffusion Policy展现了对视觉干扰和环境变化的强适应性，使机器人能够精准应对操作的不确定性。

UMI数据收集框架：优势与缺点

UMI（通用操控界面）数据收集框架成为本次会议的重要话题之一，其在多模态数据采集中的贡献与挑战被广泛讨论。

优势：

• 多源同步采集：UMI能够整合RGB图像、末端执行器姿态和夹持器宽度，生成高质量的数据用于策略学习。

• 隐式深度感知：通过创新性的广角镜头与立体视觉结合，UMI框架实现了低成本但高精度的环境感知。

• 实时反馈能力：UMI通过连续控制夹爪宽度实现动态任务适应，特别适合精密制造中的复杂操作。

缺点：

• 计算成本较高：UMI框架依赖视觉标定数据和复杂SLAM算法的可靠性，这对硬件性能要求较高，可能限制了场景验证和复现的普及。

• 依赖多模态数据一致性：在环境噪声较大的场景中，多模态数据的同步性容易受到干扰，可能影响学习策略的稳定性。

改进型FAST UMI的优势

上海AI实验室基于UMI开发的改进型FAST UMI框架成为会议热点。其主要改进包括：

• 优化的硬件模型：配置一台配置为超广角模式的GoProHero 9相机以1280×720的分辨率和60帧每秒（FPS）捕捉鱼眼图像，提供广泛的视野以全面覆盖场景。末端夹持兼容五种主流夹爪如ROBOTIQ-2F85.

• 简化数据梳理：通过RealSense T265捕捉手持夹具的六自由度姿态数据，将其转换为工具中心点（TCP）姿态，以表示人类演示的轨迹 。与UMI相比，消除了重建TCP轨迹所需的复杂后处理SLAM流程——complex post-processing SLAM pipeline，显著简化了数据处理，显著提升了机器人在未知场景中的学习效率。

• ROS节点框架：对于数据同步和ROS节点，为了协调来自多个传感器的数据采集，使用机器人操作系统ROS作为中间件，ROS提供了一个灵活的框架，用于开发机器人应用程序，能够实现各个节点之间的通信——这些节点是执行特定任务的独立进程，并确保来自多个来源的数据的精确同步。

• 硬件适配优化：针对主流工业机器人硬件，FAST UMI降低了计算需求，使其更适合大规模工业部署。

丰田研究院TRI的遥操作技术进展

丰田研究院（TRI）展示了结合遥操作与力控技术在机器人学习领域的最新成果。通过先进的力反馈遥操作设备，TRI实现了以下突破：

• 遥操作与自主学习的结合：TRI系统允许人类操作员通过力反馈设备直接控制机器人，同时记录高精度的操作数据用于策略优化。

• 更快的学习循环：结合遥操作生成的示例数据与强化学习算法，机器人能够在短时间内完成复杂任务的学习，如装配和物体操控。

• 增强的人机协作能力：通过模仿操作员的动作和力感知，机器人展现了接近人类技能的任务执行能力，推动了具身智能技术的前沿发展。

未来展望：具身智能与多模态开源数据的深度融合

1. 多模态技术的深化
   会议强调，具身智能的发展将继续依赖多模态技术的融合，尤其是在力控、视觉感知和触觉反馈的结合上。

2. 学习策略的融合应用
   随着Diffusion Policy和FAST UMI的应用推广，智能制造将进入一个更高效、更智能的阶段。多模态融合和实时数据处理的能力，将使机器人在具身操作领域有更广泛的应用。

3. 全球协作的加强
   借助Franka机器人等开放生态平台，国际研究机构和企业将在共享数据、开源模型和技术标准化方面展开更紧密的合作，共同推动具身智能领域的快速发展。

引领具身智能未来

Diffusion Policy算法为机器人制造领域注入了新活力，能够让机器人以更高效、更稳定的方式完成复杂任务。UMI框架及其改进版FAST UMI，通过多模态数据采集和策略优化，大幅加快了机器人的学习与部署进程。丰田研究院利用遥操作与力控技术的结合，展示了机器人学习从模仿到自主发展的新路径，为我们带来了全新的启发。