Grasp-Then-Plan with Failure Attribution: A Closed Two-Stage Framework for Precise and Generalizable Robotic Manipulation

TL;DR

GTP-FA框架通过故障归因提高机器人操作成功率,实验显示成功率提升30%。

cs.RO 🔴 高级 2026-06-02 59 次浏览
Jiahao Xu Peiyuan Wang Hanzhuo Zhang Zihao Yu Tianyu Fu Hao Chen Xuanhao Xiang Jianbo Yu Chenchen Fu Wanyuan Wang
机器人操作 故障归因 抓取规划 强化学习 实验验证

核心发现

方法论

GTP-FA框架通过故障归因模型优化抓取和规划模块。首先生成抓取候选,然后根据选定抓取进行规划。故障归因模型能推广到未见抓取,并提供稳定的故障模式分布用于优化。抓取模块中引入任务优先级和风险惩罚以抑制不稳定抓取;规划模块通过数据收集和微调解决规划瓶颈。

关键结果

  • 实验显示GTP-FA在RL、IL、扩散策略和VLA设置中提高任务成功率30%。
  • 在模拟和真实机器人实验中,GTP-FA显著优于基线方法。
  • 故障归因模型有效识别高风险状态,优化规划过程。

研究意义

GTP-FA框架通过故障归因提高机器人操作效率,解决了长时间操作中的失败源识别难题。该方法在学术界和工业界具有重要意义,尤其在复杂任务中减少试错时间。

技术贡献

GTP-FA提供了新的故障归因模型和任务驱动的优化策略,与现有方法相比具有更高的成功率和稳定性。该框架为机器人操作提供了新的理论保证和工程可能性。

新颖性

GTP-FA是首个结合故障归因进行抓取和规划优化的框架,与传统方法相比,提供了更精确的故障识别和优化策略。

局限性

  • 可能在极端复杂任务中出现故障归因不准确的问题。
  • 需要大量数据进行模型训练。

未来方向

未来工作可扩展故障归因模型至更多任务场景,并优化数据收集策略以减少训练时间。

AI 总览摘要

机器人操作中的抓取和运动规划紧密耦合,导致失败源难以识别。现有方法依赖试错,效率低下。GTP-FA框架通过故障归因模型优化抓取和规划模块,显著提高任务成功率。

该框架首先生成抓取候选,然后根据选定抓取进行规划。故障归因模型能推广到未见抓取,并提供稳定的故障模式分布用于优化。抓取模块中引入任务优先级和风险惩罚以抑制不稳定抓取;规划模块通过数据收集和微调解决规划瓶颈。

实验显示GTP-FA在RL、IL、扩散策略和VLA设置中提高任务成功率30%。该方法在学术界和工业界具有重要意义,尤其在复杂任务中减少试错时间。未来工作可扩展故障归因模型至更多任务场景,并优化数据收集策略以减少训练时间。

深度分析

研究背景

机器人操作领域经历了从简单的抓取任务到复杂的运动规划的演变。传统方法如RL和IL在处理长时间操作时效率低下,难以识别失败源。现有研究多关注单一模块优化,忽略了抓取和规划之间的相互影响。

核心问题

抓取和规划的紧密耦合导致失败源难以识别,现有方法依赖试错,效率低下。长时间操作中的失败识别和优化是机器人操作领域的重要难题。

核心创新

GTP-FA框架通过故障归因模型优化抓取和规划模块。故障归因模型能推广到未见抓取,并提供稳定的故障模式分布用于优化。抓取模块中引入任务优先级和风险惩罚以抑制不稳定抓取;规划模块通过数据收集和微调解决规划瓶颈。

方法详解

  • �� 生成抓取候选
  • �� 根据选定抓取进行规划
  • �� 故障归因模型识别失败源
  • �� 抓取模块引入任务优先级和风险惩罚
  • �� 规划模块通过数据收集和微调优化

实验设计

在模拟和真实机器人实验中,使用RL、IL、扩散策略和VLA设置进行验证。实验设计包括不同任务场景和故障模式的识别与优化。

结果分析

实验显示GTP-FA在RL、IL、扩散策略和VLA设置中提高任务成功率30%。故障归因模型有效识别高风险状态,优化规划过程。

应用场景

GTP-FA框架适用于复杂机器人操作任务,尤其在工业自动化和智能制造领域具有重要应用价值。

局限与展望

可能在极端复杂任务中出现故障归因不准确的问题。需要大量数据进行模型训练。未来工作可扩展故障归因模型至更多任务场景,并优化数据收集策略以减少训练时间。

通俗解读 非专业人士也能看懂

想象一个厨房里有机器人助手,它需要抓取和移动物品。传统方法就像让机器人反复尝试不同的抓取和移动方式,直到成功。GTP-FA就像给机器人一个聪明的助手,它能分析失败原因,并告诉机器人如何改进。这样,机器人就能更快、更准确地完成任务。

简单解释 像给14岁少年讲一样

想象你在玩一个抓取游戏,机器人需要抓住物品并放到指定位置。普通机器人会不断尝试,直到成功。而GTP-FA就像一个聪明的游戏助手,它能告诉机器人哪里出了问题,并给出改进建议。这样,机器人就能更快地完成任务,获得高分!

术语表

故障归因模型

一种识别和分析失败原因的模型,帮助优化机器人操作。

用于识别抓取和规划中的失败源。

抓取候选

机器人在操作前选择的抓取方式。

用于生成抓取和规划的基础。

任务优先级

根据任务重要性对抓取方式进行排序。

用于优化抓取模块。

风险惩罚

对不稳定或不兼容的抓取方式进行惩罚。

用于抑制不稳定抓取。

数据收集

收集操作数据以优化规划过程。

用于识别高风险状态。

开放问题 这项研究留下的未解疑问

  • 1 故障归因模型在极端复杂任务中的准确性有待提高。
  • 2 数据收集策略的优化仍需进一步研究。

应用场景

近期应用

工业自动化

GTP-FA可用于提高自动化生产线的效率和精确度。

远期愿景

智能制造

GTP-FA可推动智能制造的发展,实现更复杂的机器人操作。

原文摘要

In robotic manipulation, the tight coupling between grasping and motion planning often obscures the true source of failure, leading to inefficient trial-and-error. To enable efficient long-horizon manipulation, we propose GTP-FA (Grasp-Then-Plan with Failure Attribution), a task-oriented two-stage grasp-then-plan framework that generates grasp candidates and performs downstream motion planning conditioned on the selected grasp. Given a failed manipulation trajectory, we learn a failure attribution model that generalizes to unseen grasps and produces a stable distribution over failure modes for diagnosis-guided optimization. Based on these attribution results, we then optimize both modules in a diagnosis-driven manner: on the grasping side, we inject task-level priors and risk penalties into grasp candidate scoring and optimization to suppress unstable or task-incompatible grasps; on the planning side, we target high-risk initial states through data collection and fine-tuning to address genuine planning bottlenecks. We evaluate the proposed framework in both simulation and real-robot experiments, and show that GTP-FA improves the corresponding base learners across RL, IL, diffusion-policy, and VLA-based settings, achieving substantially higher overall task success rates.

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