在仿真环境中训练机器人策略,提升现实世界适应性。
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概览
虽然预编程机器人可能适用于特定的重复性任务,但它们有一个关键缺点。它们在设定的环境中使用固定的指令运行,这限制了它们对意外变化的适应性。
AI 驱动的机器人通过基于仿真的学习克服了这些限制,使它们能够在动态条件下自主感知、规划和行动。它们可以运用习得的策略 (导航、操作等行为模式) 来获取并完善新技能,从而在部署到现实世界之前,提升在各种情况下的决策能力。
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使用仿真优先的方法并行训练数百或数千个机器人实例,结合 AMR、机械臂和人形机器人的真实机器人数据和合成数据。
在物理精准的仿真环境中训练机器人,帮助它们适应新的任务变化,并缩小仿真与现实的差距。
测试潜在的危险场景,而不会危及人员安全或损坏设备
通过生成大量合成数据、在仿真环境中验证经过训练的机器人策略并加速在机器人上部署,避免现实世界中高昂的数据采集和标记成本。
技术运用
典型的端到端机器人工作流包括数据处理、模型训练、在仿真环境中验证以及在真实机器人上部署。
数据处理:为了填补数据缺口,可使用多样化的高质量数据集,将互联网规模的数据、合成数据以及真实机器人数据相结合。开发者可以使用视频增强技能对合成数据进行大规模管理、扩展和评估,这些数据可在 Isaac Lab-Arena 中进行微调和策略评估。
在仿真环境中进行训练和验证:机器人需要针对任务定义的场景进行训练和部署,并且需要真实世界状况的精确虚拟表示。NVIDIA Isaac™ Lab 是一个开源的机器人学习框架,它采用模块化方式,运用强化学习和模仿学习技术来帮助训练机器人策略。
Isaac Lab 与 NVIDIA Isaac Sim™ 原生集成,后者是一个基于 NVIDIA Omniverse™ 库构建的开放式参考机器人仿真应用,使用 GPU 加速的 NVIDIA PhysX® Physics 和 RTX™ 渲染实现高保真验证。借助该统一框架可以在轻量级仿真环境中快速设计策略原型,然后再部署到生产系统。这些工作流对智能体友好,具有标准连接器和技能,帮助开发者更快上手。
Isaac Lab-Arena 是一个基于 Isaac Lab 构建的开源框架,用于在仿真环境中进行可扩展的策略评估,从而提供简洁的 API 以简化任务管理和多样化。
NVIDIA Cosmos 3 是非常先进的基础模型,用于构建物理 AI 模型并为闭环仿真生成大规模数据。
在真实机器人上部署:经过训练的机器人策略和 AI 模型可以部署到 NVIDIA Jetson™ 机器人计算机上,提供自主操作所需的性能和功能安全性。
虽然模仿学习让人形机器人能够通过复制专家示范来发展新技能,但收集现实世界数据集通常成本高昂且耗费人力。
为了克服这一挑战,开发者可以使用基于 NVIDIA Cosmos™ 构建的 NVIDIA Isaac GR00T-Dreams blueprint,生成大型、多样化的合成运动数据集用于训练。
这些数据集随后可用于在 Isaac Lab 中训练 Isaac GR00T 开放基础模型,从而实现通用人形机器人推理和稳健的技能获取。
使用 Isaac Lab 进行高保真物理仿真、执行奖励计算,并在模块化、可定制的环境中实现感知驱动的强化学习 (RL)。
首先在多种环境中配置各种机器人、定义 RL 任务,并使用 GPU 优化的库,例如 RSL RL、RL-Games、SKRL 和 Stable Baselines3 (均获得 Isaac Lab 原生支持) 训练模型。
Isaac Lab 提供灵活的任务工作流 (可以是直接的或基于管理器的),让您能够控制训练工作的复杂性和自动化程度。
您还可以使用 Newton 这一基于 NVIDIA Warp 构建的开源 GPU 加速物理引擎,进行高速、物理精准、可微分的仿真。
此外,NVIDIA OSMO (开源智能体编排工具) 能够跨多 GPU 和多节点系统高效地扩展和管理复杂、多阶段和多容器的机器人工作负载。它以 CLI 的形式提供,帮助 AI 编码智能体将提示转化为可运行的流程 —— 从合成数据生成、模型训练,到 SIL 和 HIL 评估 —— 且无需具备基础设施方面的专业知识。这可以显著加速大规模机器人学习策略的开发和评估。
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合作伙伴生态系统
传统机器人通常使用固定脚本控制,由工程师手动编写分步指令和规则。例如,“移动到这个确切位置,如果这个传感器值高于阈值,则闭合夹爪。”而仿真环境中的机器人学习会训练 AI 策略,将传感器输入 (如摄像头图像和关节状态) 映射到动作。这使得机器人能够在部署之前在虚拟环境中自主地感知、规划和行动,并适应未明确编程的变化。
基于仿真的学习适用于多种应用场景,包括自主移动机器人、自动驾驶汽车、机械臂和人形机器人。典型任务包括导航、移动、物体操作,以及工厂、仓库、医院和零售空间中的协同工作流。
Isaac Sim 提供高保真物理和传感器仿真,而开源的 Isaac Lab 将其扩展到数千个并行的 GPU 加速环境。它们共同生成海量的合成数据,以微调 Isaac GR00T 开放式视觉-语言-动作模型。这使得开发者能够在现实世界部署之前,在仿真环境中教授机器人任务和机器人特定技能。
一个常见的工作流从处理来自真实机器人、合成数据和互联网规模来源的多样化数据开始。然后在 Isaac Lab 和 Isaac Sim 中训练并验证策略,最后部署在 NVIDIA Jetson 等机器人计算机上进行实际操作。
在物理精准的仿真环境中训练并验证策略,让团队能够安全地测试极端情况、危险场景和罕见事件。这减少了对大量机器人实验的需求,降低了硬件损耗和风险,并有助于更可靠地将策略转移到真实环境中。
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NVIDIA RTX Blackwell 系列 GPU 可加速各种工业数字化、机器人仿真和合成数据生成工作负载。