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A context-adaptive policy framework for robust and reactive robotic manipulation via uncertainty-aware imitation learning

Winter, Tim Robin und Klüpfel, Leonard und Meenakshi Sundaram, Ashok und Friedl, Werner und Roa Garzon, Máximo Alejandro und Stulp, Freek und Silverio, Joao (2026) A context-adaptive policy framework for robust and reactive robotic manipulation via uncertainty-aware imitation learning. Robotics and Autonomous Systems, 205, Seite 105649. Elsevier. doi: 10.1016/j.robot.2026.105649. ISSN 0921-8890.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
7MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921889026003210

Kurzfassung

Generating robust and reactive manipulation strategies that can adapt to changing context information is a challenging task in robotics. Over the years, Learning from Demonstration (LfD) has emerged as an intuitive and effective solution for generating reactive policies, particularly by following dynamical-system(DS)-based approaches. However, most state-of-the-art DS-based approaches focus on addressing the robustness limitations, overlooking the modulation of policies in response to the environment. As a result, they tend to be inflexible with respect to parameterization by task-dependent variables. In this work, we build on existing work on policy fusion and uncertainty quantification to propose a context-adaptive policy framework that combines task-parameterized, robust and reactive manipulation. For this, we use LfD to acquire a policy that is conditioned on the robot state and low-dimensional task-dependent parameters reflecting the environment. We combine the learned policy with additional uncertainty-aware policies using a Mixture of Experts (MoE) formulation to improve its out-of-distribution (OOD) robustness and convergence behavior. The approach is evaluated on the LASA handwriting dataset and on a real 7-DoF robot in three scenarios: force-conditioned grasping, manipulation of deformable food items and object-centric grasping.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/225946/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A context-adaptive policy framework for robust and reactive robotic manipulation via uncertainty-aware imitation learning
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Winter, Tim Robintim.winter (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0005-1062-6722222360093
Klüpfel, Leonardleonard.kluepfel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0002-9056-5912222360094
Meenakshi Sundaram, AshokAshok.MeenakshiSundaram (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9201-6947NICHT SPEZIFIZIERT
Friedl, WernerWerner.Friedl (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3002-7274NICHT SPEZIFIZIERT
Roa Garzon, Máximo AlejandroMaximo.Roa (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1708-4223NICHT SPEZIFIZIERT
Stulp, FreekFreek.Stulp (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9555-9517222360096
Silverio, Joaojoao.silverio (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1428-8933NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:24 Juli 2026
Erschienen in:Robotics and Autonomous Systems
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:205
DOI:10.1016/j.robot.2026.105649
Seitenbereich:Seite 105649
Verlag:Elsevier
ISSN:0921-8890
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Imitation learning; Learning from demonstration; Machine learning for robot control; Robotic manipulation; Dynamical systems; Uncertainty awareness
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Erklärbare Robotische KI, R - Autonomie & Geschicklichkeit [RO]
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013)
Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013) > Kognitive Robotik
Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013) > Perzeption und Kognition
Hinterlegt von: Winter, Tim Robin
Hinterlegt am:31 Jul 2026 10:31
Letzte Änderung:31 Jul 2026 10:32

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