血管ロボット支援下手技のための平滑勾配付き保守的Actor-Criticによるスキル学習
CASOG: Conservative Actor-critic with SmOoth Gradient for Skill Learning in Robot-Assisted Intervention
血管ロボットシステムにおける人手デモンストレーションからオフライン強化学習で操作スキルを学ぶ手法CASOGを提案し、分布シフトと過学習に対処してガイドワイヤを94%の成功率で目標に到達させた。
著者: Hao Li, Xiao-Hu Zhou, Xiao-Liang Xie, Shi-Qi Liu, Zhen-Qiu Feng, Zeng-Guang Hou
分類: cs.RO
原文アブストラクト
Robot-assisted intervention has shown reduced radiation exposure to physicians and improved precision in clinical trials. However, existing vascular robotic systems follow master-slave control mode and entirely rely on manual commands. This paper proposes a novel offline reinforcement learning algorithm, Conservative Actor-critic with SmOoth Gradient (CASOG), to learn manipulation skills from human demonstrations on vascular robotic systems. The proposed algorithm conservatively estimates Q-function and smooths gradients of convolution layers to deal with distribution shift and overfitting issues. Furthermore, to focus on complex manipulations, transitions with larger temporal-difference error are sampled with higher probability. Comparative experiments in a pre-clinical environment demonstrate that CASOG can deliver guidewire to the target at a success rate of 94.00\% and mean backward steps of 14.07, performing closer to humans and better than prior offline reinforcement learning methods. These results indicate that the proposed algorithm is promising to improve the autonomy of vascular robotic systems.
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