toy-sorting-env / VISION.md
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# Vision: SO-ARM 101 Toy-Sorting Pipeline
## End Goal
Train a manipulation policy that picks up colored toy objects and drops them
into matching colored trays, using imitation learning from teleoperated demos
recorded in Isaac Sim.
## Pipeline
```
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β”‚ 1. Simulate β”‚
β”‚ Isaac Lab ToySortingEnv (Python 3.11 / Isaac Lab 2.3.2) β”‚
β”‚ β€’ Wooden table + SO-ARM 101 β”‚
β”‚ β€’ 3 colored trays (red | green | blue) β”‚
β”‚ β€’ 9 colored toys (3 per color, randomized each episode) β”‚
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β”‚ Phase 2: ZMQ REP :5555
β–Ό
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β”‚ 2. Collect Demos β”‚
β”‚ LeRobot / SpaceMouse teleop client (Python 3.12) β”‚
β”‚ β€’ Sends joint targets to sim via ZMQ β”‚
β”‚ β€’ Streams obs/actions into LeRobot Dataset v3 format β”‚
β”‚ β€’ Pushes dataset to HuggingFace Hub β”‚
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β”‚ 3. Augment Dataset (optional) β”‚
β”‚ β€’ Background swap, color jitter, domain randomization β”‚
β”‚ β€’ Re-label with reward signal for RL fine-tuning β”‚
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β”‚ 4. Train Policy β”‚
β”‚ lerobot train policy=act (or diffusion_policy) β”‚
β”‚ β€’ Loads dataset from HuggingFace Hub β”‚
β”‚ β€’ Saves checkpoint to Hub β”‚
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β”‚ 5. Evaluate in Sim β”‚
β”‚ β€’ Roll out policy in ToySortingEnv β”‚
β”‚ β€’ Log success rate (sort 3 toys correctly in <60 s) β”‚
β”‚ β€’ Push eval metrics to HuggingFace Hub β”‚
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## Container Architecture
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β”‚ sim (isaac-lab:2.3.2, Python 3.11) β”‚ β”‚ train (python:3.12-slim + lerobot) β”‚
β”‚ Isaac Lab ToySortingEnv │◄──►│ LeRobot training / data collection β”‚
β”‚ ZMQ REP server :5555 (Phase 2) β”‚ZMQ β”‚ IsaacGymClient gymnasium wrapper β”‚
β”‚ X11 GUI for visualization β”‚ β”‚ HuggingFace dataset push β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜
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## Phases
| Phase | Status | Description |
|-------|--------|-------------|
| 1 | **Done** | Isaac Lab env with real USD assets; X11 visualization |
| 2 | Scaffolded | ZMQ bridge + LeRobot demo collection client |
| 3 | Planned | Dataset augmentation pipeline |
| 4 | Planned | ACT / Diffusion Policy training with LeRobot |
| 5 | Planned | Closed-loop evaluation + HF metrics push |
## Asset Strategy
Assets live outside git (large binary files). Two distribution paths:
1. **Developer machine**: `python assets/download.py --extract` copies the
needed USD files from the local `Lightwheel_Xx8T7EPOMd_KitchenRoom/` pack.
2. **Docker / CI**: `python assets/download.py --download` fetches the
pre-extracted subset from HuggingFace Hub (`HF_ASSET_REPO` env var).
Neither the git repo nor the Docker image contains asset files directly.
## Success Metric (Phase 5 target)
> Place all 9 toys into their correct color-matched tray within 60 seconds,
> measured over 50 random seeds. Target success rate β‰₯ 80 %.