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KinoGen:用机器人自身视频生成人形机器人全身操作参考动作

Qi Wu, Lulu Zhao, Sanghyun Hahn, Rishi Yennu, Emmy Yang, Dingqi Zhang, Tao Pang, Jiuguang Wang, Kuan FangCornell University; Multiply Labs
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康奈尔大学与Multiply Labs发布预印本,用生成的机器人自身视频重建人形机器人全身、手和物体轨迹。由此训练的跟踪策略成功率57%,此前最佳方法为42%。

研究问题

能否不经过人体动作和重定向,直接用预训练视频生成模型为特定人形机器人、在精确任务布局中生成全身、手部和物体参考动作,并允许用户指定精确目标姿态?

问题

人形机器人通过强化学习跟踪参考轨迹来学习移动操作,但每条参考都要针对一种机型和一个场景同步身体、手指和物体。人类示范需要重建和重定向,会带来形体误差;遥操作覆盖不同物体、布局和目标的成本很高。

既有方法

现有方法或生成人与物体交互视频再把人体动作重定向到机器人(GenMimic、GRAIL),或生成机器人视频但仍借助人体姿态估计恢复动作(GenHOI)。机器人运动学约束都只能在生成之后满足,表现为穿模、脚部滑动和接触丢失,也无法指定物体的精确终点位置。

新方法

KinoGen用真实机器人和物体模型,从两台标定相机视角渲染仿真任务场景,以此作为视频生成条件;再把同一套机器人、手和物体模型拟合到生成的双视角视频上,并用身体、手部和物体先验初始化,结合掩码、点跟踪和深度优化,使结果天然位于机器人构型空间内。用户在仿真器中编辑关键帧后,系统围绕该帧重新生成视频,并以约束重建精确满足指定姿态。

结果

在配备两只6自由度灵巧手的宇树G1上测试八项任务:穿模2.30厘米(基线3.06至10.55厘米),脚部滑动每秒4.09厘米(基线5.11至9.95),接触保留率91.16%(GRAIL为69.40%、GenHOI为43.91%、GenMimic为13.57%)。由此训练的跟踪策略成功率57%,对应基线为42%、11%和31%。在30个目标的放瓶任务中,KinoGen全部精确命中,桌面最大穿透2.7至21.0毫米;直接末端插值虽命中目标,手却穿入桌面约139至147毫米。四项任务在实体机器人上运行,但论文未给出实机成功率。

局限

该研究为预印本。作者承认严重遮挡会导致重建失败,参考动作质量和多样性受限于视频生成模型,关键帧约束只保证姿态而不保证物理可执行性。仿真成功率57%距离部署仍远,实机部分只有演示没有量化结果。

产业影响

全身操作数据是宇树、智元、优必选等国内人形机器人企业的共同瓶颈,目前多依赖动作捕捉和遥操作数据工厂。若能在客户现场的精确布局中直接为机器人本体生成参考动作,新增任务的成本将从数天遥操作变成算力开支。未来一至两年最先受益的是仿真与数据工具厂商以及使用G1的研究团队,工厂落地需要成功率大幅提升。

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