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让视觉语言模型给机器人尝试打分:SPEAR操作成功率88.9%,比现有方法高23.8个百分点

Zewen Wu, Ruizhe Liu, Pei Zhou, Feng Chen, Yanchao YangHKU Musketeers Foundation Institute of Data Science, The University of Hong Kong
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这项预印本用视觉语言模型的比较判断代替人工编写奖励函数来训练机器人,并通过挑选问题让这一做法更便宜、更可靠,是机器人在现场自行学习新任务所需的基础技术。

研究问题

如果由视觉语言模型代替人来判断学习中的机器人两次尝试哪次更好,就不必手写奖励函数。能否把这种方式做得足够便宜可靠,用于真实机器人的在线训练。

问题

每次向视觉语言模型提问都有推理成本,而当两段画面几乎一样时模型常常拒绝回答,大量提问预算被浪费。训练初期机器人几乎是随机运动,展示给模型的片段信息量很少,学习迟迟无法起步。

既有方法

RL-VLM-F对随机挑选的片段对询问偏好;VLM-RM用画面与任务文本的嵌入相似度打分;Text2Reward让模型直接编写奖励代码;PEBBLE用基于熵的选择和脚本裁判做偏好学习。

新方法

SPEAR增加一个小型预测器,在提问前估计模型能否分辨两段片段,再与常规的不确定性分数结合,只提出既有信息量又能回答的问题。探索阶段先用模型根据任务描述生成的奖励起步,再切换到从偏好中学到的奖励模型,切换后用接力探索保持轨迹多样性。仿真中的裁判为InternVL3-78B,真机上为Qwen3-VL-8B。

结果

六项任务、五个随机种子的平均最终成功率为88.9%,RL-VLM-F为65.1%,Text2Reward为63.4%,PEBBLE为51.4%,VLM-RM为14.9%。MEKAWIRE按表格计算,与RL-VLM-F相差23.8个百分点(论文摘要写作23.3)。接触密集的任务差距最大:开抽屉达到86.4%,最强基线为34.8%。开窗任务上Text2Reward以87.7%高于SPEAR的84.9%。在开抽屉任务达到30%成功率时,SPEAR用了960次提问、拒答率29.6%,RL-VLM-F为1640次、55.5%;用时由13.6小时降至9.1小时,减少33.1%。五个开源视觉语言模型在保守提示下的偏好准确率平均为92.3%。在真实Mobile ALOHA左臂上,策略在开抽屉18200步、开窗16600步、推球12600步后收敛,分别用了720、660和500次比较。消融实验中,问题选择达到80.7%(随机14.0%),完整探索机制为88.3%(基线24.8%)。

局限

该研究为预印本。六项仿真任务来自较简单的桌面基准Meta-World,消融实验使用的是拟合模型行为的模拟裁判而非模型本身。真机实验中每回合由人工复位物体,出于安全限制了工作空间,且只报告收敛步数,没有测试成功率。按每步约1秒计算,仅开抽屉一项就约有5小时的机械臂运动(MEKAWIRE计算,不含复位)。论文摘要中的领先幅度与自身表格并不完全一致。

产业影响

希望机器人在现场无需奖励设计就能学会新任务的团队,从仓储拣选到服务机器人,都需要廉价的自动反馈。SPEAR表明,只要问题选得好,小型开源模型就能在本地工作站上承担这一角色;Qwen和InternVL等开源模型在实验中表现可用,对在本地部署、控制推理成本的国内具身智能企业有参考意义。目前属于研究工具,工厂应用需要自动复位和安全限制,预计至少两年。

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