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价值即记忆:面向通用机器人策略的在线价值引导后训练

Wenye Yu, Yijin Chen, Kaiyi Xiong, Wenbo Han, Wendi Chen, Yang Jin, Han Xue, Jun Lv, Cewu Lu, Chuan WenShanghai Jiao Tong University, Shanghai Innovation Institute, Noematrix
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上海交通大学团队的这篇预印本让通用机器人策略在工作中持续学习:把自身最近对任务进度的估计作为输入,并在执行任务的同时在线重训。在包括叠衣服在内的三项真实长程任务上,平均成功率比去掉进度记忆的同一系统高29.4个百分点,比传统批量重训高32.8个百分点。

研究问题

如果把策略自身的任务进度估计直接作为运行时输入,而不仅仅用作训练评分,能否区分外观相似但需要不同动作的状态?在真实机器人上做在线强化学习,能否让大型VLA策略的后训练更快、更省数据?

问题

通用机器人策略部署后要用自身尝试和人工纠正数据继续微调,这里有两个障碍。单帧画面往往看不出任务进行到哪一步,叠好一半和快叠完的衣服看起来相近,下一步动作却不同。现实中的后训练大多是批处理:采集、停机、重训、再部署,新失败的反馈滞后,每次策略迭代成本高。

既有方法

Physical Intelligence的RECAP方法(用于其pi0.6*模型)从示范、执行记录和人工干预中学习价值函数,用来给动作打优劣标签再做优势条件训练。价值估计只用于加工训练数据,运行时并不提供给策略,价值模型也只在离线训练轮次之间更新。

新方法

VaM(Value as Memory)引入“价值缓存”:把独立价值模型最近几次的进度预测与图像、关节状态一起输入动作模型,让策略知道进度是在上升、停滞还是下降。训练分四个阶段:示范初始化、离线强化学习预热、带人工纠正的在线DAgger、仅用稀疏成功信号的自主学习。数据采集、价值训练和策略训练并行进行。动作模型基于Physical Intelligence开源的pi0.5(20亿参数PaliGemma主干加3亿参数动作Transformer)。

结果

在单台真实机器人上的装箱子、叠衣服和磁吸玩具巴士组装任务中,VaM最后三个检查点的成功率分别为96.7%、88.9%和76.7%。去掉价值缓存的同一流程为81.7%、48.9%和43.3%,RECAP为71.7%、64.4%和43.3%。与预算匹配的离线强化学习相比,在线训练平均高出32.8个百分点,每个梯度步的实际耗时减少57.8%;装箱任务在相同梯度预算下迭代16次,离线方式只有2次。推理时换用旧版价值模型,三项任务成功率全部下降,说明缓存只有在价值模型跟上当前策略时才有效。

局限

作者承认方法依赖能准确跟踪进度的价值模型,因此离线预热不可省略;实验只用了一台机器人,多机规模化效果未验证。我们另外注意到:只有三项任务、评估回合有限,方差较大(无缓存的叠衣服波动正负30个百分点);自主阶段之前仍需人工干预;代码仅表示将会开源。

产业影响

利用部署数据做后训练,被机器人基础模型公司视为能持续积累优势的环节。VaM在Physical Intelligence开源权重上给出了迭代更快的替代方案,国内公司Noematrix参与其中,显示出国内商业化路径。对智元、银河通用、自变量等国内VLA团队以及物流和工厂集成商而言,把进度估计回馈给控制器是可直接借鉴的设计。预计12至18个月内会出现多机共享经验的版本。