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VLRLA:通过上下文强化学习实现视觉-语言-动作模型的部署期自适应

Diyuan Shi, Yiqi Tang, Hongyin Zhang, You Wu, Donglin WangWestlake University and Zhejiang University
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给pi0.5机器人策略加上一个能从近期尝试和奖励中学习的记忆模块后,在不改动任何模型权重的情况下,RoboTwin上12项任务的平均成功率从50.9%升至63.4%,略高于GRPO强化学习微调的60.0%。西湖大学的预印本还展示了真实Franka机械臂在四次尝试中逐步提高放水果的成功率,指向无需等待重训、在现场自适应的机器人。

研究问题

预训练的视觉-语言-动作模型能否在部署期间,仅依靠自身动作、奖励和回合终止的历史来改进任务表现,而无需在线强化学习所需的梯度更新、调参和算力?

问题

基于示范训练的机器人策略在现场遇到新的相机角度、光照、物体和措辞时,没有办法从错误中学习。在线强化学习或人工纠正可以弥补,但需要更新权重,数据采集耗时几十分钟到数小时,需要针对任务调参,而且每个现场各得到一个模型,难以在多任务间扩展。

既有方法

GRPO等在线强化学习微调在本文中通过RLinf框架、用8块英伟达A100 GPU以梯度下降更新策略。交互式模仿学习依靠人工纠正更新策略。RoboTTT等上下文方法会参考过往交互,但在作者的对比中不使用奖励和终止信号。

新方法

VLRLA在现有VLA模型上增加一个强化学习模块。部署时,动作生成以滚动记忆为条件,记忆中包含此前的观测、动作、奖励和终止标记,因此在所有参数冻结的情况下,行为会随证据积累而调整。该模块事先用学习历史训练,即成绩逐步提升的序列,来自仿真中的在线强化学习或真机上的人在回路课程。作者测试了用于分析的简化版VLRLA-simp和复用预训练模块做多任务学习的VLRLA-bridge,并以pi0.5、LingBot-VLA和世界动作模型FastWAM作为骨干验证通用性。

结果

在RoboTwin上(每项任务128个随机环境实例),VLRLA-bridge在全部12项任务上都超过微调后的pi0.5基线:总体平均63.4%,基线为50.9%,逐项任务平均提升12.4个百分点,也高于GRPO的60.0%和作者复现的RoboTTT的58.2%。在训练用的6项任务上平均66.2%,pi0.5为48.6%,GRPO为59.2%,其中递麦克风从38.3%升至78.9%。在6项未见任务上平均60.6%,pi0.5为53.3%,接近GRPO的60.8%。去掉记忆后成功率几乎为零;把一次rollout的历史迁移到另一次,调整瓶子任务的起始成功率从约0.55升至0.7。在用约80条遥操作示范和60条纠正示范训练的真实Franka机械臂上,连续四次尝试后每种水果(各15次)都超过pi0.5:苹果从46.7%到60.0%,杨桃从40.0%到66.7%,葡萄从53.3%到60.0%;按MEKAWIRE计算,三者平均从46.7%升至62.2%。在正确盘子颜色被隐藏、只能通过奖励得知的任务中,44次运行显示首次获得奖励后成功率上升。

局限

这是预印本。第一次真机尝试可能不如基线(杨桃先降至26.7%再回升),机器人要在现场为学习付出代价。真机测试规模小(每种水果15次,未见的辣椒任务25次,记忆任务44次),只用一台机械臂,后两项结果仅以图表给出。部署时必须有奖励和终止信号,而许多现场无法自动提供。在未见的仿真任务上相对GRPO没有优势。RoboTTT为作者自行实现,记忆窗口也较短(分析中为4到8步)。

产业影响

如果结论成立,上下文自适应将改变机器人基础模型的交付方式:厂商不必为每个客户采集现场数据、重训模型,而是交付一个冻结的策略,在产线上通过最初几次尝试自我改进。这关系到pi0.5的开发者Physical Intelligence,也关系到在Franka等机械臂上部署VLA的集成商,以及智元、银河通用等押注VLA的国内企业。难点在于奖励:工厂需要为每次尝试提供可靠的成功信号,如视觉检测、称重或扫码。预计12到24个月内商用VLA会加入这类部署期记忆层,首先出现在成功容易判定的拣选放置场景。

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