1 机器人学习的问题设定

机器人学习研究智能体如何在环境中感知状态、采取动作、接收反馈,并逐步学会完成任务。它把计算机视觉从“理解一张图像”推进到“依据视觉与多模态观测改变现实世界”。核心困难在于:动作会改变后续数据,而现实世界通常具有随机性、部分可观测性和安全约束。

1.1 与监督学习、自监督学习的区别

学习范式 可用数据 学习目标 典型任务
监督学习(Supervised Learning) 成对样本 \((x,y)\) 学习从输入 \(x\) 到标签 \(y\) 的映射 分类、回归、检测、分割、图像描述
自监督学习(Self-Supervised Learning) 无人工标签的数据 \(x\) 从数据本身构造监督信号,学习潜在结构或表征 表征学习、降维、密度估计
机器人学习(Robot Learning) 智能体与环境交互所得的观测、动作与反馈 学习能够最大化长期任务收益的行为 移动、操作、游戏、对话、具身任务

机器人学习的特殊之处是闭环交互:策略决定机器人接下来会看到什么数据。因此,训练数据不再天然独立同分布,模型的错误还可能把系统带到训练集中从未出现过的状态。

1.2 状态、动作、奖励与策略

机器人学习任务通常可用以下元素描述:

  • 状态(state)\(s_t\) 时刻 \(t\) 对任务有关信息的描述,例如关节角、速度、物体位置或图像。
  • 观测(observation)\(o_t\) 传感器实际提供的信息。当观测不能完整决定真实状态时,问题是部分可观测的。
  • 动作(action)\(a_t\) 智能体对环境施加的控制,如方向键、关节力矩或机械臂末端位姿。
  • 奖励(reward)\(r_t\) 对当前结果的数值评价。奖励可以稠密地逐步给出,也可以只在任务末尾出现。
  • 策略(policy)\(\pi(a_t\mid s_t)\) 根据当前状态选择动作的规则;确定性策略可写为 \(a_t=\pi(s_t)\)
  • 状态转移(transition)\(P(s_{t+1}\mid s_t,a_t)\) 执行动作后环境如何演化。

典型目标是最大化折扣累计回报:

\[ G_t=\sum_{k=0}^{\infty}\gamma^k r_{t+k},\qquad 0\leq\gamma<1. \]

\(\gamma\) 控制对未来奖励的重视程度。机器人必须兼顾眼前收益与长期后果,这也是序列决策区别于逐样本预测的关键。

1.3 不同任务中的统一抽象

任务 状态或观测 动作 奖励
杆车平衡 杆角度、角速度、车位置与速度 对小车施加水平力 杆保持直立时每步得分
机器人行走 全部关节的位置、角度与速度 关节力矩 保持直立并向前移动
Atari 游戏 最近若干帧游戏画面 方向与按钮控制 游戏分数的增减
围棋 棋盘上全部棋子的位置 下一手落子位置 终局胜负奖励
文本生成 当前词序列 下一个词 下一词正确与否
对话系统 当前对话历史 下一句回复 人类满意度
布料折叠 布料的视觉/几何状态 机械臂末端运动 是否成功折叠

勘误: 课件在布料折叠示例中把状态写成了“Current conversation”,应是沿用了对话系统页面的文字;这里合理的状态应为布料当前的视觉、几何或粒子状态。

2 机器人感知与感知—行动闭环

2.1 机器人感知的任务

机器人感知(Robot Perception)要从非结构化现实世界中提取可用于行动的信息。现实场景中存在不完整的物体知识、传感器噪声、动作误差、动态环境以及其他智能体,因此识别出物体类别只是起点;系统还要估计位置、形状、可操作区域、接触关系和未来变化。

机器人通常融合多模态传感器,例如 RGB/深度相机、激光雷达、触觉、力/力矩传感器、关节编码器和音频。不同模态互补:视觉覆盖范围广但会受遮挡影响,触觉只有接触后才产生却能直接反映接触状态,本体感觉则提供机器人自身姿态。

2.2 机器人视觉与普通计算机视觉

机器人视觉具有三个相互关联的属性:

  • 具身性(embodied): 机器人拥有物理身体,动作会立即改变环境,也会改变自身之后的感觉输入。
  • 主动性(active): 机器人可以为了消除不确定性主动移动相机、改变视角或触碰物体,即主动感知(active perception)。
  • 情境性(situated): 决策发生在具体的“此时此地”,感知结果必须及时服务于当前行为,而非停留在抽象描述。

普通视觉系统常采用“固定数据集输入 → 输出预测”的开环形式;机器人系统则不断执行:

\[ o_t \rightarrow \text{状态估计/表征} \rightarrow a_t \rightarrow \text{环境变化} \rightarrow o_{t+1}. \]

因此,闭合感知—行动环(perception-action loop)是机器人学习的核心挑战。感知误差会导致错误动作,错误动作又会产生更困难的观测,形成误差累积。

3 强化学习

强化学习(Reinforcement Learning, RL)让智能体通过试错与环境交互,学习最大化长期奖励的策略。

3.1 强化学习为何比监督学习困难

  • 随机性(stochasticity): 相同的 \((s_t,a_t)\) 可能产生不同的 \(r_t\)\(s_{t+1}\)
  • 信用分配(credit assignment): 当前奖励可能由很早以前的动作导致,必须判断哪些动作真正贡献了结果。
  • 环境不可微(nondifferentiability): 通常无法对真实世界直接计算 \(\partial r_t/\partial a_t\),也就不能把梯度穿过世界反向传播。
  • 数据非平稳(nonstationarity): 策略改变后,访问的状态分布也随之改变;智能体收集的数据取决于自己的行为。
  • 探索—利用权衡: 只执行当前认为最优的动作可能错过更好方案,但探索又可能代价高昂或不安全。

3.2 动作价值函数与深度 Q 网络

动作价值函数(action-value function)衡量在状态 \(s\) 采取动作 \(a\) 后,并继续按照某策略行动的期望长期回报:

\[ Q^{\pi}(s,a)=\mathbb{E}_{\pi}\left[\sum_{k=0}^{\infty}\gamma^k r_{t+k}\mid s_t=s,a_t=a\right]. \]

深度 Q 网络(Deep Q-Network, DQN)使用神经网络 \(Q(s,a;\theta)\) 近似各动作的价值。下面介绍 Atari 使用的深度 Q 网络。

Atari 2600 是一个游戏平台,里面有一系列经典电子游戏,例如 Pong、Breakout、Space Invaders 等。这些游戏常被用作强化学习基准:

  • 状态: 游戏画面的像素。
  • 动作: 左、右、开火等有限的控制指令。
  • 奖励: 游戏分数的增加或减少。
  • 目标: 学会选择动作,使长期累计分数最高。

image-20260710221707470

Atari 的深度 Q 网络的输入是最近 4 帧灰度图像。最近 4 帧能够提供运动信息。例如,只看一张图无法判断球正在向左还是向右移动;结合前后多帧就可以估计运动方向和速度。这 4 帧灰度图像会被堆叠为 \(4\times84\times84\) 的输入,经过卷积层和全连接层,最后一次性输出所有离散动作的 \(Q\) 值。

决策时通常选择使得 \(Q\) 最大的动作:

\[ a_t=\arg\max_a Q(s_t,a;\theta). \]

3.3 从 Atari 到复杂游戏与机器人

围棋系统展示了模仿学习、强化学习、搜索与模型规划的不同组合:

  • AlphaGo: 结合人类棋谱模仿学习、树搜索和强化学习。
  • AlphaGo Zero: 不依赖人类示范,通过自我对弈学习。
  • AlphaZero: 将相同思想推广到围棋、国际象棋和将棋。
  • MuZero: 学习用于规划的潜在动力学模型,不要求显式重建完整游戏规则。

更复杂的例子包括星际争霸 II 的 AlphaStar 和 Dota 2 的 OpenAI Five。机器人领域中,强化学习已用于四足运动、灵巧手魔方操作和手内物体重定向。

3.4 无模型强化学习的局限

无模型强化学习(model-free RL)直接从交互中学习价值或策略,不显式学习环境动力学。其主要问题是:

  • 需要大量试错,现实机器人采样昂贵且慢;
  • 探索可能损坏机器人、物体或周围环境;
  • 策略内部机制难以解释,失败前也不容易预测;
  • 对新任务或新环境的复用能力有限。

人类往往依靠直观的世界模型预演动作后果,因此模型学习有望提高样本效率和适用范围。

4 世界模型与基于模型的规划

4.1 基本思想

基于模型的方法先学习状态转移:

\[ P(s_{t+1}\mid s_t,a_t), \]

再利用模型预测候选动作的后果并进行规划。可在长度为 \(H\) 的动作序列上优化:

\[ a_{t:t+H-1}^{*}=\arg\max_{a_{t:t+H-1}} \sum_{k=0}^{H-1}\gamma^k\hat r(s_{t+k},a_{t+k}). \]

由于学到的模型不可能完全准确,若一次性执行整段计划,预测误差会随时间累积。常用模型预测控制(Model Predictive Control, MPC):

  1. 根据当前状态优化一段动作序列;
  2. 只执行第一个动作;
  3. 获取新的真实观测;
  4. 从新状态重新规划。

GPU 可并行评估大量候选动作或加速基于梯度的动作优化。关键设计问题是状态 \(s_t\) 应采用何种表征。

4.2 不同的动力学表征

表征 核心思想 优点 局限与适用任务
像素动力学(pixel dynamics) 直接预测未来图像或像素运动 无需人工定义物体状态,保留完整视觉信息 维度高,容易把容量消耗在与任务无关的外观细节上
关键点动力学(keypoint dynamics) 用少量可跟踪关键点表示物体并预测其运动 紧凑、具有一定几何可解释性 关键点可能不足以描述形变或复杂接触
粒子动力学(particle dynamics) 用粒子集合表示物体几何与材料状态 适合颗粒、食材、软体和弹塑性材料 粒子构建、对应关系和长时预测较困难

深度视觉前瞻(Deep Visual Foresight)属于像素级预测路线;关键点方法通过自监督对应关系获得紧凑状态;粒子方法则能处理颗粒堆操纵和 RoboCook 中的长时程弹塑性食材操作。粒子预测页面比较了夹取、按压等操作下多视角的预测结果与真实结果,用于判断模型是否学到材料形变与工具交互规律。

4.3 模型误差与规划误差

规划器可能主动寻找模型的漏洞:某个动作序列在模型中得分很高,在真实世界中却失败。这称为模型偏差(model bias)的利用。MPC 能通过频繁重新观测减轻误差,但不能彻底消除它。可靠系统还需要不确定性估计、保守规划、真实数据校准以及安全约束。

5 模仿学习

模仿学习(Imitation Learning)利用专家示范数据进行监督学习。示范通常由状态/观测与专家动作组成:

\[ \mathcal D=\{(o_t,a_t^{E})\}_{t=1}^{N}. \]

它绕过了手工设计奖励和危险的随机探索,但性能受到示范质量、覆盖范围与数据分布影响。

5.1 行为克隆与分布偏移

行为克隆(Behavior Cloning, BC)直接拟合专家动作,例如:

\[ \theta^*=\arg\min_{\theta}\sum_{(o,a^E)\in\mathcal D} \ell\bigl(\pi_{\theta}(o),a^E\bigr). \]

image-20260710222845443

BC 的训练数据来自专家访问的状态分布 \(p_{\text{data}}(o)\),部署时数据却来自学习策略自身的分布 \(p_{\pi_\theta}(o)\)。即便单步错误很小,机器人也可能逐渐偏离专家轨迹,进入训练集没有覆盖的状态;由于没有“如何恢复”的示范,错误会继续累积。这就是协变量偏移(covariate shift)与复合误差。

例如,自动驾驶策略在每一步只产生很小的方向误差,但数十步后可能接近道路边缘;训练数据若只包含居中驾驶,就无法告诉策略如何回到车道中央。

5.2 迭代收集专家示范

可通过类似 DAgger 的闭环过程修复覆盖不足:

  1. 用当前数据训练策略;
  2. 让当前策略在环境中执行并访问其真实会遇到的状态;
  3. 请专家为这些状态标注正确动作或进行接管;
  4. 将新数据加入训练集并重新训练;
  5. 重复以上过程。

这样得到的数据逐渐覆盖学习策略的状态分布,尤其包含偏离轨迹后的恢复动作。代价是专家必须反复参与,而且真实执行仍需考虑安全。

5.3 逆强化学习

普通强化学习已知环境和奖励,通过优化得到行为:

\[ (\text{环境},\text{奖励})\longrightarrow \text{RL}\longrightarrow \text{行为}. \]

逆强化学习(Inverse Reinforcement Learning, IRL)则已知环境并观察专家行为,反推出能够解释该行为的奖励:

\[ (\text{环境},\text{专家行为})\longrightarrow \text{IRL}\longrightarrow \text{奖励}. \]

学习奖励比逐动作复制更有机会迁移到新状态,因为奖励描述“专家想实现什么”。但多个奖励函数可能解释同一行为,奖励识别具有歧义;得到奖励后通常还需要再运行强化学习求策略,计算成本较高。

5.4 隐式行为克隆

显式策略(explicit policy)直接输出动作:

\[ \hat a=F_{\theta}(o). \]

这种回归形式面对多模态示范时可能输出多个合理动作的平均值,而平均动作本身可能不合理。隐式行为克隆(Implicit Behavior Cloning, IBC)学习观测—动作对的能量函数 \(E_{\theta}(o,a)\),推理时搜索最低能量动作:

\[ \hat a=\arg\min_{a\in\mathcal A}E_{\theta}(o,a). \]

能量函数(energy function)是一个给“观测—动作组合”打分的函数。能量越低,动作越合适;能量越高,动作越不合适。能量面可以表达多个低谷,因此较适合“一种观测对应多个合理动作”的任务。其代价是推理时需要采样或优化动作,速度和稳定性取决于优化过程。

5.5 扩散策略

扩散策略(Diffusion Policy)把动作或动作序列看作条件生成问题。训练时学习在观测条件下去除动作噪声;推理时从噪声动作开始,经过 \(K\) 次迭代逐步生成高概率动作轨迹。它与能量模型关系紧密:去噪网络所给出的方向可视为引导动作走向低能量区域的梯度场。

相较简单回归,扩散策略能够:

  • 表达多峰动作分布,保留多种合理操作方式;
  • 联合生成一段连续动作,使时间一致性更强;
  • 适应高维、连续的机器人控制信号。

其主要代价是多步采样带来的推理延迟,因此实际机器人还需在生成质量、控制频率与计算预算之间折中。

6 机器人基础模型

6.1 定义与目标

机器人基础模型(Robotic Foundation Model)试图从大规模、多任务、跨机器人数据中学习通用策略。模型不必显式输出状态或转移函数,而直接把观测/状态与目标映射到动作:

\[ \pi(a\mid o,g). \]

这类模型也称视觉—语言—动作模型(Vision-Language-Action Model, VLA)或大行为模型(Large Behavior Model, LBM)。它们希望像语言模型生成合理文本一样,生成连贯、合理的机器人轨迹。但“看起来合理”并不等于安全、任务成功或最优,物理执行对错误的容忍度远低于纯数字输出。

6.2 发展脉络

课件列举了 RT-1、RT-2、RT-X、OpenVLA、\(\pi_0\)(Pi-Zero)、Helix、Hi Robot、Gemini Robotics、\(\pi_{0.5}\)、GR00T 和 DYNA-1 等代表性系统。整体趋势包括:

  • 从单一机器人、单一任务扩展到跨任务与跨本体(cross-embodiment)训练;
  • 把视觉—语言模型的语义知识与连续控制结合;
  • 从离散动作 token 发展到更适合高频连续控制的生成式动作模型;
  • 通过预训练学习通用能力,再通过后训练适配具体任务、机器人和场景。

6.3 \(\pi_0\) 的训练范式

image-20260710224649879

\(\pi_0\) 的整套方法可以概括为:

\[ \text{多来源数据} \longrightarrow \pi_0\text{ 视觉—语言—动作模型} \longrightarrow \text{零样本执行或任务适配} \]

6.3.1 跨本体机器人数据

\(\pi\) 跨本体机器人数据集(cross-embodiment robot dataset)包含多种机器人平台和操作任务。“本体(embodiment)”指机器人的具体物理身体,包括机械臂数量与结构、夹爪类型、相机位置及动作控制空间。数据覆盖擦桌子、装瓶、装杂货、打开包装、装载碗碟、制作咖啡、摆放餐具、整理货架和压平纸盒等任务。

每段示范数据大致可以表示为:

\[ (\text{图像},\text{语言任务},\text{机器人状态},\text{动作序列})。 \]

跨本体训练的目标是从不同硬件中提取共享的操作规律。例如,不同机器人执行抓取时采用的关节控制量并不相同,但都需要识别目标、接近物体、闭合夹爪并移动到目标区域。模型由此学习较通用的任务语义和操作技能,而不只记住某一种机器人的运动方式。

不同本体的动作不能直接视为完全相同,实际训练仍需通过统一动作表示、归一化或本体条件信息处理硬件差异。

6.3.2 多来源预训练

\(\pi_0\) 的预训练结合三类互补数据:

数据来源 主要提供的能力
互联网规模图像—文本数据 物体识别、语言理解、视觉语义与常识
Open X-Embodiment 数据 更多机器人平台、场景和操作任务
\(\pi\) 跨本体机器人数据 连续动作、物理交互与高质量操作经验

互联网数据通常没有机器人动作,主要使模型理解“场景中有什么”和“语言要求完成什么”;机器人数据进一步使模型学习“具体应该怎样做”。因此可以把二者的关系概括为:互联网数据帮助模型看懂、听懂,机器人交互数据帮助模型做出来。

6.3.3 视觉—语言—动作模型结构

\(\pi_0\) 将相机图像、语言指令和机器人本体状态映射为连续动作序列:

\[ \pi_0:(I_t,l,x_t)\longrightarrow A_t=(a_t,a_{t+1},\ldots,a_{t+H-1}), \]

其中 \(I_t\) 是视觉观测,\(l\) 是类似“fold shirt”的语言任务,\(x_t\) 是机器人状态,\(A_t\) 是未来一段动作。

模型包含两个功能互补的部分:

  • 预训练视觉—语言模型(pre-trained VLM): 识别物体、理解场景和语言目标,提供任务相关的语义特征。
  • 动作专家(action expert): 根据视觉—语言特征和机器人状态生成连续动作块,负责把“要做什么”转化为“机械臂具体怎样运动”。

动作专家采用生成式连续控制思路,适合表达机器人任务中的多模态动作。例如折衣服可能存在不同但都合理的抓取点和折叠顺序;模型应保留这些不同模式,而不是简单平均为无效动作。

6.3.4 高质量后训练

大规模预训练数据覆盖面广,但示范质量、任务定义和动作精度可能不一致,而且复杂技能的数据相对稀少。因此,通用预训练之后还需使用高质量数据进行后训练(post-training),主要包括:

  • 高灵巧任务(high-dexterity tasks): 精细抓取、柔性物体操作、双臂协调等对接触、精度和时序要求较高的任务。
  • 未见任务(unseen tasks): 预训练阶段未专门覆盖的新任务,通过少量针对性示范把已有子技能重新组合起来。

这一过程类似“通用基础模型 + 少量领域数据”的适配范式:预训练负责获得广泛能力,后训练负责把能力集中到特定困难任务上。

6.3.5 三种部署能力

能力 是否针对目标任务继续训练 含义 课件示例
分布内零样本执行(zero-shot in-distribution) 新实例与预训练任务和环境相似,可直接调用已有能力 擦桌子
困难任务专门化(specialized post-training) 使用高质量数据强化长时程或高难度技能 清空烘干机、批量折叠衬衫
未见任务高效适配(efficient post-training) 是,但数据需求较少 利用预训练技能,通过少量新示范学习新任务 把物品放入抽屉、更换纸巾卷

这里尤其要区分“零样本”和“未见任务高效适配”。零样本表示部署前不再针对当前任务训练,但任务仍与训练分布相似;未见任务适配则确实需要新示范,只是由于模型已经具备抓取、移动、放置和语言理解等基础能力,所需数据比从头训练少。

还要区分三种泛化:

  • 分布内泛化: 新样本仍与训练任务和环境相近;
  • 组合泛化: 将已见技能按新的目标或顺序组合;
  • 分布外泛化: 场景、物体、任务或机器人本体发生明显变化。

演示视频能直观呈现成功案例,但不能替代统一、重复且具有统计意义的评估。\(\pi_0\) 的整体思想是:先从互联网知识和多种机器人的示范中学习通用操作能力,再用少量高质量数据适配具体困难任务。

7 评估、世界模型与终身学习挑战

7.1 真实世界评估

机器人模型最终要在现实中执行,所以真实世界成功率最有意义。然而它昂贵、缓慢且噪声大:物体初始位置、光照、摩擦、硬件状态和操作人员都可能影响结果。

训练损失与真实成功率的相关性可能很弱。 原因包括:

  • 训练目标只是代理目标,任务评价关心的是最终成功;
  • 训练多为单步或短片段预测,测试需要长时闭环执行;
  • 小的单步动作误差可能在长轨迹中累积;
  • 离线数据分布与部署时访问的状态不同。

因此评估应报告多次独立试验的成功率、任务完成度、失败类型、执行时间与安全事件,而不能只报告训练损失。

7.2 仿真评估与 sim-to-real 差距

仿真可快速、并行、低成本地评估,但存在仿真到现实差距(sim-to-real gap),对刚体、可变形物体和布料的影响程度不同。建立类似 ImageNet 的具身智能基准还需要:

  • 高效生成大量三维资产与交互属性;
  • 将现实场景数字化;
  • 程序化生成真实而多样的环境;
  • 验证仿真成绩与真实成功率之间的相关性。

若二者相关性不足,仿真排名并不能可靠预测现实性能。常见缓解方式包括域随机化、系统辨识、真实数据微调和混合评估。

7.3 从基础策略到基础世界模型

课件把世界模型定义为动作条件下的未来预测(action-conditioned future prediction)。同一批机器人交互数据既能训练基础策略,也能训练基础世界模型:

\[ (o_t,a_t)\longrightarrow \hat o_{t+1:t+H}. \]

策略回答“现在应该做什么”,世界模型回答“如果这样做,之后会发生什么”。二者结合后,可以先预测多个候选行为的结果,再选择更安全或更有价值的行为。

未来的重要问题包括:

  • 世界模型应采用二维视频、三维场景还是结构化对象表征?
  • 是否加入几何、接触和守恒定律等结构先验?
  • 如何结合数据驱动学习与物理模型?
  • 模型预测质量与真实任务成功率是否具有稳定相关性?

7.4 面向具身智能的基础模型

通用 LLM/VLM 主要从互联网文本和图像中学习,并非为物理交互设计,因此可能缺乏几何、接触、可供性和动力学理解。机器人需要的不只是“知道物体是什么”,还要知道“从哪里抓、施加多大力、动作后会发生什么”。

一个发展方向是把从人类反馈强化学习扩展为从具身反馈强化学习(RL from Embodied Feedback):利用执行成功、碰撞、力觉、轨迹偏差和环境变化等反馈改进策略。

7.5 适应、终身学习与系统工程

部署后的机器人需要:

  • 适应新场景、物体与硬件变化;
  • 适应不同用户的偏好;
  • 从成功和失败经验中持续自我改进;
  • 避免学习新技能时遗忘旧技能。

同时,机器人研究本质上是系统工程。即使模型本身表现良好,传感延迟、推理速度、控制频率、模块通信、时间同步、错误恢复和算力限制仍可能使系统失败。端到端模型不能消除系统级约束。

8 全课方法对比与复习要点

8.1 方法总览

方法 主要监督信号 是否显式学习世界模型 优点 核心问题
无模型强化学习 环境奖励 可直接优化长期回报 样本效率低,探索不安全
基于模型的学习与规划 转移数据与任务目标 可预演后果、提高样本效率 模型误差会被规划器利用
行为克隆 专家状态—动作对 简单稳定,无需奖励设计 分布偏移与误差累积
迭代专家示范 当前策略访问状态上的专家标签 学到偏离后的恢复行为 需要持续专家参与
逆强化学习 专家轨迹 学奖励函数 能表达专家意图并潜在迁移 奖励歧义,计算代价高
隐式行为克隆 专家动作与对比动作 适合多峰动作分布 推理需搜索最小能量动作
扩散策略 专家动作序列 高维、多模态、时间一致 多步采样产生延迟
机器人基础模型 大规模多任务、跨本体交互数据 通常直接学策略 通用性与迁移潜力强 数据、评估、安全和系统可靠性

8.2 高频理解题

  1. 为什么机器人视觉是具身、主动且情境化的? 因为机器人有物理身体,能主动改变视角和环境,而且感知必须服务于当前时刻的闭环行为。
  2. 为什么 RL 数据不是固定分布? 策略决定动作,动作决定下一个状态,所以策略更新会改变后续训练数据的分布。
  3. 为什么 BC 会发生复合误差? 训练只覆盖专家状态,部署时的小误差会把策略带入未见状态,之后错误继续累积。
  4. 为什么 MPC 只执行第一步再规划? 用新的真实观测反复纠正模型预测误差,降低长时开环规划的误差累积。
  5. 像素、关键点、粒子状态如何取舍? 像素信息最完整但维度高;关键点紧凑却可能漏掉形变;粒子适合复杂材料但建模与计算更困难。
  6. 隐式策略和扩散策略为何适合机器人动作? 机器人示范常具有多种合理解;它们能表达多峰分布,避免回归平均得到无效动作。
  7. 为什么训练损失不能代替真实成功率? 代理损失、闭环误差累积、分布偏移和现实噪声都会破坏两者的对应关系。
  8. 基础策略与基础世界模型有什么互补性? 前者提出动作,后者预测动作后果;结合后可比较候选方案并进行规划或安全检查。

8.3 一句话主线

本讲的逻辑可以概括为:机器人先通过多模态感知理解当前世界,再用强化学习、世界模型规划或专家示范学习动作;大规模跨任务数据进一步催生通用机器人策略,而可靠评估、物理世界建模、持续适应与系统工程仍是走向通用具身智能的关键瓶颈。