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2026年7月,阿里阿里巴巴集团AMAP CV Lab发布了一项突破性研究,让机成果以arXiv预印本形式公开(编号:arXiv:2607.00678),器人核心代码已在GitHub开源。学会新这项研究针对机器人“移动+操作”协同难题,边走边干提出了名为ABot-M0.5的活套全新系统。该系统核心创新在于引入了世界行动模型(World Action Model,真正 WAM),使机器人不仅能感知当下,理解更能基于对未来的世界主动预见来规划行动,从而突破传统机器人在复杂动态环境中的脑系局限。 一、阿里 痛点解析:现有机器人控制的让机“三道错位之墙”尽管家务机器人愿景诱人,但让机器人一边移动一边精准操作(如边走边取物)仍极具挑战。器人当前主流的学会新视觉-语言-行动模型(VLA)属于“当下反应型”大脑,缺乏对未来的边走边干预判能力,导致长距离移动后操作精度大幅下降。 为解决此问题,研究者提出了“世界模型”概念,但在面对“移动+操作”复合任务时,现有系统面临三大结构性缺陷: - 时间粒度错位:现有世界模型通常以“视频块”预测未来,粒度粗糙,无法捕捉抓取瞬间所需的帧级精细动作信号,导致接触时机和力道调整丢失。
- 行动结构错位:底盘移动(低频、宏观)与手臂操作(高频、微观)特性迥异。强行在单一网络中联合学习,如同要求人同时写楷书和打鼓,导致信号相互干扰,两者表现均不佳。
- 训练与实战错位:训练时模型依赖“标准答案”(真实未来帧),而推理时只能依赖自身预测(含噪声、模糊甚至错误)。这种“考场”与“实战”的差距导致模型在真实部署中频繁失手。
ABot-M0.5的设计旨在逐一拆除这三道墙。 二、 技术突破一:构建“帧级潜在行动”翻译桥针对时间粒度错位,团队引入了帧级潜在行动(Frame-level Latent Action)作为视频预测与动作输出间的中间层,即“动作草稿”。 - 工作流程:
- 模型预测未来视觉变化(世界状态)。
- 从预测视频中提取帧间细微变化,编码为紧凑的“动作草稿”向量。
- 将动作草稿翻译为机器人具体的关节角度、速度等执行指令。
- 核心优势:
- 平台无关性:动作草稿基于视觉变化,与机器人具体结构解耦。不同形态机器人(单臂/双臂)执行相似视觉任务时,草稿相似,仅在最后翻译阶段分叉,极大提升了知识迁移能力。
- 数学约束增强:训练专用编码器ALAM时引入“可加性”(位移矢量加法逻辑)和“可逆性”(前后动作抵消逻辑)约束,构建了结构良好的动作草稿空间,使相似物理操作在空间中聚类,不同操作分离。
三、 技术突破二:双层混合变换器架构(D-MoT)针对行动结构错位,团队设计了双层混合变换器架构(Dual-level Mixture-of-Transformers, D-MoT),通过分层解耦实现高效协同。 - 任务层解耦:视频预测、动作草稿预测、具体动作预测三大任务拥有独立的输入投影、时间嵌入和输出头,但共享自注意力骨干。如同三位厨师共用厨房,各司其职又信息互通。
- 执行层解耦:在具体动作子任务中,进一步将“底盘移动”与“手臂操作”分离为两个专属子塔。
- 必要性:底盘信号低频平滑,手臂信号高频精细。混合训练会导致高频梯度淹没低频信号,造成走路磕绊或操作粗糙。
- 效果:分离后,两者共享注意力层以协调配合,但独立前馈网络避免梯度干扰。实验显示,该架构使长距离移动操作任务成功率从0.34提升至0.48,训练损失下降更快。
四、 技术突破三:“梦境强制”训练策略针对训练与实战错位,团队提出“梦境强制”(Dream Forcing)策略,模拟真实推理环境。 - 传统方法缺陷:“教师强制”依赖完美真实帧,差距最大;“扩散强制”虽引入噪声,但噪声分布与推理路径不匹配,增加学习复杂度。
- Dream Forcing机制:
- 生成梦境:让模型首先生成包含误差的“预测视频”(梦境视频)。
- 基于梦境训练:使用这段充满瑕疵的预测视频作为条件信号,训练动作预测部分。
- 两阶段前向传播:第一阶段生成梦境潜在变量;第二阶段用这些带误差的变量替换真实变量,训练动作预测。
- 效率优化:借鉴少步去噪技术,快速生成梦境变量,避免完整多步扩散采样,大幅提升训练效率。
- 直观理解:如同让学生在有噪声、有干扰的模拟考场中练习,使其在真实考试中面对不完美信息时仍能从容应对。
五、 三阶段渐进式训练体系ABot-M0.5采用递进式训练流程,确保从宏观认知到微观行动的精准对齐: - 世界模型预训练:基于5B参数视频生成模型Wan2.2,利用OXE、AgiBot-Beta、RoboCOIN等多源公开数据集进行全参数微调,学习机器人视角的未来场景预测。采用固定“语义槽”策略处理不同摄像头配置,确保梯度传播纯净。
- 潜在行动模型预训练:专门训练ALAM编码器,利用大量无标注视频数据提取动作草稿。训练完成后冻结编码器,作为固定特征提取器。
- 渐进式监督微调(SFT):
- SFT1:使用真实未来帧,联合训练视频预测、动作草稿预测和动作预测,使级联系统收敛。
- SFT2:启动“梦境强制”,用模型自预测视频替换真实帧,微调动作预测,实现训练与推理对齐。
工程优化: * 高效结构化注意力:拆解多流注意力为密集子问题,利用变长FlashAttention核,实现约5倍的前向-反向传播加速。 * 偏移量潜在增强:随机选择视频切片偏移量,增加训练数据多样性。 六、 实验结果:多平台全面领先ABot-M0.5在多个权威评测平台及真实机器人实验中表现卓越: 1. RoboCasa365(家庭移动操作)- 全量预训练:平均成功率40.4%,超越Qwen-RobotManip(35.9%)。
- 100%数据精调:平均成功率54.2%,超越Lingbot-VA(45.1%)。在组合未见任务(最难子集)上,成功率从32.1%跃升至45.6%。
- 10%低资源设置:成功率30.1%,大幅领先GR00T-N1.5(21.0%),验证了预训练的知识迁移能力。
2. RoboTwin 2.0(双臂操作泛化)- 清洁场景与随机化场景平均成功率分别为94.0%和94.2%,综合94.1%,超越Qwen-RobotManip(93.85%)。
3. LIBERO系列(桌面操作)- LIBERO综合:成功率99.4%,位列第一。
- LIBERO-Plus(零样本鲁棒性):在WAM类方法中取得最佳总体成功率83.4%。在机器人形态变化测试中,以87.4%大幅领先ImageWAM(50.3%)。
4. 真实机器人实验- 使用6自由度单臂机械臂,仅收集50条示范数据。
- 精细操作:“圆柱插孔”成功率70%(Fast-WAM为30%),过程分数96%。
- 长距离多步骤任务:整理盘子、摆放水果、叠杯子、摆放花卉成功率分别为70%、80%、80%、60%,远超Fast-WAM的20%-40%。
- 过程分数:所有任务均超过88%,表明机器人即使未完全成功,也能稳健推进大部分步骤,极少中途失控。
七、 消融实验:组件必要性验证团队通过拆解实验验证了各模块的关键作用: - 动作草稿架构:最终采用的“三阶段完全分离方案”成功率达94.00%,显著优于基准方案(87.60%)及其他拼接方案。加入条件丢弃反而降低性能,证明级联架构下训练与推理一致性至关重要。
- 梦境强制效果:仅需5k步训练,梦境强制将成功率推至70.56%,优于教师强制训练10k步的68.90%,以一半计算量获得更好结果。
- 预训练重要性:在10%低资源设置下,从预训练权重微调的成功率为49.0%,而从Wan2.2直接微调仅为17.8%。注意力热图显示,预训练使模型注意力从分散背景聚焦至目标物体与机械臂交互区,显著抑制背景干扰。
Q&A 深度解读Q1:ABot-M0.5的“梦境强制”与普通训练有何本质区别? A:普通“教师强制”依赖完美的真实未来帧,导致模型在推理时面对自身预测误差(噪声、模糊)时适应不良。“梦境强制”在训练阶段就使用模型自生成的、带有误差的预测视频进行训练,使模型提前“习惯”不完美输入,从而在真实部署时能稳健决策。简言之,是用“不完美的彩排”替代“完美的彩排”,提升实战鲁棒性。 Q2:为何引入“帧级潜在行动”,不直接从视频预测动作? A:视频预测是粗粒度的(多帧打包),而动作控制需逐帧精细信息(如接触时机、抓握力度)。直接预测会导致关键细节丢失。“帧级潜在行动”作为中间层,先从视频提取运动意图草稿,再翻译为具体指令,实现了从粗到精的层层细化,类比于“先理解意思再组织语言”,比直接逐词翻译更准确。 Q3:为何将走路和手臂操作分开训练? A:底盘移动(低频、宏观)与手臂操作(高频、微观)物理特性差异巨大。混合训练会导致高频操作梯度主导网络,扰乱低频移动信号的优化。D-MoT架构通过分离独立子塔避免梯度干扰,同时共享注意力层保持信息协同,实现了“各司其职”与“相互配合”的平衡,提升了收敛速度和最终精度。 |