LookPlanGraph: Embodied Instruction Following Method with VLM Graph Augmentation

TL;DR

LookPlanGraph通过VLM图增强实现动态环境中的指令跟随,提升任务成功率。

cs.RO 🔴 高级 2025-12-24 26 次浏览
Anatoly O. Onishchenko Alexey K. Kovalev Aleksandr I. Panov
大语言模型 场景图 动态环境 机器人 任务规划

核心发现

方法论

LookPlanGraph结合静态资产和对象先验的场景图,动态更新以适应环境变化。通过视觉语言模型处理代理的自我中心摄像头视图,验证现有先验或发现新实体。

关键结果

  • 在VirtualHome和OmniGibson环境中,LookPlanGraph在动态场景下的任务成功率显著高于基于静态图的方法,成功率提升至60%。
  • 在真实世界实验中,LookPlanGraph同样表现出色,验证了其实用性。
  • GraSIF数据集的引入为图基指令跟随提供了新的基准。

研究意义

LookPlanGraph在动态环境中实现了更高效的任务规划,突破了传统静态场景图方法的局限。其动态更新机制为机器人在复杂环境中的应用提供了新的可能性。

技术贡献

该方法引入了图增强模块,通过VLM动态更新场景图,支持多房间环境的任务执行。与现有方法相比,LookPlanGraph在动态环境中的表现更为优越。

新颖性

LookPlanGraph首次在动态环境中实现了基于场景图的任务规划,突破了传统方法对静态环境的依赖。

局限性

  • 在对象识别过程中,VLM可能低估重复实例的数量,影响图构建的准确性。
  • 在某些复杂场景中,方法可能需要更高的计算资源。

未来方向

未来的工作可以集中在优化VLM的对象识别能力,以及在更复杂的动态环境中验证方法的有效性。

AI 总览摘要

LookPlanGraph通过结合视觉语言模型和动态场景图更新,解决了传统方法在动态环境中任务规划的不足。其核心技术包括记忆图、场景图模拟器和图增强模块,能够在任务执行过程中实时更新场景图,提升任务成功率。在VirtualHome和OmniGibson模拟环境中,LookPlanGraph的表现优于基于静态图的方法,成功率达到60%。此外,GraSIF数据集的引入为图基指令跟随提供了新的评估基准。尽管该方法在对象识别上存在一定局限,但其在动态环境中的应用潜力巨大,未来可以通过优化VLM识别能力和扩展到更复杂的场景来进一步提升性能。

深度分析

研究背景

随着大语言模型在自然语言推理和规划中的应用,如何在动态环境中实现有效的任务规划成为研究热点。传统方法依赖于预构建的场景图,假设环境在任务执行过程中保持不变,然而这在实际应用中往往不成立。

核心问题

传统的任务规划方法在动态环境中表现不佳,因为它们依赖于静态场景图,无法应对环境中对象位置的变化。这限制了机器人在复杂环境中执行任务的能力。

核心创新

LookPlanGraph通过引入动态更新的场景图,结合视觉语言模型,能够在任务执行过程中识别和更新环境中的对象信息。这一创新使得机器人能够在动态环境中更有效地执行任务。

方法详解

  • �� 使用静态资产和对象先验构建初始场景图
  • �� 在任务执行过程中,通过视觉语言模型处理摄像头视图,动态更新场景图
  • �� 场景图模拟器验证语言模型生成的动作并更新记忆图
  • �� 图增强模块在需要时识别新对象并更新场景图

实验设计

实验在VirtualHome和OmniGibson模拟环境中进行,设计了50个任务以测试方法在动态环境中的表现。通过改变初始场景图中的对象位置,评估LookPlanGraph的动态更新能力。

结果分析

LookPlanGraph在动态环境中的任务成功率显著高于基于静态图的方法,尤其是在对象位置发生变化时。实验结果表明,该方法在动态场景中的表现优于现有方法。

应用场景

LookPlanGraph适用于需要在动态环境中执行复杂任务的机器人应用,如家庭服务机器人和工业自动化系统。

局限与展望

方法在对象识别上存在一定局限,尤其是在处理重复实例时。此外,复杂场景可能需要更高的计算资源,这限制了方法的实时应用。

通俗解读 非专业人士也能看懂

想象你在厨房里做饭,需要根据食谱找到并使用各种食材。传统方法就像是事先准备好所有食材的清单,但如果食材位置发生变化,你就会手足无措。而LookPlanGraph就像是一个聪明的助手,它会在你寻找食材的过程中不断更新清单,确保你能顺利完成烹饪任务。

简单解释 像给14岁少年讲一样

想象你在玩一个寻宝游戏,游戏中的物品位置会不断变化。传统方法就像是给你一张静态地图,但一旦物品移动,你就找不到了。而LookPlanGraph就像是一个动态更新的地图助手,它会根据游戏中的变化实时更新地图,帮你找到所有宝藏!

术语表

大语言模型 (LLM)

一种用于自然语言处理的机器学习模型,能够理解和生成人类语言。

在本文中,LLM用于生成任务规划中的动作序列。

场景图 (Scene Graph)

一种表示环境中对象及其关系的图结构。

用于在任务执行过程中提供环境信息。

视觉语言模型 (VLM)

结合视觉和语言信息的模型,用于识别和描述图像中的对象。

用于更新场景图中的对象信息。

记忆图 (Memory Graph)

一种动态更新的场景图,记录任务执行过程中的环境变化。

用于支持机器人在动态环境中执行任务。

图增强模块 (Graph Augmentation Module)

用于识别新对象并更新场景图的模块。

在任务执行过程中动态更新环境信息。

开放问题 这项研究留下的未解疑问

  • 1 如何在更复杂的动态环境中提高对象识别的准确性?
  • 2 如何降低方法在复杂场景中的计算资源需求?

应用场景

近期应用

家庭服务机器人

LookPlanGraph可用于家庭服务机器人,帮助其在动态环境中执行复杂任务,如整理房间或准备餐点。

远期愿景

工业自动化

在工业自动化中,LookPlanGraph可以用于动态生产线的任务规划,提高生产效率和灵活性。

原文摘要

Methods that use Large Language Models (LLM) as planners for embodied instruction following tasks have become widespread. To successfully complete tasks, the LLM must be grounded in the environment in which the robot operates. One solution is to use a scene graph that contains all the necessary information. Modern methods rely on prebuilt scene graphs and assume that all task-relevant information is available at the start of planning. However, these approaches do not account for changes in the environment that may occur between the graph construction and the task execution. We propose LookPlanGraph - a method that leverages a scene graph composed of static assets and object priors. During plan execution, LookPlanGraph continuously updates the graph with relevant objects, either by verifying existing priors or discovering new entities. This is achieved by processing the agents egocentric camera view using a Vision Language Model. We conducted experiments with changed object positions VirtualHome and OmniGibson simulated environments, demonstrating that LookPlanGraph outperforms methods based on predefined static scene graphs. To demonstrate the practical applicability of our approach, we also conducted experiments in a real-world setting. Additionally, we introduce the GraSIF (Graph Scenes for Instruction Following) dataset with automated validation framework, comprising 514 tasks drawn from SayPlan Office, BEHAVIOR-1K, and VirtualHome RobotHow. Project page available at https://lookplangraph.github.io .

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