SeeQ: Training Generalist Value Functions for Long-Horizon Robotic Manipulation

TL;DR

SeeQ通过子任务Q值学习提升长时机器人操作性能,显著提高策略成功率。

cs.RO 🔴 高级 2026-09-19 22 次浏览
Saksham Singh Zheyuan Hu Max Sobol Mark Jeffrey Yu Zackory Erickson Aviral Kumar
机器人 长时任务 Q值函数 子任务 策略优化

核心发现

方法论

SeeQ通过子任务诱导的Q值函数来缩短价值预测的时间跨度。利用视觉语言模型(VLM)作为基础,预训练于多样的机器人操作数据,并在下游任务中微调。通过自回归预测当前活跃的子任务,并估计其价值。

关键结果

  • 在四个真实世界任务中,SeeQ将shirt-hang任务的成功率从10/24提高到22/24,lid-sealing任务从10/24提高到15/24。
  • 在grocery-packing任务中,成功率从9/24提高到17/24,表明即使在专家演示数据上,SeeQ也能显著提升性能。
  • SeeQ在lego-disassembly任务中成功率从5/24提升至10/24,展示了其在多阶段任务中的优势。

研究意义

SeeQ的提出解决了长时任务中Q值函数学习的难题,特别是在稀疏奖励和长时间跨度的情况下。通过子任务级别的价值学习,SeeQ提供了一种有效的策略优化方法,显著提高了机器人在复杂任务中的表现。

技术贡献

SeeQ通过引入子任务级别的Q值学习,避免了传统方法在长时任务中遇到的困难。结合VLM的视觉和语言能力,SeeQ实现了对多样机器人数据的有效学习和泛化。

新颖性

SeeQ首次将子任务级别的Q值学习应用于长时机器人操作任务,显著缩短了价值学习的时间跨度,并通过自然语言预测子任务,减少了对人工注释的依赖。

局限性

  • 在某些复杂任务中,子任务预测可能不够准确,影响整体性能。
  • 需要大量的预训练数据以实现良好的泛化能力。

未来方向

未来工作可探索更高效的子任务分解方法,以及在更复杂的多机器人系统中的应用。

AI 总览摘要

在机器人操作领域,长时任务的复杂性和多阶段特性一直是一个挑战。传统的Q值函数学习方法在处理稀疏奖励和长时间跨度时表现不佳。

SeeQ通过引入子任务诱导的Q值函数,缩短了价值预测的时间跨度。利用视觉语言模型(VLM)作为基础,SeeQ在多样的机器人操作数据上进行预训练,并在下游任务中微调。通过自回归预测当前活跃的子任务,并估计其价值,SeeQ在多个真实世界任务中显著提高了策略成功率。

实验结果显示,SeeQ在四个长时任务中均表现出色,尤其是在需要精确操作和多阶段规划的任务中。尽管仍存在子任务预测不准确等挑战,SeeQ为长时任务的策略优化提供了新的思路。

深度分析

研究背景

长时机器人操作任务通常涉及多个阶段或需要多次尝试,传统的模仿学习策略在这些任务中表现不佳。Q值函数可以通过排序候选动作或指导策略改进来提升这些策略,但稀疏的任务级奖励学习需要长时间的信用分配和广泛的数据覆盖。

核心问题

长时任务的复杂性在于其多阶段特性和高精度要求。传统的Q值函数学习方法在处理稀疏奖励和长时间跨度时表现不佳,导致策略优化困难。

核心创新

SeeQ通过子任务诱导的Q值函数学习,缩短了价值预测的时间跨度。利用VLM的视觉和语言能力,SeeQ实现了对多样机器人数据的有效学习和泛化。

方法详解

  • �� 使用VLM作为基础进行预训练
  • �� 自回归预测当前活跃的子任务
  • �� 估计子任务的Q值
  • �� 在下游任务中微调Q值函数

实验设计

实验在四个真实世界的长时任务中进行,使用不同的数据集和基线策略。通过对比不同的Q值学习方法,评估SeeQ的性能提升。

结果分析

SeeQ在多个任务中显著提高了策略成功率,尤其是在需要精确操作和多阶段规划的任务中。实验结果表明,子任务级别的Q值学习有效解决了长时任务中的挑战。

应用场景

SeeQ可用于需要多阶段规划和精确操作的机器人任务,如装配、包装和复杂物体操作。其在多样数据上的有效学习能力使其适用于不同的机器人平台。

局限与展望

尽管SeeQ在多个任务中表现出色,但其对子任务预测的准确性依赖较大,且需要大量的预训练数据。未来工作可探索更高效的子任务分解方法。

通俗解读 非专业人士也能看懂

想象一个工厂,工人们需要完成一系列复杂的任务。传统方法像是让工人们在没有明确指示的情况下完成整个任务,而SeeQ则像是给每位工人分配具体的子任务,并提供明确的指示。这样,工人们可以专注于完成手头的工作,最终提高整个工厂的效率。

简单解释 像给14岁少年讲一样

想象你在玩一个复杂的游戏,需要完成很多任务才能赢。传统方法就像是让你一次性记住所有步骤,而SeeQ则像是给你每个小任务的提示,让你一步步完成。这样,你更容易赢得比赛!

术语表

Q值函数 (Q-value function)

用于评估在给定状态下采取某一动作的预期收益。

用于指导策略改进和动作选择。

子任务 (Subtask)

任务的一个较小部分,具有明确的目标和结束条件。

SeeQ通过子任务级别的Q值学习来优化策略。

视觉语言模型 (Vision-Language Model)

结合视觉和语言信息进行任务处理的模型。

SeeQ使用VLM作为基础进行预训练。

策略优化 (Policy Optimization)

通过调整策略以最大化预期收益的过程。

SeeQ通过子任务级别的Q值学习来优化策略。

长时任务 (Long-Horizon Task)

需要多阶段规划和精确操作的复杂任务。

SeeQ专注于解决长时任务中的策略优化问题。

开放问题 这项研究留下的未解疑问

  • 1 如何在没有大量预训练数据的情况下实现SeeQ的有效性?
  • 2 如何提高子任务预测的准确性以进一步提升SeeQ的性能?

应用场景

近期应用

工业机器人装配

SeeQ可用于提高工业机器人在复杂装配任务中的效率,减少错误率。

远期愿景

智能家庭机器人

未来,SeeQ可用于开发能够自主完成复杂家务的智能机器人,提升生活质量。

原文摘要

Despite rapid progress, generalist robot policies remain brittle on complex, long-horizon tasks that comprise multiple stages or require repeated attempts and deliberation on the same underlying stage before success. Q-value functions can improve these policies by ranking candidate actions or guiding policy improvement, but learning from sparse task-level rewards entails long credit-assignment horizons, difficult Bellman backups, and broad data-coverage requirements. We introduce SeeQ (Subtask-elicited Q-functions), which instead learns Q-values for the currently active subtask. This shortens the value-prediction horizon and enables effective learning with temporal-difference (TD) objectives. During training, subtask-level annotations present in offline robot data provide the decomposition and enable learning from broad, potentially suboptimal robot datasets. To eliminate the need for human annotations or modular subtask prediction systems at test time, our Q-function architecture is trained to autoregressively predict the active subtask in natural language before estimating its value. We instantiate SeeQ using a base vision-language backbone, pretrain it on diverse open-source robot manipulation data, and finetune it on downstream tasks. Across four real-world manipulation tasks on two bimanual robot platforms, the SeeQ value function substantially improves best-of-N policy steering.

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