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具身智能(Embodied AI)技术综述:从基础理论到工程实践

具身智能(Embodied AI)作为人工智能通往通用人工智能(AGI)的关键路径,近年来取得了突破性进展。本文基于 Every-Embodied 开源项目的丰富实践经验,系统性地综述具身智能领域的技术栈、算法演进、工程实践和前沿复现。全文涵盖:(1)具身智能的基础理论与发展历程;(2)机器人学基础(运动学、动力学、坐标变换);(3)计算机视觉在具身场景中的应用;(4)强化学习与模仿学习;(5)视觉-语言-动作(VLA)大模型全景;(6)视觉语言导航(VLN)技术;(7)世界模型最新进展;(8)无人机控制与规划专题;(9)仿真环境与真机部署;(10)数据集与评估基准。本文强调"理论-实践-复现"三位一体的学习路径,为工程师和从业者提供从入门到前沿复现的完整技术指南。

关键词:具身智能、机器人学习、视觉-语言-动作模型、VLA、视觉语言导航、VLN、世界模型、强化学习、模仿学习、MuJoCo仿真

  1. 引言
  2. 具身智能基础理论
  3. 机器人学基础
  4. 具身场景的计算机视觉
  5. 强化学习与模仿学习
  6. 视觉-语言-动作(VLA)大模型
  7. 视觉语言导航(VLN)
  8. 具身世界模型
  9. 无人机控制与规划专题
  10. 仿真环境与真机部署
  11. 数据集与评估基准
  12. 工程实践指南
  13. 总结与展望

人工智能的发展历程中,我们见证了从"非具身"(Disembodied)到"具身"(Embodied)的

具身智能大脑:VLA 模型架构解析与训练实战

🦞 太空龙虾:基于 OpenVLA、π0、π0.5、π0.6 等核心论文

  1. VLA 模型概述
  2. 架构设计
  3. 数据工程
  4. 预训练策略
  5. 推理与部署
  6. 实战指南

Vision-Language-Action (VLA) 是具身智能领域的核心范式,将三大核心能力端到端集成:

  • Vision:视觉感知(理解机器人看到的环境)
  • Language:语言理解(理解人类指令)
  • Action:动作生成(输出机器人执行的控制指令)

传统机器人范式:

视觉感知 → 状态估计 → 任务规划 → 运动控制 → 执行

问题:各模块独立训练,误差累积,泛化能力弱

VLA 范式:

[图像 + 语言] → VLA 模型 → [动作序列]

优势:端到端训练,全局优化,泛化能力强

作用: 将机器人视角的图像转换为特征表示

常用架构:

架构 特点 适用场景
ViT (Vision Transformer) 全局注意力,适合复杂场景 通用机器人操作
CLIP ViT 预训练视觉-语言对齐 开放场景理解
EfficientNet 高效,适合边缘部署 低功耗机器人
DINOv2 自监督预训练 少样本学习

输入维度:

  • 单帧图像:[B, 3, H, W]
  • 多帧历史:[B, T, 3, H, W]
  • 深度图:[B, 1, H, W](可选)

输出维度:

  • 视觉特征:[B, N, D][B, D]
  • 空间注意力图:[B, H, W](可选)

Gemini Robotics On-Device

本文档描述了Gemini Robotics On-Device,这是一款先进的视觉-语言-动作 (VLA) 模型,旨在本地设备上高效运行以实现通用机器人操作。该模型能够处理文本、图像和机器人本体感受数据作为输入,并输出机器人动作。训练使用了包含图像、文本以及机器人传感器和动作数据的数据集,并利用Google的Tensor Processing Units (TPUs)进行。评估结果表明,Gemini Robotics On-Device在泛化、指令遵循和快速适应方面表现出色,其性能与旗舰版Gemini Robotics 模型相似,同时超越了之前的最佳设备端VLA模型。该模型主要用于机器人应用的设备端部署,作为核心组件使机器人能够理解并响应视觉和语言指令,并在给定环境中采取行动。

  • 模型描述: “Gemini Robotics On-Device 是我们基于设备端 Gemma 模型的先进视觉-语言-动作 (VLA) 模型。它专为通用机器人操作而设计,可在本地设备上高效运行。该模型支持广泛的任务、场景和多种机器人类型。”
  • 输入: 接收文本(例如问题或指令)、图像(例如机器人环境视角)和机器人本体感受数据(数值)。
  • 输出: 生成机器人动作的数值。
  • 架构: 基于 Gemini Robotics 技术和设备端 Gemma 模型的设备端 VLA 模型。

图表数据: 泛化基准测试 在视觉、语义和动作泛

机器人智能操作系统研制与应用

幻灯片概述了具识智能(Insight Robotics)公司研发的机器人智能操作系统 InsightOS。内容涵盖了该操作系统的背景意义、产品形态、关键技术及其应用示范。幻灯片着重介绍了 InsightOS 作为具身智能代理(EAP)集成开发环境(IDE)结合的架构,并将其与安卓系统进行了对比,强调了其在制造业和家庭场景智能化的优势。此外,还展示了 InsightOS 在提高开发效率、处理运行异常和优化现场调度方面的实际效果,并提供了已适配的多种机器人型号清单。

华为云具身智能技术探索与实践

幻灯片概述了华为在具身智能领域的积极投入与战略。文件详细阐述了具身智能的发展趋势,包括大模型的应用产业落地以及面临的挑战。华为提出了盘古具身智能大模型作为核心,通过一体化开发平台工具链,旨在解决复杂任务规划与执行问题。此外,幻灯片还展示了具体的行业应用案例,例如智能制造物流分拣,并强调了技术创新产业合作的重要性,以推动具身智能的广泛应用。