北大联合银河通用突破机器人非抓握操作难题,DyWA模型实现80%成功率登顶ICCV 2025

2025-09-29 03:20:58 5491次浏览

  

本研究成果由北京大学与银河通用机器人公司联合团队共同完成。论文第一作者为北京大学计算机学院前沿计算研究中心博士生吕江燃,其研究方向聚焦具身智能领域,重点探索世界模型与机器人灵巧操作技术,相关成果已发表于ICCV、TPAMI、RSS、CoRL、RAL等顶级会议期刊。通讯作者为北京大学计算机学院王亦洲教授及北京大学助理教授、银河通用创始人兼CTO王鹤。

现有机器人视觉语言操作模型(VLA)虽具备一定泛化能力,但其操作模 式仍局限于准静态的抓取放置(pick-and-place)。相较之下,人类操作物体时更常采用推动、翻转等灵活方式。若机器人仅掌握抓取技能,将难以应对现实场景中的复杂任务。例如,拾取银行卡需先将其推至桌沿,而抓取大尺寸盒子则需先将其翻转立起(如图1所示)。

这类操作属于非抓握操作(Non-prehensile Manipulation)范畴,指不依赖夹取、抓握的物体操控方式,在薄片物体、大型物品及密集场景等任务中具有重要应用价值。然而现实环境中物体几何形状、质量分布、桌面摩擦力等复杂物理属性都会影响操作效果。为此,研究团队提出自适应性【世界-动作】模型DyWA(Dynamics-adaptive World Action Model),通过协同学习系统动力学与精细操作策 略,实现对环境因素的全面泛化。该成果已被ICCV 2025接收。

非抓握操作面临两大核心挑战:

首先是复杂的接触建模。与抓取不同,非抓握操作涉及 连续接触、动态摩擦力等复杂交互。微小的摩擦力变化可能导致截然不同的运动轨迹——更换桌布会使物体"难以推动"或"过度滑动";盛水杯子与空杯移动特性迥异;质量分布不均的物体更会出现"旋转-滑动"的非线性行为。传统物理建模方法依赖精确的  物体参数,而现有学习方法又缺乏对动力学属性的建模能力。

其次是现实感知受限问题。高质量非抓握操作需要精确感知物体位置、姿态及接触面几何特征,但单视角点云存在严重遮挡,多视角系统又面临部署成本高的问题。现有方法假设的多视角输入在实际应用中往往难以实现。

DyWA的创新性体现在三个方面:

1. 世界-动作联合建模:采用teacher-student框架,学生模型不仅能预测动作,还能"想象"动作执行后的状态变化,隐式学习物理世界动力学规律,显著提升学习效率与泛化能力。

2. 动力学自适应机制:通过分析历史观测序列,推理环境隐含的摩擦系数、质量分布等物理属性,并利用FiLM机制动态调整操作策略,实现自适应交互。

3. 实用化设计 :仅需单视角点云输入,经大规 模域随机化仿真训练后,可实现零样本迁移至真实机器人,展现强大的端到端泛化能力。

实验表明,DyWA在仿真测试中各项指标显著优于基线方法,成功率突破80%。在真机实验中展现出:对未见物体几何形状和质量分布的双重泛化能力;适应不同摩擦表面的鲁棒性;以及通过失败经验快速调整的闭环自适应能力。此外,DyWA可与抓取策略及视觉语言大模型协同工作,显著提升复杂场景下的任务成功率。

相关资源:论文链接:https://arxiv.org/abs/2503.16806项目主页:https://pku-epic.github.io/DyWA/代码仓库:https://github.com/jiangranlv/DyWA

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