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支撑约束强化学习无需真实世界经验即可实现真实世界策略改进

文章摘要

SCORE 框架将仿真中的强化学习约束在预训练生成策略的支持范围内,在八个真实世界灵巧操作任务中把平均成功率从 37.8% 提升到 89.9%,且无需真实世界训练或蒸馏。

来源arXiv Robotics作者: Raymond Yu, William Huey, Mustafa Mukadam, Anusha Nagabandi, Abhishek Gupta
支撑约束强化学习无需真实世界经验即可实现真实世界策略改进
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机器人操作策略如果只依赖真实世界数据训练,往往表现得不够精确、速度偏慢,而且面对扰动时容易失效。用强化学习进一步提升这类策略看起来是一条可行路径,但传统的 RL 微调通常需要在真实硬件上进行大量、昂贵的试错训练。另一种更廉价的方案是把策略改进搬到仿真环境中完成,然而在仿真里进行无约束的 RL 会利用接触模型与动力学建模之间的偏差,学到一些在仿真中得分很高、却在真实硬件上不安全甚至无法迁移的行为。与此同时,常见的正则化手段虽然能抑制这种偏移,却又常常把策略过度约束在一个并不完美的行为先验上,从而限制了性能提升的上限。

针对这一矛盾,Raymond Yu 等五位作者(论文于 2026 年 6 月 25 日提交至 arXiv,编号 2606.27475,属于 cs.RO,交叉 cs.LG,共 35 页、23 幅图)提出了名为 SCORE 的方法,即 Support-Constrained Off-Domain REinforcement(支撑集约束的离域强化学习)。它是一个 real-to-sim-to-real(真实—仿真—真实)框架:先在真实数据上预训练一个生成式策略,然后在仿真中对它做 RL 优化,但把优化范围严格限制在该基础策略的支撑集(support)之内。

作者通过“flow steering”(流引导)来具体实现这一约束,使 SCORE 只能选择基础策略本身已经能够产生的动作。这样做的直觉是:只要动作落在基础策略的可达分布之内,学到的行为就更有可能迁移回真实硬件,同时又能在这个安全范围内尽可能放大策略改进的幅度。SCORE 的使用门槛很低:它只需要稀疏奖励即可学习,不需要蒸馏步骤,而且完全不改动基础策略本身,因此可以看作是在已有策略之上叠加的一层改进机制。

实验在八个真实世界的灵巧多指机器人操作任务上展开。结果显示,SCORE 将平均成功率从基础策略的 37.8% 提升到 89.9%,而表现最好的基线方法仅为 59.5%;同时,它达到成功所需的步数比基础策略少 36.8%。作者还进行了大量实验与消融研究,用以说明约束方式的选择对最终效果的关键作用。

论文的核心结论是:当策略优化被恰当地约束时,仿真能够显著提升真实世界的操作策略,这为 real-to-sim-to-real 的策略改进提供了一种新的范式。作者同时公开了视频与代码,项目页面为 https://weirdlabuw.github.io/score/。需要指出的是,这些结论建立在八个任务之上,其向其他机器人平台、任务类型与传感配置的泛化能力仍有待进一步验证。

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要点

  • SCORE 提出真实到仿真再到真实的框架,利用流导向将仿真 RL 限制在预训练策略可产生的动作内。
  • 在八个多指灵巧操作任务中,平均成功率从 37.8% 提升到 89.9%,远超最佳基线 59.5%。
  • 该方法从稀疏奖励中学习,避免蒸馏,保持基策略不变,并比基策略少用 36.8% 的步骤完成任务。

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