過去，如果想讓機(jī)器人布置餐桌，需要給它明確的指令，比如：往前走 2 米，抬起 45 度，食物需要擺在餐盤中，叉子擺到盤子的右側(cè)……

現(xiàn)在，只要對機(jī)器人說“把這些餐具以合理的形式擺好”，它就能通過與大語言模型交流，學(xué)到怎么擺的常識性知識，然后按照要求把餐具合理地?cái)[出來。

這項(xiàng)研究來自美國紐約州立大學(xué)賓漢姆頓分校張世琦教授團(tuán)隊(duì)與合作者，他們提出了一種名為 LLM-GROP 的方法，使機(jī)器人能夠在復(fù)雜環(huán)境中高效地完成多對象重新排列任務(wù)，在真實(shí)環(huán)境中的任務(wù)成功率達(dá) 84.4%。

張世琦對 DeepTech 表示：“我們首次將大語言模型的常識知識與任務(wù)與運(yùn)動規(guī)劃（TAMP，Task and motion planning）任務(wù)結(jié)合。該系統(tǒng)表現(xiàn)出強(qiáng)適應(yīng)能力，支持在動態(tài)障礙的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。”

該研究為服務(wù)機(jī)器人在開放世界中的語義任務(wù)執(zhí)行提供了新思路，適用于移動操作平臺，即當(dāng)機(jī)器人既需要在任務(wù)層面做離散規(guī)劃，把復(fù)雜任務(wù)分解成一步步動作，又需要在連續(xù)空間里做軌跡規(guī)劃的情況。

研究團(tuán)隊(duì)對移動操作（MoMa）領(lǐng)域進(jìn)行研究，重點(diǎn)關(guān)注機(jī)器人同時(shí)執(zhí)行導(dǎo)航和移動抓取的任務(wù)。他們還特別關(guān)注如何在給定未明確指定的目標(biāo)的情況下，計(jì)算每個(gè)物體應(yīng)該放置的位置和方式。

研究人員利用大模型的豐富常識知識，例如餐具的擺放方式，來促進(jìn)任務(wù)級和運(yùn)動級規(guī)劃。此外，他們還使用計(jì)算機(jī)視覺方法來學(xué)習(xí)選擇基礎(chǔ)位置的策略促進(jìn) MoMa 行為。

張世琦舉例說道：“這很像餐廳里服務(wù)員上菜的情景。一方面，服務(wù)員站得離桌子越近越好，另一方面又要與顧客、桌子、椅子以及其他障礙物保持一定的距離。我們用視覺方案來解決站位問題，以兼顧機(jī)械手臂和基座的性能表現(xiàn)?！?/p>

以具體場景為例，來理解機(jī)器人在任務(wù)規(guī)劃和運(yùn)動規(guī)劃之間進(jìn)行交互：假如機(jī)器人想要將餐具擺放到十人餐桌，有人已就座。

在任務(wù)層面，它需要判斷具體從桌子左邊還是右邊走過去更安全。與此同時(shí)，機(jī)器人在上菜時(shí)需要決策先放盤子還是杯子等。而運(yùn)動規(guī)劃的問題則是：餐桌旁邊已有椅子，應(yīng)該如何調(diào)整站姿，能讓放盤子的成功率和效率都比較高。

為驗(yàn)證該系統(tǒng)的效果，該團(tuán)隊(duì)分別在真實(shí)機(jī)器人和仿真環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。真實(shí)實(shí)驗(yàn)涵蓋三個(gè)不同復(fù)雜度的任務(wù)，包括擺放不同數(shù)量的餐具物品，并在有無障礙物的情況下執(zhí)行多次試驗(yàn)。結(jié)果顯示，LLM-GROP 在可生成合理的對象布局的前提下，還能在復(fù)雜環(huán)境中高效地導(dǎo)航和操作。

其中，在真實(shí)世界對象重新排列試驗(yàn)中，機(jī)器人的任務(wù)成功率達(dá)到 84.4%。通過主觀人類評估，LLM-GROP 在用戶滿意度方面比現(xiàn)有的對象重新排列方法表現(xiàn)更好。在仿真環(huán)境中，LLM-GROP 的執(zhí)行時(shí)間比其他基線方法更短。

研究人員還對比了不同大模型在系統(tǒng)中的作用，發(fā)現(xiàn) GPT-4 在多數(shù)任務(wù)中表現(xiàn)最佳，而 Gemini 和 Claude 則在某些特定任務(wù)中展現(xiàn)優(yōu)勢。

近日，相關(guān)論文以《LLM-GROP：利用大語言模型實(shí)現(xiàn)可視化的機(jī)器人任務(wù)與運(yùn)動規(guī)劃》（LLM-GROP: Visually Grounded Robot Task and Motion Planning with Large Language Models）為題發(fā)表在 International Journal of Robotics Research（IJRR）[1]。

紐約州立大學(xué)賓漢姆頓分校張笑寒博士（目前任職于波士頓動力 AI 機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室）、丁琰博士（目前任職于鹿明機(jī)器人）、博士生速水陽平（Yohei Hayamizu）和扎伊納布·阿爾塔韋爾（Zainab Altaweel）是共同第一作者，張世琦教授擔(dān)任通訊作者。這項(xiàng)研究的合作者還包括美國人形機(jī)器人廠家 Agility Robotics 克里斯?帕克斯頓（Chris Paxton）、美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校彼得?斯通（Peter Stone）教授和朱玉可教授。

研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在未來的研究中繼續(xù)改進(jìn)相關(guān)問題。例如，在實(shí)際環(huán)境中可能涉及控制等復(fù)雜的問題；進(jìn)一步探索機(jī)器人在抓取時(shí)控制器是如何實(shí)現(xiàn)的；機(jī)器人犯錯后如何恢復(fù)；為機(jī)器人提供更好的攝像頭提供更豐富的視覺信息；考慮機(jī)器人邊走邊操作的情況等等。

“我們在這次研究中第一次把大模型用在任務(wù)運(yùn)動規(guī)劃以及移動操作的問題上，未來我們還將探索在現(xiàn)實(shí)場景中更多有趣的問題。”張世琦表示。

參考資料：

1.https://doi.org/10.1177/02783649251378196

運(yùn)營/排版：何晨龍