跨场景机器人任务泛化方法
2025/08/25·StepFun can make mistakes, check important info.
<要求>:请基于技术方向【面对新家居布局或应用场景变换(例如家用策略到营业厅策略、展厅结构变换等),机器人需重新训练策略,迁移成本高的问题,通过将任务分解为原子动作(开门/抓取),构建拓扑地图关联原子操作,基于图神经网络泛化组合逻辑至新场景】以及技术问题【1. 原子动作与拓扑节点的语义关联映射问题。问题描述:如何建立原子动作(如"开门")与拓扑地图中特定节点(如"门把手A")之间的语义级映射关系,使得机器人能够在新场景中正确识别功能等价但外观、位置不同的物体,并执行相应的原子动作。技术难点:现有技术如NTG主要关注动作序列的泛化,但缺乏对动作与具体物理实体之间映射关系的建模;不同场景中同一功能的物体可能有截然不同的外观和结构特征;需要解决的是一种跨模态的语义理解问题,而非简单的特征匹配。与现有技术区别:现有的神经任务图方法主要基于视觉演示学习任务结构,但未解决动作与具体物理实体的语义关联问题。本发明需要创新性地构建一种语义级的关联机制,使原子动作能够在新场景中找到正确的执行对象。】,写出方法类发明《跨场景任务泛化的策略学习方法》的具体系统架构,以及系统架构中各个模块/单元的具体技术流程,即功能,技术流程必须是具体的技术手段,不能是纯功能性描述。禁止出现公式,以及出现具体数值,我想技术更通用。步骤流程前后逻辑要正确、逻辑关联性强,我想要的是能看得出来的逻辑关联,也就是前面生成了某个东西,后面就用这个东西去进行下一步的操作,使得不会出现多余的步骤和多余的中间结果。而且内容不要偏离《跨场景任务泛化的策略学习方法》的题意。写的越详细越全面越好,因为我想要完整的技术流程,不是简化描述,而是用可验证的技术动作串联起完整流程,并不只是简单的技术介绍。禁止出现代码框内容。
Requirement clarification
我需要分析这个技术发明的核心需求和关键问题,以便提供合适的系统架构和技术流程。
这项发明的核心是解决机器人在新环境中重新训练策略的高成本问题,通过将任务分解为原子动作并建立与拓扑地图的关联,实现跨场景的任务泛化。关键技术挑战是原子动作与拓扑节点之间的语义关联映射。
我的理解是需要设计一个完整的系统架构,包括:
- 原子动作库的构建方式
- 拓扑地图的表示方法
- 语义关联映射的实现机制
- 基于图神经网络的泛化学习方法
- 在新场景中的策略应用流程
这个技术方案需要解决的核心问题是如何让机器人在新环境中识别功能等价但外观不同的物体,并执行正确的原子动作,而不需要完全重新训练。
我需要确认几个关键点,以便提供更具针对性的系统架构和技术流程:
- 是否需要详细说明原子动作的具体提取和表示方法?
- 拓扑地图的构建是基于视觉信息、3D点云数据还是多模态融合?
- 您期望的语义关联映射是基于预训练模型、知识图谱还是其他技术路线?
- 是否需要详细说明原子动作的具体提取和表示方法?
- 拓扑地图的构建是基于视觉信息、3D点云数据还是多模态融合?
- 您期望的语义关联映射是基于预训练模型、知识图谱还是其他技术路线?
好的,遵照您的要求,我将为您规划一份关于《跨场景任务泛化的策略学习方法》系统架构与技术流程的详细制定计划。
- 在arXiv、Google Scholar及IEEE Xplore等学术数据库中,检索并分析关于机器人任务规划、拓扑地图构建、图神经网络(GNN)应用以及跨模态语义映射的最新研究论文,为方法创新奠定理论基础。
- 设计一个包含环境感知、拓扑地图与原子动作构建、跨模态语义关联、以及任务策略生成四个核心模块的系统总体架构,并绘制模块间的交互数据流图。
- 详细规划环境感知模块的技术流程,该流程需包括利用RGB-D相机和LiDAR等多传感器融合进行三维点云重建,并采用无监督或自监督学习算法对点云数据进行场景分割,以识别出潜在的可交互对象与功能区域。
- 制定拓扑地图与原子动作构建模块的技术流程,首先通过提取场景中的关键功能性节点(如门、抽屉、物体)及其连通关系来构建拓扑图,同时定义一个包含前置条件与后置效应的参数化原子动作库。
- 设计跨模态语义关联模块的核心技术流程,利用预训练的多模态大模型(如CLIP)分别提取拓扑图中视觉节点和原子动作库中文本描述的语义特征向量,将它们投射到同一个高维特征空间。
- 细化语义关联模块中从特征到映射的具体技术路径,即通过构建一个基于注意力机制的神经网络,计算原子动作语义向量与场景中所有视觉节点语义向量之间的相似度得分,从而为每个动作动态选择最匹配的拓扑节点作为执行对象。
- 规划任务策略生成模块的技术流程,将经过语义关联标注的拓扑地图作为输入,利用图神经网络模型在该图上进行推理,学习并预测出完成指定高级任务所需的最优原子动作序列。
- 阐述系统在新场景中的泛化工作流程,描述当机器人进入一个全新环境时,如何自动执行从环境感知、地图构建、实时语义关联到最终生成适应性任务策略的完整闭环过程。
- 整合上述所有模块的架构设计与技术流程,撰写一份结构清晰、逻辑严谨的完整技术方案文档,确保前后步骤的产出与输入紧密衔接。