理解启元,从论文开始,RT-2 55B 只有 1~3Hz,OpenVLA 7B 反而高 16.5%——三代 VLA 论文解读,动作表示才是分水岭

这篇文章讲三篇论文。

RT-2,Vision-Language-Action Models Transfer Web Knowledge to Robotic Control,Anthony Brohan 等,Google DeepMind,arXiv:2307.15818,2023 年 7 月。

OpenVLA,An Open-Source Vision-Language-Action Model,Moo Jin Kim、Karl Pertsch 等,arXiv:2406.09246,2024 年 6 月。

π0,A Vision-Language-Action Flow Model for General Robot Control,Kevin Black、Noah Brown 等,Physical Intelligence,arXiv:2410.24164,2024 年 10 月。

三篇论文解决的是同一个问题,怎么让机器人从互联网规模的视觉语言知识里继承泛化能力。它们给的答案不一样,差别集中在两个地方,动作怎么表示,模型放在哪。

文中所有数字都来自论文摘要或正文,链接放在文末。我自己跑的一个动作量化实验放在后半段,用来对照论文里的动作表示讨论。

三篇论文的编号、日期和作者数,我用 arXiv 官方接口现场核对过一遍,没有手抄。

图 1,arXiv 官方接口返回的三篇论文元数据

接口返回的结果和我文首写的一致。RT-2 提交于 2023 年 7 月 28 日,54 位作者。OpenVLA 提交于 2024 年 6 月 13 日,18 位作者,我引的是 2024 年 9 月更新过的 v3。π0 提交于 2024 年 10 月 31 日,24 位作者,最新版本 v4 更新到 2026 年 1 月。

核对这一步很有必要。网上转述论文的文章,作者名写错、日期写错、把 v1 的数字当成最终版,这些错误很常见。写解读之前先拉一遍元数据,是最便宜的一道校验。

一、RT-2,把动作写成文本 token

RT-2 的核心做法,论文摘要写得很直接。

We express the actions as text tokens and incorporate them directly into the training set of the model in the same way as natural language tokens.

翻译过来,把动作表示成文本 token,像自然语言 token 一样直接塞进训练集。

这个做法解决了一个工程难题。视觉语言模型本来只会输出文字,机器人需要输出动作。RT-2 没有加一个新的动作头,它把动作离散成文本 token,让模型用同一个输出空间同时生成文字和动作。这样一来,互联网上的视觉问答数据可以和机器人轨迹数据一起训练,论文把这叫 co-fine-tune。

论文摘要还给了评测规模。

Our extensive evaluation (6k evaluation trials)

6000 次评测。这个数字说明论文的结论不是几个 demo 撑起来的,是大量真机试验堆出来的。

代价在频率。论文第 3.3 节写了两组数字。

The largest model we evaluated, the 55B parameter RT-2-PaLI-X-55B model, can run at a frequency of 1-3 Hz. The smaller version of that model, consisting of 5B parameters, can run at a frequency of around 5 Hz.

55B 版本 1 到 3Hz,5B 版本大约 5Hz。

为什么这么慢。动作变成文本 token 之后,生成一个动作要自回归解码一串 token。模型越大,每一步矩阵乘法越重,频率越低。这是把动作塞进语言模型的直接代价。

RT-2 的泛化能力确实强。摘要里列了涌现能力,对新物体泛化,能理解机器人训练数据里没有的指令,能做 rudimentary reasoning,例如拿最小的物体、拿离某个物体最近的物体。加入 chain of thought 之后,还能做多阶段语义推理,例如累了该喝什么,答案是能量饮料。

RT-2 没有开放权重。对开发者来说,它是一个方向,不是一件工具。

二、OpenVLA,7B 参数,970k 真机轨迹

OpenVLA 的摘要第一句就把定位说清楚了。

We introduce OpenVLA, a 7B-parameter open-source VLA trained on a diverse collection of 970k real-world robot demonstrations.

7B 参数,开源,970k 真机演示。

模型结构也写在摘要里。

OpenVLA builds on a Llama 2 language model combined with a visual encoder that fuses pretrained features from DINOv2 and SigLIP.

Llama 2 语言模型,加 DINOv2 和 SigLIP 融合的视觉编码器。这个组合不复杂,重点在数据规模和开放程度。

最关键的数字是这一句。

outperforming closed models such as RT-2-X (55B) by 16.5% in absolute task success rate across 29 tasks and multiple robot embodiments, with 7x fewer parameters.

在 29 个任务、多个机器人本体上,绝对成功率比 55B 的 RT-2-X 高 16.5%,参数少 7 倍。

参数少 7 倍,成功率反超。这件事说明容量不是唯一变量。数据多样性、动作表示、训练配方,都会影响最终效果。

OpenVLA 的动作表示也是离散 token。论文没有回避这一点,它和 RT-2 的差别在数据规模和开放程度,不在动作表示的根本路线。

论文还给了两个工程结论,对开发者很重要。

we show that OpenVLA can be fine-tuned on consumer GPUs via modern low-rank adaptation methods and served efficiently via quantization without a hit to downstream success rate.

LoRA 可以在消费级显卡上微调,量化部署不掉成功率。这句话把 7B 模型从机房拉到了个人开发者手里。

还有一个对比数字。

outperform expressive from-scratch imitation learning methods such as Diffusion Policy by 20.4%.

比 Diffusion Policy 高 20.4%。这说明预训练加微调的路线,在数据效率上确实比从零训练有优势。

OpenVLA 开放了 checkpoint、微调 notebook 和 PyTorch 代码库。这是它和 RT-2 最大的区别。RT-2 给的是论文,OpenVLA 给的是可以跑的东西。

三、π0,把动作放回连续空间

π0 的摘要第一段先讲了问题。

bringing robot learning to the level of generality required for effective real-world systems faces major obstacles in terms of data, generalization, and robustness.

数据、泛化、鲁棒性,三个障碍。

它的解法是在预训练 VLM 上加一个 flow matching 动作专家。

We propose a novel flow matching architecture built on top of a pre-trained vision-language model (VLM) to inherit Internet-scale semantic knowledge.

继承互联网规模的语义知识,用 flow matching 生成连续动作。

训练数据来自多个机器人平台。

a large and diverse dataset from multiple dexterous robot platforms, including single-arm robots, dual-arm robots, and mobile manipulators.

单臂、双臂、移动操作平台,都在训练数据里。这比单一本体的数据更难采,但泛化边界更宽。

论文评估了三件事。零样本执行,跟随人类语言指令和上层 VLM 策略的指令,通过微调获得新技能。任务覆盖洗衣折叠、桌面清理、组装纸箱。

π0 和 RT-2、OpenVLA 最大的区别在动作表示。RT-2 和 OpenVLA 把每个动作维度离散成 token,一次生成一个动作。π0 用 flow matching 生成连续动作 chunk,一次生成一段轨迹。

这个差别直接对应两个工程指标。精度和频率。连续动作没有量化误差,chunk 化把推理间隔摊平,控制频率可以做得更高。代价是推理更重,训练更复杂,量化更麻烦。

论文没有给一个简单的频率数字,它给的是任务覆盖和零样本能力。读这篇论文,重点看它怎么把连续动作接进 VLM,而不是只看成功率的百分比。

四、三篇论文放在一张表里

维度 RT-2 OpenVLA π0
论文 arXiv:2307.15818 arXiv:2406.09246 arXiv:2410.24164
机构 Google DeepMind Stanford 等 Physical Intelligence
参数 55B / 5B 7B VLM 加动作专家
训练数据 机器人轨迹加互联网 VQA 970k 真机演示 多平台机器人数据
动作表示 文本 token 离散 token 连续动作 chunk,flow matching
频率 55B 1 到 3Hz,5B 约 5Hz 论文未给单一频率,强调可微调可量化 论文强调高频灵巧任务
开放程度 闭源 开源权重、代码、notebook 研究发布
关键数字 6000 次评测 比 RT-2-X 高 16.5%,参数少 7 倍 零样本、语言跟随、微调新技能

这张表看完,结论很明确。动作表示是分水岭,参数大小排在后面。

RT-2 把动作当语言,泛化好,频率低。OpenVLA 把动作当离散类别,好训练,好微调,开放。π0 把动作当连续轨迹,控制顺,推理重。

这三种选择对应三种部署位置。云端、单卡、板端。

五、我自己跑的动作量化实验

论文里的动作表示讨论,落到工程上就是精度和频率的取舍。我拿一条肩关节正弦轨迹做了个量化实验,用真实数据感受一下这个取舍。

实验设置。一条正弦曲线,模拟肩关节角度轨迹,2kHz 采样,范围负 1.5 到正 1.5 弧度。均匀量化,256 个 bin 一组,1024 个 bin 一组,和连续原始值对照。误差算三个指标,平均绝对误差,均方根误差,最大绝对误差。

表示 平均误差 均方根 最大误差
256 bins 0.0029 弧度 0.0034 0.0058 弧度
1024 bins 0.0007 弧度 0.0008 0.0015 弧度
连续值 0 0 0

256 个 bin,平均误差 0.0029 弧度,最大误差 0.0058 弧度。1024 个 bin,平均误差 0.0007 弧度,最大误差 0.0015 弧度。bin 数翻四倍,误差降四倍,线性关系,和均匀量化的理论一致。

数值不大。可离散后的速度是阶梯,到 22 个关节上,叠加起来就是抖。

图 2,256 bin 和 1024 bin 的动作误差

还有一个更隐蔽的问题。离散 token 输出的动作在时间上也是离散的。模型 5Hz 推理,两次推理之间机器人干什么。插值,还是保持。插值会引入滞后,保持会有停顿。这个缺口,论文里叫 latency,工程上叫控制频率匹配。

π0 的 chunk 化就是对这个问题的一个回答。一次生成 50 步动作,50Hz 控制,一小段轨迹覆盖一秒。模型推理慢一点,chunk 内部的动作还是连续的。

这是论文和工程之间最值得对照的地方。论文比的是成功率,工程比的是成功率加频率加延迟。两个指标体系不完全一样。

六、放到 Q1 上,7B 模型该站哪

Q1 有 22 个可动关节。关节指令走 /aima/hal/joint/command,状态走 /aima/hal/joint/state。

VLA 推理通常只有几赫兹,不可能直接管 22 个关节的平衡。平衡是高频闭环,关节状态一变,下一拍指令就要跟上,这个频率是几十上百赫兹。让 VLA 管平衡,等于让一个每秒只能想几次的大脑去管膝跳反射。

它能做的是高层策略。看一眼画面,决定去拿杯子,还是去开门,然后把目标丢给运控层。运控层继续用高频闭环,管站立,管关节,管安全。

落到接口上,VLA 的输出要变成具体的服务调用。

VLA 输出 映射的接口 说明
去客厅 SetMcAction 切 WALK 高层意图变模式切换
拿桌上的杯子 SetMcAction 切 WBC 加抓取策略 需要感知配合
打个招呼 SetMcPresetMotion 3004 最简单的一条路
站好别动 SetMcAction 切 STAND 安全兜底

这张表的关键在最后一列。VLA 可以出错,兜底不能出错。任何时候,一条 STAND 指令必须能覆盖模型的输出。这是设计底线。

模型和接口之间,要有一层翻译。翻译层做得好不好,决定系统稳不稳。这一层没有论文会替你写,它就是你自己的工程。

七、延迟预算,互动场景的生死线

我拿挥手回应这个场景算过一笔账。人抬手,期望机器人在半秒内开始回应,超过一秒,交互感就断了。

如果走 VLA,相机一帧进来,模型 1 到 3Hz 出动作,光推理就要三百毫秒到一秒,再加感知和通信,半秒的预算根本不够。如果走预设动作,一个状态机加几个服务调用,百毫秒级就能出手。

这个账说明一件事。VLA 适合对延迟不敏感的决策,不适合对延迟敏感的互动。把两种场景分开,选型就不会错。

八、读这类论文,我先看四样东西

三篇论文加起来上百页,我的读法收敛成四样。

看动作表示。文本 token,离散 token,连续 chunk,选了哪个,后面全是它的推论。

看数据构成。互联网数据和机器人数据的比例,真机平台有几种,自采还是拼装。数据构成决定泛化的边界。

看成功率怎么报的。任务是 29 个还是 6000 次评测,基准是谁,绝对提升还是相对提升。数字要看分母。

看频率和延迟。训练 loss 再漂亮,推理 1Hz,部署就免谈。频率是论文里最不起眼,却最先杀死项目的一行。

这四样看完,一篇论文对你有没有用,基本就有答案了。剩下的数学,用到了再翻。

九、开源模型的四条现实约束

开源不等于拿来就能用。

权重可得性。OpenVLA 权重公开,下载几个 GB 起步。RT-2 没有权重,讨论再多也只能停在纸面。

硬件门槛。7B 模型,推理显存要看量化程度,fp16 全量跑不动消费级,量化之后能进,可量化本身要踩算子坑。

维护风险。开源模型的热度有周期,作者团队转向,社区补丁停滞。核心业务不要把唯一路径压在一个社区模型上,准备好替换方案。

许可证。研究用途和商用用途的条款不同,商用前把 license 读一遍。

这四条不是劝退。开源模型的真实用法是,预训练能力白拿,工程成本自己背。它比闭源黑盒透明,比从零训练便宜,中间的活,微调、量化、部署,全是你的。

十、我的判断

作为一个开发者,现阶段我会选 OpenVLA 这条线。

它有开放权重,有 LoRA,有量化。7B 的规模,单卡能碰。970k 真机轨迹的预训练,比我从零采数据强。

RT-2 的方向要看,但没必要等它的权重。π0 的连续动作值得跟,等它的推理成本降下来。

我会盯三个信号。推理频率上没上两位数,量化掉没掉点,有没有开源的连续动作模型能把频率做上去。哪个先到,哪条路线的权重就变。

如果你只想记一句话,记这句。

先看动作怎么表示,再看模型有多大。

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