上交大&阿里提出LA4VLA:跳出看图做事陷阱,重塑VLA底层逻辑

具身进化 2026-07-11 20:22


上海交大联合阿里巴巴发布 LA4VLA,提出 Language-Action Pretraining,试图解决 VLA 训练中的一个核心问题:模型是否过度依赖视觉捷径,而没有充分学习语言如何指导动作。


VLA 模型把视觉、语言和动作连接在一起,是当前机器人操作学习的重要范式。给定场景图像和语言指令,模型直接预测机器人下一步动作。


但这套流程中,视觉信息往往太强。目标位置、物体外观、空间布局都在图像里,模型可能直接利用这些线索完成动作预测,形成“看图做事”的捷径。


LA4VLA 的思路是:先把语言-动作学习从视觉条件中解耦出来,在预训练阶段暂时去掉视觉输入,让模型只根据语言和机器人状态学习连续动作。


这样做不是为了让机器人最终不看图,而是为了让模型在接入视觉之前,先学清楚语言描述如何对应动作执行。


上交大&阿里提出LA4VLA:跳出看图做事陷阱,重塑VLA底层逻辑图1


VLA 为什么可能被视觉捷径带偏?

标准 VLA 预训练通常来自机器人示范轨迹。一条轨迹包含连续视觉观测、机器人状态、动作序列,以及一条自然语言任务指令。


模型根据视觉和语言预测动作,但视觉、语言和动作提供的监督信号并不均衡。


视觉和动作是逐帧变化的密集信号,一条轨迹可以产生大量 visual-action 或 state-action 对。语言通常只有一句高层任务描述,并在整条轨迹中保持不变。


比如 “clean the table” 可能包含靠近、抓取、移动、放置等多个动作阶段,但这些阶段没有逐一对应的语言标注。


同时,图像会被编码为大量 visual tokens,而语言指令只占少量 tokens。训练时,模型很容易先利用视觉中更密集的控制线索。


因此,VLA 在标准输入下能完成任务,并不一定意味着它真正学到了语言-动作关系。它可能只是通过视觉捷径完成了预测。


LA4VLA 关注的正是这个问题:如何让语言-动作监督不再被视觉线索盖住。


诊断实验:语言和视觉冲突时,模型会如何选择?

作者设计了 instruction-conditioned direction following 实验。实验固定语言指令,只改变视觉输入,观察模型预测轨迹是否仍然符合语言指定方向。


实验使用方向明确的原子动作指令,例如 “move upward to approach the target” 和 “move downward to approach the target”。视觉输入包括原始配对视觉、无视觉、同场景不匹配视觉,以及来自相反方向动作片段的冲突视觉。


在原始配对视觉下,模型能够产生较清晰的方向轨迹,表面上看起来可以跟随指令。


但当视觉被去除、替换,或与语言方向冲突时,模型预测会明显变得不稳定。尤其在冲突视觉中,模型更容易偏向视觉暗示的方向。


量化结果同样显示,direction following 在无视觉、不匹配视觉和冲突视觉下显著下降,冲突视觉还会导致反向偏移。


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这说明,标准 VLA 训练中的语言-动作关系可能并没有被充分学习,而是被更强的视觉信号遮蔽。


LA4VLA 如何训练?

LA4VLA 将 Language-Action Pretraining 从标准 VLA Pretraining 中拆分出来,作为独立训练阶段。


在常规 VLA pretraining 中,视觉观测、语言指令和机器人状态共同输入模型,模型预测动作。视觉 grounding 和动作学习从一开始就耦合。


在 LA pretraining 中,模型暂时去掉视觉输入,只能依靠语言指令和机器人状态预测连续动作轨迹。它不能使用图像中的目标位置、物体外观或背景布局。


这里的语言监督并不是简单动作类别,而是低层动作描述与连续动作轨迹之间的对应。


例如,“Lower the object downward toward the target while holding it” 对应持物向目标方向下放;“Transport the object to the right while holding it” 对应持物向右移动;“Open gripper to release and place the object onto the target surface” 对应释放并放置。


这些描述包含方向、夹爪状态、持物状态和局部物理效果,同时尽量不绑定具体场景。模型学到的是可迁移的语言-动作规律。


因此,LA4VLA 不是简单增加数据,而是重新定义了一种可以独立使用、也可以和 VLA pretraining 互补的预训练信号。


LA-33K:把完整轨迹拆成局部动作监督

为了支持这种预训练,作者构建了 LA-33K。它不需要额外采集机器人示范,而是从已有 VLA demonstrations 中重新组织得到。


完整机器人轨迹通常只有一条高层任务指令,但内部包含多个短时局部动作阶段。LA4VLA 将长轨迹切分为 atomic action segments,并为每个片段生成低层动作描述。


数据构建流程包括关键帧检测、原子动作类别约束、VLM temporal segmentation 和人工核验。最终 LA episodes 覆盖 move、grasp、lift、transport、place、reorient、lower 等常见操作。


LA-33K 包含 33,116 条人工核验的 Language-Action episodes,共 1,524,990 帧,平均每条 episode 为 46.05 帧。相比原始长轨迹,这些片段更短、更局部,语言描述也更贴近动作执行。


通过 LA-33K,原本隐藏在完整示范中的 language-action supervision 被显式提取出来,成为可以单独训练、分析和组合使用的数据。


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实验结果:语言-动作预训练带来的提升

作者在 MetaWorld、LIBERO、跨架构设置和真实机器人任务上验证 LA4VLA。


在 LA4VLA-1B 上,单独 LA pretraining 已经带来明显提升:MetaWorld 平均成功率从 69.73% 提升到 83.00%,提升 13.27 个百分点;LIBERO 从 92.85% 提升到 95.30%,提升 2.45 个百分点。


将相同 LA pretraining protocol 应用于 StarVLA,也能带来收益:MetaWorld 从 58.39% 提升到 69.91%,LIBERO 从 93.70% 提升到 94.85%。


真实机器人实验中,Press Button、Place Book 和 Place Drink 三个任务的平均成功率从 38.3% 提升到 81.7%。这说明,暂时去掉视觉输入阶段学到的语言-动作规律可以迁移到真实视觉条件下。


LA pretraining 也优于 matched VLA pretraining。在相同原子动作片段上,保留视觉输入做 VLA pretraining 时,MetaWorld 为 79.78%,LIBERO 为 94.40%;暂时去掉视觉输入做 LA pretraining 后,分别达到 83.00% 和 95.30%。


LA supervision 还能与 VLA supervision 形成互补。在 MetaWorld 上,No pretrain 为 69.73%,LA 为 83.00%,LA-VLA 为 86.75%,MixPT 达到 87.53%。在 LIBERO 上,No pretrain 为 92.85%,LA 为 95.30%,MixPT 为 95.75%,LA-VLA 达到 96.28%。


在视觉扰动下,平均成功率从 No pretrain 的 27.5% 提升到 LA 的 67.5%,MixPT 进一步达到 70.0%。这说明,语言-动作规律有助于提升策略面对视觉变化时的稳定性。


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总体来看,Language-Action Pretraining 既可以独立提升模型,也可以与标准 VLA pretraining 互补。


模型内部表示有什么变化?

除了任务成功率,作者还分析了 LA pretraining 对模型行为和内部表示的影响。


方向跟随实验显示,LA pretraining 后,即使没有视觉输入,模型仍能根据语言指令生成方向清晰分开的轨迹。


t-SNE 可视化也显示,标准 VLA-trained policy 的不同方向指令表示容易混在一起,而 LA-pretrained policy 会形成更清晰的方向聚类。


这说明 LA pretraining 不只是提高下游成功率,也让模型形成了更明确的 instruction-conditioned representation。


上交大&阿里提出LA4VLA:跳出看图做事陷阱,重塑VLA底层逻辑图5


主要贡献

LA4VLA 的核心贡献,是提出并验证 Language-Action Pretraining 可以从标准 VLA Pretraining 中解耦,并作为独立有效、可互补的预训练范式。


1、提出 LA4VLA,一种 vision-agnostic language-action pretraining framework,通过暂时去掉视觉输入,显式学习语言如何约束动作执行。


2、构建 LA-33K 数据集,包含 33,116 条人工核验的 Language-Action episodes,从已有 VLA demonstrations 中提取隐含的语言-动作监督。


3、系统研究 LA-only、sequential LA-to-VLA 和 mixed LA-VLA pretraining,验证 LA supervision 的独立效果和互补价值。


4、在 MetaWorld、LIBERO、StarVLA 跨架构实验、真实机器人任务、视觉扰动鲁棒性实验,以及方向跟随和表示分析中验证方法有效性。


小结

LA4VLA 并不是要让机器人最终不看图。真实机器人仍然需要视觉来理解环境和目标。


它强调的是:训练阶段如果过早把视觉、语言和动作完全耦合,模型可能走向视觉捷径,看图做事。暂时去掉视觉输入,可以让模型更集中地学习语言如何驱动动作。


Learning to Act without Seeing,最终是为了更好地 Seeing and Acting with Language。


论文标题:LA4VLA: Learning to Act without Seeing via Language-Action Pretraining

项目主页:https://github.com/MINT-SJTU/LA4VLA


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