差距出在训练与部署之间
基于流的策略通过数值积分,把噪声沿学习到的速度场逐步变换成动作。训练和评估通常使用 64 个 Euler 步的完整预算,但部署时可能只负担得起一步。论文把由此产生的错配称为少步离散化差距:在完整步数下优化出来的策略,并没有被显式约束为在粗糙积分下仍然可靠,因此减少步数会明显改变生成的动作,使控制性能下降。
这一点重要,是因为问题并不只是步数变少带来了数值噪声。论文的表述是:训练目标只在训练所用的积分预算下优化回报,并没有为粗糙积分塑造速度场。因此,一个回报很高的流策略在单步下仍可能很脆弱,而这正是本研究要修复的失效。
两种训练信号共同塑造学生策略
RFPO 建立在 FPO++ 之上,保留其原有的同策略 actor–critic 目标,并在训练中增加两种互补信号。第一种是奖励感知的在线 Reflow。对每个观测,当前学生策略抽取四个辅助初始化,其中 25% 的概率为零起点,其余为高斯噪声,然后生成一个停止梯度的完整预算终点。该初始化与学生自身终点之间的直线路径成为回归目标,于是粗糙求解器将要遇到的传输几何被反复拉直。优势为正的样本获得更高权重,使矫正集中在对控制有用的行为上。
第二种信号是多预算动作蒸馏。一个冻结的高斯 PPO 控制器提供动作目标,同一个流学生策略被训练在 64、8 和 4 个 Euler 步的预算下匹配这些目标。值得注意的是,一步被排除在这个集合之外,因此单步行为从未被教师直接监督。第三个较轻的正则项通过一个学习到的预算预测器,让学生策略接触 1、4、8、16 和 64 步的预算,鼓励其与完整预算动作保持一致,同时惩罚期望求解成本。
部署时这些都被剥离。PPO 教师和预算预测器被移除,观测与零噪声配对,学生策略只运行一个 Euler 步。因此部署的控制器只是学到的流策略,效率提升来自求解器预算,而不是来自更小的网络。
单步回报接近完整步数回报
跨机器人形态的表格是论文的核心证据。在零初始化下,从 64 个 Euler 步降到一步,平均回合回报的变化为:Go2 上 −1.5%,Spot 上 +0.4%,H1 上 −0.9%,G1 上 +1.7%。在随机初始化下,四种形态从 64 步到一步的变化都保持在 2.4% 以内。作者据此认为,学到的单步行为既不绑定于单一机器人形态,也不依赖确定性的零初始化。
基线结果显示了这种平稳有多不寻常。FPO++ 在每个任务上都严重退化:在 Go2 上,其零初始化回报从 64 步的 21.29 降到一步的 −187.70;在 Spot 上从 9.29 降到 −404.05。仅靠蒸馏也无法解决问题。KD-only 在某些形态上改善了完整预算控制,但在一步下仍然崩溃,在 Go2 上降到 −4919.70,在 Spot 上约为 −1.5×10⁵。由于各任务的奖励尺度不同,论文提醒比较应在同一形态内进行,而不是跨行比较。
传输矫正承担了主要作用
Go2 上的消融实验把两种机制分开。FPO++ 从 64 步的 21.29 降到一步的 −187.70,KD-only 降到 −4919.70。不带奖励加权的均匀 Reflow 则保持近乎平坦的曲线,从 64 步的 33.57 到一步的 32.84,奖励感知 Reflow 表现出类似的数值稳健性。把 Reflow 与动作空间监督结合,进一步提高了完整预算控制器,同时保持少步性能。作者由此得出结论:传输矫正是实现稳健粗糙积分的主要机制,蒸馏提供的是互补的控制监督。
高回报不等于能跟踪指令
论文谨慎地区分回合回报与底层控制质量。在 Go2 上,FPO++ 和 KD-only 的单步前向速度跟踪误差很大,分别为 0.883 和 0.810,摔倒比例分别为 0.680 和 0.334。均匀 Reflow 把跟踪误差降到 0.070,且未观察到摔倒。
更有启发的是单独使用奖励感知 Reflow 的情形:它保持了较高的单步回合回报,但跟踪误差达到 0.805。因此,单步执行下的高回报本身并不能证明机器人很好地跟随指令。论文报告的是完整的 RFPO 组合维持了稳定的指令跟踪,这也是为什么回报表和跟踪表需要一起读,而不能互相替代。
板载 CPU 上的延迟收益
效率结论只针对 Go2 的板载设定。推理在 Go2 板载 CPU 上用单线程 ONNX Runtime 测量,先做 30 次预热迭代,再进行 100 次计时评估,报告平均和 p99 延迟。在该协议下,单步执行保留了 64 步奖励的 98.5%,平均延迟从 4.39 ms 降到 0.08 ms,加速 54.9 倍。
这个数字不应被理解为对所有形态或所有部署栈的普遍加速,因为测量绑定于一台机器人的板载 CPU 和一种运行时配置。它确实说明的是:在这一设定下,求解器预算而不只是网络,是推理成本中相当可观的一部分。
证据覆盖到哪里为止
仿真覆盖两种四足和两种人形机器人,但真机验证集中在 Unitree Go2 的运动任务上,且只覆盖有限的一组运动指令。匹配指令的硬件分析报告关节位置相关性和平均绝对误差,衡量的是关节位置一致性,而不是完整状态层面的仿真到现实等价性。在人形平台和更多接触丰富任务上的更广泛真机测试仍待开展。
效率也有训练侧的代价。在线 Reflow 需要完整预算的学生 rollout 来构造学生诱导的终点,蒸馏则依赖一个单独训练的冻结 PPO 控制器。部署使用固定的一步 Euler 求解器;自适应计算正则项只在训练中使用,作者提出,根据当前控制状态在线选择积分预算,可能为高动态或接触丰富的任务带来更好的精度–效率权衡。
从这组比较中该记住什么
论文最具决策价值的结果不是单步执行很快,而是在同策略奖励优化过程中塑造传输路径,可以弥合 64 步与一步回报之间的差距。消融支持一个明确的优先级:Reflow 式矫正是求解器预算缩小时回报保持平稳的原因,而动作蒸馏主要改善完整预算控制器。因此,权衡这一方法的读者应分别检查两件事:单步回报是否保持,以及指令跟踪和摔倒比例是否保持,因为单独使用奖励感知 Reflow 表明前者可以成立而后者不能。
最改变答案的范围条件是部署情形。RFPO 的证据支持在四种测试形态上使用固定的一步 Euler 学生策略,硬件确认仅限于 Go2 的运动任务。对于接触丰富或高动态的任务,论文自己提出的在线预算选择建议,指向了固定单步策略可能需要重新审视的地方。
本文引用的文献
RFPO: Rectified Flow Policy Optimization for Embodied Control
RFPO 让四种机器人形态的单步 Euler 执行回报与 64 步值相差不超过 2.4%,并在 Go2 上保留 64 步奖励的 98.5%,同时把板载平均延迟从 4.39 ms 降到 0.08 ms。
