Language is compositional; an instruction can express multiple relation constraints to hold among objects in a scene that a robot is tasked to rearrange. Our focus in this work is an instructable scene rearranging framework that generalizes to longer instructions and to spatial concept compositions never seen at training time. We propose to represent language-instructed spatial concepts with energy functions over relative object arrangements. A language parser maps instructions to corresponding energy functions and an open-vocabulary visual-language model grounds their arguments to relevant objects in the scene. We generate goal scene configurations by gradient descent on the sum of energy functions, one per language predicate in the instruction. Local vision-based policies then relocate objects to the inferred goal locations. We test our model on established instruction-guided manipulation benchmarks, as well as benchmarks of compositional instructions we introduce. We show our model can execute highly compositional instructions zero-shot in simulation and in the real world. It outperforms language-to-action reactive policies and Large Language Model planners by a large margin, especially for long instructions that involve compositions of multiple spatial concepts.


翻译:语言具有组合性;一条指令可以表达多个关系约束,这些约束作用于机器人需要重排的场景中的物体。本文聚焦于构建一个可指令驱动的场景重排框架,该框架能够泛化到更长的指令以及训练阶段从未见过的空间概念组合。我们提出用相对物体排列上的能量函数来表示语言指令驱动的空间概念。语言解析器将指令映射为对应的能量函数,而开放词汇的视觉语言模型则将其参数与场景中的相关物体进行绑定。我们通过对各能量函数(每个对应于指令中的一个语言谓词)之和进行梯度下降,来生成目标场景配置。随后,基于局部视觉的策略将物体重新定位到推断出的目标位置。我们在已有的指令驱动操作基准测试以及我们新引入的组合指令基准测试上对模型进行了评估。结果表明,我们的模型能够在仿真和真实世界中零样本地执行高度组合性的指令。相比语言到动作的反应式策略和大语言模型规划器,我们的模型表现大幅领先,尤其是在涉及多个空间概念组合的较长指令场景中。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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