HY-Embodied-0.5:面向真实世界智能体的具身基础模型 HY-Embodied-0.5: Embodied Foundation Models for Real-World Agents
腾讯混元具身基础模型家族,MoT+自进化训练+蒸馏,2B 小模型 SOTA 22 基准。
前置知识
Vision-Language Model (VLM)
视觉-语言模型是一类同时处理图像和文本的多模态模型,通常由视觉编码器(如 ViT)和一个大语言模型拼接而成,通过在图文对上预训练获得视觉问答、图文理解能力。本文的所有工作都建立在这一范式上。
HY-Embodied-0.5 本质上是一个针对具身场景优化的 VLM,理解 VLM 的'视觉编码+LLM 解码'基本结构是看懂它架构改进的前提。
Mixture-of-Transformers (MoT)
MoT 是 Liang et al. 2024 提出的一种架构思路:在同一个 Transformer 栈里为不同模态维护各自独立的 QKV、FFN 参数,使不同 token 流走不同的子模块,从而在不显著增加推理开销的情况下让视觉分支获得独立容量。
本文最核心的架构创新就是 MoT:视觉和语言使用各自独立的 FFN/QKV,且视觉用双向 attention、语言用因果 attention。理解 MoT 是理解 HY-Embodied-0.5 强感知能力的钥匙。
GRPO (Group Relative Policy Optimization)
GRPO 是 Shao et al. 2024 提出的强化学习算法,类似 PPO 但去掉了 critic 网络:对同一输入采样 G 条回答,把这 G 个 reward 在组内做均值-标准差归一化得到相对优势 A_i,再用一个带 clip 的策略比目标更新参数。
本文后训练阶段用 GRPO 替代传统 SFT 来激发模型的推理能力,且针对具身任务设计了任务感知的奖励函数,所以读者必须先理解 GRPO 的相对优势思想。
Chain-of-Thought / Rejection Sampling Fine-Tuning (CoT / RFT)
CoT 是让模型在给出最终答案前显式生成中间推理步骤;RFT 是用模型自身的多次采样结果作为数据源,只保留'部分成功'的高质量回答进行监督微调,把 RL 发现的能力固化为稳定行为。
本文采用'RL + RFT'的迭代自进化范式,先用 RL 探索,再用 RFT 把最优轨迹蒸馏成显式监督,这是其'深度思考'能力的关键来源。
On-Policy Distillation (OPD)
On-policy 蒸馏与传统的离线 SFT 蒸馏不同:让学生模型先自己采样出回答序列,再在学生产生的 prefix 上用 teacher forcing 让大模型给出每步 token 分布,用 KL 散度作为损失监督。它匹配了学生真实的解码状态。
本文把 32B 大模型的能力迁移到 2B 小模型靠的就是 OPD,而不是普通 logits/答案蒸馏,这对小模型在 16/22 基准上反超同等规模对手至关重要。
研究动机
现有的通用视觉-语言模型虽然在大规模图文对上训练后具备较强的通用视觉问答能力,但一旦放到真实机器人场景就出现两个系统性短板:其一是细粒度视觉感知能力不足,无法精确给出 2D/3D 边界框、像素点坐标、深度等物理世界决策所必需的几何量级信号;其二是缺乏面向'预测—交互—规划'链路的动作导向推理能力,因为主流 VLM 的训练数据以静态网络图文为主,对动态环境中的因果、时序、动作语义建模非常薄弱。这种'感知模糊+推理脱离动作'的组合在真实机器人操作中表现为:模型能识别出'有杯子'但不能准确给出杯子的可抓取点,能描述'机器人去拿苹果'但不会在已经完成子任务后推断下一步该做什么。论文给出的量化证据是其 2B MoT 模型在 RoboBench-Planning、Ego-Plan2、ShareRobot-Trajectory 等任务上对比 Qwen3-VL-2B 提升 10–30 个百分点,说明专用具身 VLM 的必要性。
本文的目标是本文目标是构建一套'专为真实具身智能体设计'的视觉-语言基础模型家族 HY-Embodied-0.5,覆盖从边缘部署到复杂推理的完整能力谱:HY-Embodied-0.5-MoT-2B(2B 激活 / 4B 总参数,主打端侧实时推理与机器人边缘部署)以及 HY-Embodied-0.5-MoE-A32B(32B 激活 / 407B 总参数,主打复杂视觉感知与具身推理)。论文要求两者在 22 个具身相关基准(含视觉感知、空间理解、具身理解三大类)上分别刷新同尺寸和同级别 SOTA,并把 MoT-2B 进一步接到下游 Vision-Language-Action 模型上,在真实双臂 Xtrainer 机器人平台上做 Packing/Stacking/Hanging 三类任务的可用性验证,最终把'通用 VLM'与'真实机器人'之间的鸿沟做一次量化收窄。
与已有工作不同的是,已有具身 VLM(如 RoboBrain 系列、Pi0/MiMo)大多直接复用通用 VLM 的稠密 Transformer 架构,把视觉当作'另一段文本'塞进 LLM,导致视觉分支容量被语言分支'挤占';同时后训练多停留在 SFT+RLHF,缺乏对'思考质量'的显式蒸馏。本文给出的独特切入点是:架构上引入 MoT 实现模态自适应计算,让视觉 token 走独立的 QKV/FFN 与双向 attention;训练上提出'冷启动 SFT → GRPO 强化学习 → RFT 自我进化 → 大到小 On-Policy 蒸馏'四阶段闭环,把'探索—固化—压缩'三条链路串成一条流水线,从而让小模型在只激活 2B 参数时也能拿到比 4B 通用 VLM 显著更好的具身成绩。
核心方法
HY-Embodied-0.5 的整体思路可以一句话概括为'一套强感知 VLM + 一套后训练自进化流水线'。在架构层,它以 HY-ViT 2.0(400M 参数原生分辨率 ViT)作为视觉编码器,输出视觉 token 后接到 LLM 层间,在 LLM 层内部署 Mixture-of-Transformers(MoT)使视觉 token 和文本 token 走各自的 QKV/FFN 与 attention 模式,并在每个视觉序列末端追加可学习的视觉潜在 token 以桥接视觉和语言。在数据层,它构建了超过 600B 词元的预训练语料(包含 62M 全景检测、36M 深度估计、5M 分割、11M 指点计数、18M 具身相关以及 7.7M 空间 QA)和 25M 的中高阶 mid-training 混合。后训练阶段则采用四步迭代:100K 冷启动 CoT SFT → GRPO 强化学习(带四类任务感知奖励)→ RFT 自我进化(从 1M 候选中筛出 300K 高质量轨迹)→ 大到小 On-Policy 蒸馏。最终这套流水线在 MoT-2B 与 MoE-A32B 两个变体上同时取得 SOTA。
本文核心创新是和已有具身 VLM 的'同构 Transformer+通用 SFT'路线做切割,提出三点本质区别:(1) 架构上用 MoT 而非稠密 Transformer,使视觉分支独立拥有 FFN/QKV 与双向 attention 容量,避免视觉训练对语言能力的损伤;(2) 训练目标上除 LLM 的语言模型损失外,新增视觉下一个 code 预测损失 $\mathcal{L}_{\text{vision}}$ 与视觉潜在 token 的全局对齐损失 $\mathcal{L}_{\text{global}}$,让视觉表征同时受'重建+语义对齐'双重监督;(3) 后训练上把'RL 探索 + RFT 巩固 + OPD 压缩'做成闭环:RL 扩大能力前沿,RFT 把高质量推理轨迹固化为显式监督,OPD 在学生自身 rollout 的 prefix 上做 KL 蒸馏,把大模型的思考风格迁移到小模型。这三点协同让 2B 模型在没有 scaling 红利的情况下依旧反超更大对手。
方法步骤详情
完整训练流水线分为五个阶段。第一阶段是大规模预训练:在 Hunyuan-1.8B LLM 上叠加 HY-ViT 2.0-400M 与 MoT 结构,在 600B+ 词元上做多任务训练,ViT 与 MoT 模块参数参与更新但视觉 token 梯度每 5 步才更新一次,base LR=5e-5,ViT LR=5e-6,最大上下文 32K,全局 batch size 256;总损失 $\mathcal{L}_{\text{total}} = \mathcal{L}_{\text{llm}} + \mathcal{L}_{\text{vision}} + \mathcal{L}_{\text{global}}$,其中 $\mathcal{L}_{\text{vision}} = -\frac{1}{N_v}\sum_{i=1}^{N_v}\log p_i(z_i)$ 监督 ViT 离散 codebook 预测,$\mathcal{L}_{\text{global}} = -\frac{f_{\text{latent}}^\top f_{\text{teacher}}}{\lVert f_{\text{latent}}\rVert \lVert f_{\text{teacher}}\rVert}$ 把视觉潜在 token 对齐到 teacher ViT 的 CLS 全局特征。第二阶段是具身-空间 mid-training:在 25M 高质量数据上按 12:5:3 比例混合通用/具身/空间 QA,MoT-2B 同时混短长推理链(通过 \think 与 \no think 标记),冻结 ViT 并采用余弦 LR 衰减。第三阶段是 100K 冷启动 CoT SFT,关闭序列打包,每条样本单独前向,使用 cross-entropy 损失教会模型产生显式思考过程。第四阶段是 GRPO 强化学习:动态构造数据池,丢弃全对和全错的样本,保留'部分成功'的 50K 样本;奖励按任务结构分为四类(基于接地的 Multi-IoU/归一化 L2、基于回归的相对计数误差/相对指数误差、基于轨迹的 DTW+Goal 混合或 Fréchet 距离、基于文本的混合匹配或 LLM-as-Judge),所有 reward 归一化到 $[0,1]$;组大小 G=16,采用非对称 clip 区间 $[0.8, 1.35]$、LR=8e-7、batch size 128、训练 5 个 epoch。第五阶段是迭代自进化:RL 后用 rejection sampling 选出 300K 高质量思考轨迹做 RFT,循环多轮 RL↔RFT;最终通过 On-Policy Distillation 把 32B 教师的能力蒸馏到 2B 学生:学生先自采样 $y\sim\pi_s(\cdot|x)$,教师在每个 prefix $y_{<t}$ 上 teacher forcing 给出 $\pi_t(\cdot|x,y_{<t})$,学生用 $\mathcal{L}_{\text{OPD}} = \mathbb{E}_{y\sim\pi_s}\left[\frac{1}{|y|}\sum_t \mathrm{KL}(\pi_t\|\pi_s)\right]$ 进行 on-policy 监督。
技术新颖性
从技术新颖性看,论文至少有四个此前工作中较少同时出现的组合:(1) MoT 用于具身小模型:以往 MoT 主要用于大模型平衡多模态容量,本文首次系统化地把 MoT 部署到 2B 量级,并通过 vision loss+global loss 给视觉分支加上独立监督信号,验证了 MoT 的训练效率和推理时间几乎不退化(prefill/decode 延迟与 Dense-2B 相当);(2) 任务感知的 GRPO 奖励体系:把奖励函数按输出结构(几何/离散/连续/开放)分门别类,并显式区分'任务结构决定奖励结构'的设计哲学;(3) RL+RFT 迭代自进化:每轮 RL 之后用 rejection sampling 把'部分成功'的轨迹沉淀为显式 SFT 数据,使模型既能探索又能稳定收敛;(4) On-Policy Distillation 用于具身模型:相较普通离线蒸馏,OPD 在学生自己的解码状态上做 KL 监督,弥合了训练-推理分布偏差,特别适合把大模型的'思考分布'迁移到小模型。值得注意的是,作者在附录也明确指出'我们观察到 Qwen3.5-VL 在某些基准上产生重复性思考',所以基线对比统一采用 thinking 与 non-thinking 中更好的结果,体现了一种诚实的实验设计。
实验结果
核心发现可概括为三个层级。第一层:MoT-2B 在 22 个具身相关基准上取得 58.0% 平均分,刷新 16/22 项 SOTA,比 Qwen3-VL-4B(47.8%)高 10.2 分,比 RoboBrain 2.5-4B(49.4%)高 8.6 分;具体看:视觉感知上 CV-Bench 89.2 vs Qwen3-VL-4B 85.7、DA-2K 92.3 vs 76.5;空间理解上 VSIBench 60.5 vs 55.2、MMSI-Bench 33.2 vs 25.1、MindCube 66.3 vs 31.0(绝对提升超过 35 分)、SIT-Bench-Video 63.5 vs 58.0;具身理解上 RoboBench-MCQ 49.2 vs 45.8、ShareRobot-Traj. 73.3 vs 62.2、Ego-Plan2 45.5 vs 38.8。第二层:MoE-A32B 在 22 项基准上平均 67.0%,超过 Gemini 3.0 Pro(63.6%)3.4 分、超过 Seed 2.0(66.2%)0.8 分、超过 Qwen 3.5-A17B(66.1%)0.9 分、超过 Kimi K2.5(61.1%)5.9 分,其中 7 项第一、6 项第二,且在 RoboSpatial-Home 76.6 vs Gemini 57.1、ShareRobot-Traj. 76.9 vs Gemini 68.7、SAT 87.3 vs Gemini 88.0*、All-Angles 71.8 vs Gemini 73.4* 等空间/具身任务上展现出压倒性优势。第三层:通用能力保持竞争力,MoT-2B 在 RealWorldQA 69.5、DocVQA 87.5、OCRBench 79.2、TextVQA 76.8 上与同尺寸通用 VLM 相当甚至略优(vs InternVL3.5-2B 在 OCRBench 69.5 vs 79.2、TextVQA 60.0 vs 76.8),证明具身专项优化没有牺牲通用视觉理解能力。下游真实机器人层面,HY-Embodied-0.5 VLA 在三个双手机器人任务上(每任务 20 次试验)取得 Packing 85%(与 π0.5 持平、超过 π0 的 80%)、Stacking 80%(大幅超过 π0 的 60%、接近 π0.5 的 85%)、Hanging 75%(大幅超过 π0 的 45%、π0.5 的 50%),其中 Hanging 任务是公认的最难任务,验证了模型从 VLM 到 VLA 的可迁移性。
查看结构化数据
| 任务 | 指标 | 本文 | 基线 | 提升 |
|---|---|---|---|---|
| CV-Bench(视觉感知) | 准确率 | 89.2 | Qwen3-VL-4B 85.7 | +3.5 |
| DA-2K(视觉感知) | 准确率 | 92.3 | Qwen3-VL-4B 76.5 | +15.8 |
| VSIBench(空间理解) | 准确率 | 60.5 | Qwen3-VL-4B 55.2 | +5.3 |
| MMSI-Bench(空间理解) | 准确率 | 33.2 | Qwen3-VL-4B 25.1 | +8.1 |
| MindCube(空间理解) | 准确率 | 66.3 | Qwen3-VL-4B 31.0 | +35.3 |
| SITE-Bench-Video(空间理解) | 准确率 | 63.5 | Qwen3-VL-4B 58.0 | +5.5 |
| RoboBench-MCQ(具身理解) | 准确率 | 49.2 | Qwen3-VL-4B 45.8 | +3.4 |
| RoboSpatial-Home(具身理解) | 准确率 | 55.7 | Qwen3-VL-4B 63.2 | -7.5 |
| ShareRobot-Trajectory(具身理解) | 1-DFD | 73.3 | Qwen3-VL-4B 62.2 | +11.1 |
| Ego-Plan2(具身理解) | 准确率 | 45.5 | Qwen3-VL-4B 38.8 | +6.7 |
| Precision Plug-in Packing(真机) | 成功率/20 次 | 85% | π0.5 85% | 持平 |
| Tableware Stacking(真机) | 成功率/20 次 | 80% | π0 60% | +20pp |
| Mug Hanging(真机) | 成功率/20 次 | 75% | π0.5 50% | +25pp |
局限与改进
论文自陈的限制主要有三点:(1) 闭集基准导向——评估完全基于公开 22 个基准,没有覆盖真实开放家居场景的长程任务;(2) 训练成本高——预训练 600B 词元 + 后训练多轮 RL/RFT + A32B 模型需要 407B 总参数,工程化复现门槛很高;(3) 部分任务仍弱于强基线,例如 RoboSpatial-Home 上 MoT-2B 仅 55.7 低于 Qwen3-VL-4B 的 63.2,All-Angles 55.1 略低于 MiMo-Embodied-7B 的 49.0 但仍弱于 Seed 2.0 的 69.3*,RefSpatial-Bench 45.8 也低于 RoboBrain 2.5 的 56.0,说明在'家用环境具身空间推理'类任务上仍有提升空间。从我自己的观察看,还有几个隐含局限:(a) 真实机器人测试仅 3 个任务 20 次试验,统计显著性有限,且任务偏结构化(插拔、堆叠、悬挂),未能覆盖非结构化长程家务;(b) VLA 仅在 UMI 数据 + 300–700 episode 的 SFT 下训练,没有给出在更复杂机器人形态(移动底盘、四足)或多智能体协作上的迁移证据;(c) 模型输出缺乏失败模式分析,例如在 ShareRobot-Affordance 上 MoT-2B 仅 26.8,与 MiMo 9.0 相比看似领先但绝对值仍偏低,提示 affordance 仍是开放难题;(d) 蒸馏部分只展示了一代师生关系,没有验证 2B 模型多次级联蒸馏或与更强教师(如人类示范)结合的扩展性。
独立分析的弱点
独立分析论文中的弱点至少包含四个具体场景。其一是数据偏差:尽管使用了 100M+ 训练样本,但显式标注的'真实机器人 ego-view 数据'占比有限(每个任务 300–700 episode),导致在 Ego-Plan2(45.5)和 ShareRobot-Affordance(26.8)这类依赖第一人称动态感知的任务上绝对分数仍偏低,改进方向是引入更多真机遥操作数据并对 affordance 标注做半自动挖掘。其二是思考质量评估粗糙:RFT 阶段用更强教师模型给思考轨迹打分,但论文未给出该评估器的校准曲线与一致性指标,可能引入教师偏见;改进方向是引入过程奖励模型(PRM)或 step-level 的人工抽检。其三是对长视频/长程规划的支持有限:尽管使用 32K 上下文,但 SIT-Bench-Video 和 Ego-Plan2 上的提升幅度(+5.5、+6.7)远小于纯空间任务(MindCube +35.3),说明在长时序推理上仍有瓶颈,改进方向是引入 memory token 或 episodic retrieval 来扩展有效时序范围。其四是真机评估覆盖窄:仅有 3 个桌面级双手机器人任务,没有覆盖移动操作、软体操作、人机协作等场景,改进方向是建立与 RoboBrain/SpatialVLA 类似的多平台真机评测套件,把成功率与任务完成时间、轨迹效率一起报告。
未来方向
作者在结论中提出的方向是'进一步弥合语言与动作模型之间的鸿沟,最终训练出更利于复杂现实应用的真实世界大脑'。基于本文成果可以合理延伸的研究方向至少包括:(1) 把 HY-Embodied-0.5 当作通才大脑,与专门的小模型(如 audio perception、触觉、力反馈)通过 MoT 类似的机制拼接,构造真正多模态的具身基础模型;(2) 把 on-policy distillation 与 RL/RFT 进一步统一,把蒸馏损失直接加到 GRPO 目标里做 joint training,避免'先 RL 再蒸馏'的两阶段信息损失;(3) 引入世界模型(World Model)或逆动力学模型(Inverse Dynamics)作为额外的规划监督源,缓解纯 VLM 在长程规划上的失败模式;(4) 把视觉潜在 token 与 latent thinking 进一步耦合,让模型在视觉序列内部就完成'多跳视觉推理',而不是把思考全部压在语言侧;(5) 在更大规模机器人群体数据上预训练(如 Open X-Embodiment 风格),并探索参数高效微调(LoRA/Adapter)使端侧 2B 模型可以低成本适配到不同机器人形态。
复现评估
复现评估整体中等偏好。开源方面:模型权重与代码已发布在 https://github.com/Tencent-Hunyuan/HY-Embodied,包含 MoT-2B 与 MoE-A32B 的推理脚本以及 VLA 微调代码,便于读者直接跑基线。数据方面:论文明确列出 22 个评测基准名称与协议(如 3DSRBench/SAT 用 circular accuracy、ShareRobot-Traj 用 1-DFD),但其内部自建的具身/空间/计数 QA 集合(数千万到数亿样本)未公开,仅描述了构造方法(用 VLM + SAM + 教师 VLM 校验的 pipeline),因此完全复现训练流程需要重建数据。算力方面:A32B 总参数 407B、激活 32B,预训练 600B+ 词元、加上多轮 GRPO(每轮 50K×5 epoch、batch size 128、序列长度 16K+16K),复现全套至少需要数十张 H100/月级别;MoT-2B 训练成本低一个量级,但仍非普通实验室可承担。总体难度:架构改动、奖励设计、RL 配方与蒸馏策略均描述清晰,论文级别可复现,但工业级复现需要腾讯混元的内部算力与数据资产。
论文图表