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動作計画arXiv:2410.17547

作用素学習による汎化可能な動作計画

Generalizable Motion Planning via Operator Learning

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動作計画の価値関数をコスト関数空間から価値関数空間への作用素として学習するPlanning Neural Operator (PNO)を提案し、粗い解像度での学習から高解像度へのゼロショット超解像や、A*やRRT*を加速するヒューリスティックとしての利用を実証した。

著者: Sharath Matada, Luke Bhan, Yuanyuan Shi, Nikolay Atanasov

分類: cs.RO

原文アブストラクト

In this work, we introduce a planning neural operator (PNO) for predicting the value function of a motion planning problem. We recast value function approximation as learning a single operator from the cost function space to the value function space, which is defined by an Eikonal partial differential equation (PDE). Therefore, our PNO model, despite being trained with a finite number of samples at coarse resolution, inherits the zero-shot super-resolution property of neural operators. We demonstrate accurate value function approximation at $16\times$ the training resolution on the MovingAI lab's 2D city dataset, compare with state-of-the-art neural value function predictors on 3D scenes from the iGibson building dataset and showcase optimal planning with 4-DOF robotic manipulators. Lastly, we investigate employing the value function output of PNO as a heuristic function to accelerate motion planning. We show theoretically that the PNO heuristic is $\epsilon$-consistent by introducing an inductive bias layer that guarantees our value functions satisfy the triangle inequality. With our heuristic, we achieve a $30\%$ decrease in nodes visited while obtaining near optimal path lengths on the MovingAI lab 2D city dataset, compared to classical planning methods ($A^\ast$, $RRT^\ast$).

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