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ナビゲーションarXiv:2505.08712

NavDP:特権情報ガイダンスを用いたSim-to-Realナビゲーション拡散ポリシーの学習

NavDP: Learning Sim-to-Real Navigation Diffusion Policy with Privileged Information Guidance

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シミュレーションのみで学習し、RGB-D観測から軌道生成と評価を統合的に行う拡散ポリシーにより、多様な環境とロボット形態へのゼロショットsim-to-real転移を実現した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 動的で複雑なopen-world環境における自律ロボットのナビゲーション能力を学習する手法 - Navigation Diffusion Policy (NavDP) と名付けられたend-to-endネットワーク - simulationのみで訓練し、多様な環境・ロボットembodimentへのzero-shot sim-to-real transferを実現 - 単一のtransformer-based architectureでtrajectory generationとtrajectory evaluationを統合的に学習 - 入力はlocal RGB-D observationのみに条件付け

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 既存手法はcascaded modular frameworkが主流で、大量のhyperparameter tuningや限られたreal-world demonstration dataからの学習が必要 - NavDPはsimulationのみの訓練でzero-shot sim-to-real transferを達成 - 多様な環境とrobot embodimentに対応 - simulated・real-world双方の実験でprior state-of-the-artを大幅に上回る性能 - 1 million meters超・3,000 scenesの大規模datasetを構築

3. 技術・手法の肝は?

- unified transformer-based architectureでtrajectory generationとtrajectory evaluationを同時学習 - local RGB-D observationのみを条件とする - contrastive trajectory samplesに対するcritic valueを予測 - simulationで利用可能なprivileged informationからのsupervisionを活用し、正確なspatial understandingと安全/危険行動の識別を促進 - simulationにおける効率的なdata generation pipelineを開発し大規模datasetを構築

4. どうやって有効だと検証した?

- simulated環境とreal-world環境の双方で実験を実施 - prior state-of-the-art手法と比較し、NavDPが大幅に優れることを示す - NavDPのgeneralization性能に影響するkey factorsを特定 - datasetとcodeは公開

5. 議論はある?

- NavDPのgeneralization性能に影響を与えるkey factorsを特定・議論 - 具体的な議論内容の詳細は要旨からは不明 - 限界やfailure caseに関する記述は要旨からは不明

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照/比較されているprior state-of-the-artナビゲーション手法(具体的名称は要旨からは不明) - cascaded modular framework系のナビゲーション研究 - diffusion policy系のロボティクス研究 - transformer-based navigation policyの関連研究

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Wenzhe Cai, Jiaqi Peng, Yuqiang Yang, Yujian Zhang, Meng Wei, Hanqing Wang, Yilun Chen, Tai Wang, Jiangmiao Pang

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Learning to navigate in dynamic and complex open-world environments is a critical yet challenging capability for autonomous robots. Existing approaches often rely on cascaded modular frameworks, which require extensive hyperparameter tuning or learning from limited real-world demonstration data. In this paper, we propose Navigation Diffusion Policy (NavDP), an end-to-end network trained solely in simulation that enables zero-shot sim-to-real transfer across diverse environments and robot embodiments. The core of NavDP is a unified transformer-based architecture that jointly learns trajectory generation and trajectory evaluation, both conditioned solely on local RGB-D observation. By learning to predict critic values for contrastive trajectory samples, our proposed approach effectively leverages supervision from privileged information available in simulation, thereby fostering accurate spatial understanding and enabling the distinction between safe and dangerous behaviors. To support this, we develop an efficient data generation pipeline in simulation and construct a large-scale dataset encompassing over one million meters of navigation experience across 3,000 scenes. Empirical experiments in both simulated and real-world environments demonstrate that NavDP significantly outperforms prior state-of-the-art methods. Furthermore, we identify key factors influencing the generalization performance of NavDP. The dataset and code are publicly available at https://wzcai99.github.io/navigation-diffusion-policy.github.io.

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