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マルチロボット制御arXiv:2505.20573

衝突と到達可能性を考慮したLLMプランナーによるマルチロボット制御

Collision- and Reachability-Aware Multi-Robot Control with Grounded LLM Planners

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物理制約を考慮した計画を生成するため、検証可能な報酬を用いた強化学習で小型LLMを訓練し、マルチロボット制御における衝突や到達不能問題を解決した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 複数ロボット制御のための LLM ベースのプランナフレームワーク - 物理制約(到達不能な目標地点、ロボット同士の衝突)を考慮した行動計画生成を目指す - 小規模 LLM(Qwen2.5-3B-Instruct、Qwen3-4B)に適用 - BoxNet タスクと MuJoCo で構築した新環境 BoxNet3D で評価

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 既存の LLM ロボット制御は物理制約を無視した無効な計画を出しがち - 最先端の GPT-o4mini でも到達不能地点指示や衝突を起こすと指摘 - 制約を認識した小規模 LLM が、制約なしの大規模モデルを大きく上回ることを示した - 小規模モデルでも物理制約への grounding が可能である点が新規

3. 技術・手法の肝は?

- RLVR(reinforcement learning with verifiable rewards)を LLM に統合 - 制約を考慮した推論を計画生成時に誘導する報酬設計 - 制御タスクを正常に完了した有効な行動計画のみに正の報酬を与える - 物理制約の知識を LLM に動機づける枠組み

4. どうやって有効だと検証した?

- 2 つの小規模 LLM(Qwen2.5-3B-Instruct、Qwen3-4B)に適用 - BoxNet タスクと MuJoCo ベースの新環境 BoxNet3D で実験 - 制約認識型の小規模 LLM が制約なしの大規模モデルを大きく上回る結果 - 詳細な評価指標や比較モデルの内訳は要旨からは不明

5. 議論はある?

- 物理制約を考慮しない LLM 計画の有効性の限界を指摘 - 小規模 LLM の grounding によりスケーラブルで効率的な複数ロボット制御が可能と主張 - 複雑で物理制約のある環境への展開可能性を議論 - 具体的な限界や失敗事例の詳細は要旨からは不明

6. 次に読むべき論文は?

- GPT-o4mini など最先端 LLM のロボット制御適用研究 - RLVR(reinforcement learning with verifiable rewards)関連研究 - BoxNet タスクおよび MuJoCo ベースのロボット制御ベンチマーク - LLM の物理制約 grounding に関する研究

※ 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: Jiabao Ji, Yongchao Chen, Yang Zhang, Ramana Rao Kompella, Chuchu Fan, Gaowen Liu, Shiyu Chang

分類: cs.RO, cs.AI

原文アブストラクト

Large language models (LLMs) have demonstrated strong performance in various robot control tasks. However, their deployment in real-world applications remains constrained. Even state-ofthe-art LLMs, such as GPT-o4mini, frequently produce invalid action plans that violate physical constraints, such as directing a robot to an unreachable location or causing collisions between robots. This issue primarily arises from a lack of awareness of these physical constraints during the reasoning process. To address this issue, we propose a novel framework that integrates reinforcement learning with verifiable rewards (RLVR) to incentivize knowledge of physical constraints into LLMs to induce constraints-aware reasoning during plan generation. In this approach, only valid action plans that successfully complete a control task receive positive rewards. We applied our method to two small-scale LLMs: a non-reasoning Qwen2.5-3B-Instruct and a reasoning Qwen3-4B. The experiment results demonstrate that constraint-aware small LLMs largely outperform large-scale models without constraints, grounded on both the BoxNet task and a newly developed BoxNet3D environment built using MuJoCo. This work highlights the effectiveness of grounding even small LLMs with physical constraints to enable scalable and efficient multi-robot control in complex, physically constrained environments.

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