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動作計画arXiv:2509.25685

タスク条件付き不確実性を考慮した事前分布による階層的拡散動作計画

Hierarchical Diffusion Motion Planning with Task-Conditioned Uncertainty-Aware Priors

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タスクと動作の構造をノイズモデルに組み込んだ階層的拡散プランナを提案し、GPMPに基づく構造化ガウス事前分布で軌道生成の成功率と滑らかさを向上させた。

詳しい要約

1. どんなもの?

- タスク・運動構造をノイズモデルに直接埋め込む階層型 diffusion planner の提案 - 標準的な zero-mean・等方 Gaussian corruption ではなく、task-conditioned な構造化 Gaussian を用いる - 事前分布の平均・共分散は Gaussian Process Motion Planning (GPMP) から導出 - 軌道の滑らかさとタスク意味論を prior に明示的に符号化 - 上位レベルで sparse な key states と timing を予測し prior を生成、下位レベルでその prior の下に軌道を denoise

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 標準 diffusion planner は zero-mean・等方 Gaussian corruption に依存する点と対比 - 本研究は biased・非等方な corruption へ拡張し、閉形式の forward/posterior を導出 - 等方 Gaussian ベースラインより高い成功率と滑らかな軌道を達成 - 学習中により早く dataset-level の滑らかさに到達 - ノイズ過程の構造化が denoising network の neural conditioning だけでは得られない利点を持つことを ablation で示す

3. 技術・手法の肝は?

- 標準 diffusion を biased・非等方 corruption に一般化し、forward/posterior の閉形式を導出 - 階層設計により prior の生成と軌道 denoising を分離 - 上位レベル: sparse な task-centric key states と timing を予測し、構造化 Gaussian prior (mean・covariance) を生成 - 下位レベル: 固定 prior の下で全軌道を denoise し、上位出力を noisy observation として扱う - GPMP 由来の mean・covariance で軌道の滑らかさとタスク意味論を prior に反映

4. どうやって有効だと検証した?

- Maze2D goal-reaching と KUKA block stacking で実験 - 等方 Gaussian ベースラインと比較し、成功率と軌道の滑らかさで一貫した改善 - 学習中に dataset-level の滑らかさへより早く到達することを確認 - ablation により、corruption 過程の構造化が denoising network の neural conditioning 単独を超える利点を持つことを検証

5. 議論はある?

- 提案手法は prior の確率質量を実行可能かつ意味的に妥当な軌道近傍に集中させる - 構造化された corruption が neural conditioning とは別の利点を生む点を議論 - 具体的な限界・失敗ケース・計算コストに関する議論は要旨からは不明

6. 次に読むべき論文は?

- Gaussian Process Motion Planning (GPMP) - 標準的な diffusion-based motion planner (zero-mean・等方 Gaussian corruption を用いる手法) - Maze2D - KUKA block stacking - 階層型 diffusion planning に関する関連研究

※ 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: Amelie Minji Kim, Anqi Wu, Ye Zhao

分類: cs.RO

原文アブストラクト

We propose a novel hierarchical diffusion planner that embeds task and motion structure directly into the noise model. Unlike standard diffusion-based planners that rely on zero-mean, isotropic Gaussian corruption, we introduce task-conditioned structured Gaussians whose means and covariances are derived from Gaussian Process Motion Planning (GPMP), explicitly encoding trajectory smoothness and task semantics in the prior. We first generalize the standard diffusion process to biased, non-isotropic corruption with closed-form forward and posterior expressions. Building on this formulation, our hierarchical design separates prior instantiation from trajectory denoising. At the upper level, the model predicts sparse, task-centric key states and their associated timings, which instantiate a structured Gaussian prior (mean and covariance). At the lower level, the full trajectory is denoised under this fixed prior, treating the upper-level outputs as noisy observations. Experiments on Maze2D goal-reaching and KUKA block stacking show consistently higher success rates and smoother trajectories than isotropic baselines, achieving dataset-level smoothness substantially earlier during training. Ablation studies further show that explicitly structuring the corruption process provides benefits beyond neural conditioning the denoising network alone. Overall, our approach concentrates the prior's probability mass near feasible and semantically meaningful trajectories. Our project page is available at https://hta-diffusion.github.io.

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