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群制御arXiv:2510.22784

PIP-LLM: 自然言語を用いたマルチロボットチーム調整のためのPDDL-整数計画法とLLMの統合

PIP-LLM: Integrating PDDL-Integer Programming with LLMs for Coordinating Multi-Robot Teams Using Natural Language

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自然言語指令をチームレベルのPDDL計画とロボットレベルの整数計画に分離して解くことで、マルチロボットチームの協調計画を効率的に生成するフレームワークを提案。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 自然言語コマンドを複数ロボットチームの実行計画へ変換する枠組み「PIP-LLM」 - LLM を用いて指示を解釈し、チーム全体の計画と各ロボットへの割当を段階的に解く - チームレベル計画は PDDL、ロボットレベル計画は Integer Programming (IP) で担当 - 対象は multi-robot coordination であり、単一ロボット向けの LLM+PDDL 手法の拡張を狙う

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 既存の LLM+PDDL は単一ロボット向けが中心で、multi-robot では brittle な task decomposition、scalability の低さ、coordination efficiency の低さが課題 - PIP-LLM は計画と割当を分離することで、syntax ベースの分解の落とし穴を回避 - より大規模なチームへスケール可能と主張 - 実験で plan success rate の向上、最大・平均 travel cost の削減、load balancing の改善を報告

3. 技術・手法の肝は?

- 2段階の language-based coordination framework - 第1段階: コマンドを team-level PDDL problem に変換して解き、robot assignment を抽象化した team-level plan を得る - 各 team-level action はチームが遂行する subtask に対応 - 第2段階: team-level plan を subtask 間の dependency graph に変換 - 各 subtask node を IP-based task allocation problem として定式化 - travel cost と workload を明示的に最適化し、robot capabilities と user-defined constraints を尊重

4. どうやって有効だと検証した?

- 多様なタスクでの実験を実施 - 評価指標は plan success rate、maximum travel cost、average travel cost、load balancing - state-of-the-art baselines と比較し、success rate 向上、travel cost 削減、load balancing 改善を確認 - 具体的なタスク数・baseline 名・データセット名は要旨からは不明

5. 議論はある?

- 計画と割当の分離により brittle な分解とスケーラビリティ問題を緩和する設計上の議論がある - IP による travel cost と workload の明示的最適化が coordination efficiency に寄与する点を主張 - 限界や失敗ケース、計算コスト、LLM の誤りへの頑健性については要旨からは不明

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で直接参照されている個別研究名は不明 - 関連手法として LLM と PDDL を組み合わせた単一ロボット向け planning 研究、PDDL による task planning、Integer Programming による multi-robot task allocation を挙げて読むのが妥当 - multi-robot coordination における LLM-based planning と task allocation の比較研究も候補

※ 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: Guangyao Shi, Yuwei Wu, Vijay Kumar, Gaurav S. Sukhatme

分類: cs.RO, cs.AI

原文アブストラクト

Enabling robot teams to execute natural language commands requires translating high-level instructions into feasible, efficient multi-robot plans. While Large Language Models (LLMs) combined with Planning Domain Description Language (PDDL) offer promise for single-robot scenarios, existing approaches struggle with multi-robot coordination due to brittle task decomposition, poor scalability, and low coordination efficiency. We introduce PIP-LLM, a language-based coordination framework that consists of PDDL-based team-level planning and Integer Programming (IP) based robot-level planning. PIP-LLMs first decomposes the command by translating the command into a team-level PDDL problem and solves it to obtain a team-level plan, abstracting away robot assignment. Each team-level action represents a subtask to be finished by the team. Next, this plan is translated into a dependency graph representing the subtasks' dependency structure. Such a dependency graph is then used to guide the robot-level planning, in which each subtask node will be formulated as an IP-based task allocation problem, explicitly optimizing travel costs and workload while respecting robot capabilities and user-defined constraints. This separation of planning from assignment allows PIP-LLM to avoid the pitfalls of syntax-based decomposition and scale to larger teams. Experiments across diverse tasks show that PIP-LLM improves plan success rate, reduces maximum and average travel costs, and achieves better load balancing compared to state-of-the-art baselines.

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