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ナビゲーションarXiv:2603.06914

SysNav: マルチレベル系統的協調による実世界・クロスエンボディ物体ナビゲーションの実現

SysNav: Multi-Level Systematic Cooperation Enables Real-World, Cross-Embodiment Object Navigation

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実世界の物体ナビゲーションをシステムレベルで捉え、セマンティック推論・ナビゲーション計画・運動制御を分離した3層システムSysNavを提案し、車輪型ロボット、四足、人型の3つの異なるエンボディで実証した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 実世界の ObjectNav をシステムレベル問題として定式化 - SysNav は semantic reasoning / navigation planning / motion control を分離した三層構造 - 高レベル: 環境を structured scene representation に要約し VLM が意味的ナビ支援 - 中レベル: room-based 階層ナビ戦略で VLM を部屋レベル判断に限定 - 低レベル: waypoint を embodiment 固有の motion control module で実行 - wheeled robot / Unitree Go2 / Unitree G1 の3体に展開し190回の実世界実験 - building-scale 長距離 ObjectNav を実世界で完遂可能な初のシステムと主張

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来の ObjectNav は複数課題を同時に扱う実世界システム統合が困難 - VLM の意味理解を実ナビに統合する手法は未確立 - SysNav は三層分離により robustness と generalizability を確保 - 中レベルで VLM を room-level に限定し効率と推論能力を両立 - 実世界3体・190実験で成功率とナビ効率を大幅改善 - 4つの simulation benchmark で state-of-the-art - building-scale 長距離 ObjectNav を実世界で信頼・効率的に完遂する初のシステムと主張

3. 技術・手法の肝は?

- 高レベル: 環境を structured scene representation に要約し VLM で意味的ナビ誘導 - 中レベル: hierarchical room-based navigation strategy を導入 - VLM 誘導は room-level 判断に温存し推論能力を活用 - システム効率を確保 - 低レベル: 計画 waypoint を embodiment 固有 motion control module で実行 - 三層 decoupling で semantic reasoning / navigation planning / motion control を分離 - これにより robustness と generalizability を狙う

4. どうやって有効だと検証した?

- 3体の embodiment に実装 - custom-built wheeled robot - Unitree Go2 quadruped - Unitree G1 humanoid - 実世界で190回の実験を実施 - 成功率とナビ効率の両面で大幅改善を確認 - 4つの simulation benchmark で state-of-the-art 性能を実証 - 詳細な実験条件・指標は要旨からは不明

5. 議論はある?

- 実世界 ObjectNav をシステムレベル問題として扱う意義を提示 - VLM を実ナビに統合する難しさと三層分離の有効性を議論 - 中レベルで VLM を room-level に限定する設計の効率・推論バランスを主張 - building-scale 長距離 ObjectNav の実現可能性を示す - 限界・失敗事例・計算コスト・安全性の議論は要旨からは不明

6. 次に読むべき論文は?

- Vision-Language Models (VLMs) を用いた ObjectNav 研究 - 実世界 ObjectNav システムに関する先行研究 - hierarchical navigation / room-based navigation 戦略 - cross-embodiment ナビゲーション - simulation benchmark 上の ObjectNav 手法 - 具体的な参照論文名は要旨からは不明

※ 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: Haokun Zhu, Zongtai Li, Zihan Liu, Kevin Guo, Zhengzhi Lin, Yuxin Cai, Guofei Chen, Chen Lv, Wenshan Wang, Jean Oh, Ji Zhang

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Object navigation (ObjectNav) in real-world environments is a complex problem that requires simultaneously addressing multiple challenges, including complex spatial structure, long-horizon planning and semantic understanding. Recent advances in Vision-Language Models (VLMs) offer promising capabilities for semantic understanding, yet effectively integrating them into real-world navigation systems remains a non-trivial challenge. In this work, we formulate real-world ObjectNav as a system-level problem and introduce SysNav, a three-level ObjectNav system designed for real-world crossembodiment deployment. SysNav decouples semantic reasoning, navigation planning and motion control to ensure robustness and generalizability. At the high-level, we summarize the environment into a structured scene representation and leverage VLMs to provide semantic-grounded navigation guidance. At the mid-level, we introduce a hierarchical room-based navigation strategy that reserves VLM guidance for room-level decisions, which effectively utilizes its reasoning ability while ensuring system efficiency. At the low-level, planned waypoints are executed through different embodiment-specific motion control modules. We deploy our system on three embodiments, a custom-built wheeled robot, the Unitree Go2 quadruped and the Unitree G1 humanoid, and conduct 190 real-world experiments. Our system achieves substantial improvements in both success rate and navigation efficiency. To the best of our knowledge, SysNav is the first system capable of reliably and efficiently completing building-scale long-range object navigation in complex real-world environments. Furthermore, extensive experiments on four simulation benchmarks demonstrate state-of-the-art performance. Project page is available at: https://cmu-vln.github.io/.

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