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群制御arXiv:2606.15550

ロボットをトークンとして:協調マルチロボット軌道生成のための統一拡散トランスフォーマー

Robots as Tokens: Unified Diffusion Transformer for Coordinated Multi-Robot Trajectory Generation

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各ロボットをトークンとして扱う拡散トランスフォーマーを提案し、複数ロボットの軌道をフィードフォワードで直接生成する。個々の安全性と全体の接続性を満たす軌道を生成できる。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 提案手法はRokenと呼ばれる統一的なdiffusion transformerである。 - 複数ロボットの軌道をfeed-forwardで生成し、安全性と接続性の制約を満たす。 - 各ロボットを離散トークンとして表現し、self-attentionで相互作用、cross-attentionで環境レイアウトを参照する。 - 単一ロボット計画、協調多ロボット軌道生成、条件付き軌道生成を一つのモデルで扱う。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 既存研究は単一ロボット計画が中心か、逐次生成と反復後処理でロボット間衝突を解消していた。 - Rokenは多ロボット軌道をfeed-forwardで一括生成し、後処理を不要にする。 - 安全性と接続性の制約を同時に満たす点が新しい。 - 訓練データセット生成に用いたベースライン手法を上回る成功率を示す。

3. 技術・手法の肝は?

- 各ロボットを離散トークンとして表現し、self-attentionでロボット間相互作用をモデル化する。 - cross-attentionで環境レイアウトのマップトークンを参照する。 - Bayesの定理に基づく補助タスクを導入し、多スケールの時空間監督を提供する。 - 訓練では異なるチームサイズの多様なエキスパート軌道を吸収する。 - 推論時は一部のロボットトークンを条件として固定することで条件付き生成を実現する。

4. どうやって有効だと検証した?

- 多様な clutter 環境での実験により、接続性制約付きゴールナビゲーションタスクで高い成功率を達成。 - 訓練データセット生成に用いたベースライン手法を上回る性能を示す。 - 混合チームサイズでの訓練後、スケーラビリティが良いことを示す。 - 未見環境や部分的に観測された環境への汎化を示す。

5. 議論はある?

- 要旨からは、手法の限界や失敗ケース、計算コスト、リアルタイム性に関する議論は明記されていない。 - 訓練データの多様性やチームサイズの範囲、環境の複雑さに関する詳細な議論は要旨からは不明。 - ベースライン手法の具体的な名称や比較条件も要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照されているベースライン手法(訓練データセット生成に使用)の論文。 - diffusion model を用いたロボット計画の関連研究(例:Diffuser, Decision Diffuser など)。 - multi-robot trajectory generation や coordinated planning に関する既存研究。 - transformer を用いたマルチエージェント強化学習や軌道生成の研究。

※ 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: Ruofei Bai, Jie Chen, Yuxin Cai, Jun Li, Wei-Yun Yau, Lihua Xie

分類: cs.RO

原文アブストラクト

The success of generative models in language and visual generation has inspired extensive applications to generative robot planning. However, most existing works either focus on single-robot planning, or generate multi-robot trajectories in a sequential manner with iterative post-processing to resolve inter-robot conflicts. In this work, we investigate whether coordinated multi-robot trajectories, as a special spatiotemporal distribution, can be learned and generated with a generative model in a feed-forward manner. We propose Robots as Tokens (Roken), a unified diffusion transformer that directly generates multi-robot trajectories that satisfy both (individual) safety and (global) connectivity constraints. The core design of Roken is to represent each robot as a discrete token, allowing them to naturally interact with each other through self-attention, and cross-attend to map tokens for environment layouts. We further introduce several auxiliary tasks based on Bayes' theorem to provide multi-scale spatial-temporal supervision for efficient learning of the conditional distribution. In training, Roken absorbs diverse expert trajectories from different team sizes. During inference, Roken behaves as a versatile multi-robot planner that can handle single-robot planning, coordinated multi-robot trajectory generation, and conditional trajectory generation by fixing some robot tokens as conditions. Experiments in diverse cluttered environments show that Roken can generate coordinated multi-robot trajectories to perform connectivity-constrained goal navigation tasks with high success rates, outperforming the baseline method used to generate the training dataset. Roken also demonstrates good scalability after training with mixed team sizes, and shows generalization to unseen or partially observed environments, verifying its potential to learn from diverse data and perform versatile tasks.

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