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模倣学習arXiv:2606.22907

軌道標準化によるロボット模倣学習の改善

Improving Robotic Imitation Learning via Trajectory Standardization

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人間のデモンストレーション軌道の速度むらや冗長な停止を情報距離に基づいて再サンプリングする前処理手法ISRを提案し、実世界の操作タスクで成功率を約25%向上させた。

詳しい要約

1. どんなもの?

ロボットマニピュレーションの模倣学習(imitation learning)向けのオフライン前処理手法 Information-Standardized Trajectory Resampling (ISR) を提案する論文。人間のデモ軌道は操作者の速度変化・断続的な停止・行動密度の不均一によりノイズが多く時間的に不規則であり、これがデータ品質と方策学習を劣化させる。ISR は各軌道を再サンプリングし、隣接点間の情報距離をほぼ等しくする。軌道を情報変調された Riemannian manifold 上に写像し、geodesic-equidistant parameterization を行う。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

従来の一般的な前処理は time-uniform downsampling であり、系列を短縮できるが速度由来の非一様性や冗長な停止を効果的に除去できない。ISR はこれに対し情報距離を基準に再サンプリングすることで、速度起因の非一様性と冗長な停止の両方に対処する。実験では baseline の time-uniform 3x downsampling と比較してタスク成功率が約25%向上し、異なる操作者が収集したデータセット間でも頑健で、データセットサイズと学習コストも削減した。

3. 技術・手法の肝は?

ISR は各軌道を情報変調された Riemannian manifold に写像し、geodesic-equidistant parameterization により隣接点間の情報距離がほぼ等しくなるよう再サンプリングする。情報強度場(information-intensity field)を速度ノルムと加速度ノルムから構築する。速度項は小さな動きの冗長性を除去し、加速度項は高曲率・微細操作の位相を保持する役割を担う。

4. どうやって有効だと検証した?

3つの実世界マニピュレーションタスクで、主流の模倣学習ポリシーを用いて ISR を評価した。baseline の time-uniform 3x downsampling と比較し、タスク成功率が約25%向上した。異なる操作者が収集したデータセットに対しても頑健性を示し、データセットサイズと学習コストの両方を削減した。コードと動画は https://d-robotics-ai-lab.github.io/isr.page で公開されている。

5. 議論はある?

要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

要旨で参照・比較されているのは baseline の time-uniform downsampling と、評価に用いられた主流の imitation learning policies である。具体的なポリシー名は要旨に明記されていないため、同分野の定番として behavior cloning、ACT、Diffusion Policy などが次に読む候補となる。

※ 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: Licheng Yang, Lingfeng Qian, Fei Zheng, Yonghao He, Wei Sui, Shuangshuang Li, Hu Su

分類: cs.RO, cs.CV

原文アブストラクト

Imitation learning for robotic manipulation relies on large sets of human demonstration trajectories, which are often noisy and temporally irregular due to variable operator speed, intermittent pauses, and inconsistent action density. A common preprocessing strategy is time-uniform downsampling to shorten sequences, but it cannot effectively remove speed-induced non-uniformity or redundant pauses. This mismatch degrades data quality and hinders policy learning. To address this issue, we propose Information-Standardized Trajectory Resampling (ISR), an offline preprocessing method for effective imitation learning. ISR resamples each trajectory by enforcing approximately equal information distance between adjacent points. Specifically, we map trajectories onto an information-modulated Riemannian manifold and perform geodesic-equidistant parameterization. We construct an information-intensity field from velocity and acceleration norms: the velocity term removes small-motion redundancy, while the acceleration term preserves high-curvature and fine-manipulation phases. We evaluate ISR on three real-world manipulation tasks with mainstream imitation learning policies. Compared with the baseline time-uniform 3x downsampling, ISR improves task success rates by about 25%, remains robust across datasets collected from different operators, and reduces both dataset size and training cost. The code and videos are publicly available at https://d-robotics-ai-lab.github.io/isr.page.

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