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計画arXiv:2607.06724

EvoPlan: 時空間保証を備えた進化的ニューロシンボリックロボット計画

EvoPlan: Evolutionary Neuro-Symbolic Robot Planning with Spatio-Temporal Guarantees

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LLMベースのプランナーに進化的探索と形式検証を組み合わせ、実行可能性と安全性を保証するニューロシンボリック計画フレームワークを提案した。

詳しい要約

1. どんなもの?

EvoPlanは、LLMベースのロボットプランナーに実行可能性と安全性の保証を提供するニューロシンボリックフレームワークである。3つの部分から構成される。1) デモデータから単一のグローバルなSignal Temporal Logic (STL)制約を進化的探索でマイニングするオフライン手順。2) LLMがプランを提案・修復し、プログラム的検証器が生存を決定する進化的PDDLプランナー。3) プランをウェイポイントに変換し、マイニングした制約でチェックし、違反時に再プランニングする制約付き実行ループ。すべてのLLM呼び出しはローカルにホストされたオープンウェイトモデルを使用し、クラウド依存なしでロボット上に展開可能である。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

従来のLLMベースのプランナーは流暢だが実行可能性や安全性の保証がなく、古典的なPDDLプランナーは問題が完全に指定された後にのみ保証を提供し、LLMのコンテキスト読み取りやプラン修復能力を活用しない。EvoPlanは、LLMの柔軟性とPDDLプランナーの保証を組み合わせ、さらにデモからSTL制約を自動的にマイニングすることで、手動指定なしに安全性制約を獲得する点が新しい。また、ローカルモデルを使用することでオンボード展開が可能である。

3. 技術・手法の肝は?

手法の肝は、1) デモデータからSTL制約をマイニングする際に、ワンクラス信号であるため、反事実的摂動とLLM違反生成器で負例を生成し、進化的探索で制約をフィットさせる点。2) 進化的PDDLプランナーでは、LLMがプランを提案・修復し、プログラム的検証器がプランの生存を決定し、検証済み部分が反復的に成長する点。3) 制約付き実行ループでは、プランをウェイポイントに変換し、マイニングした制約でチェックし、違反時に再プランニングする点。

4. どうやって有効だと検証した?

有効性は、Bench2Drive上の視覚言語駆動ポリシーとHA-VLN-CE上の2つの離散アクションナビゲーションポリシーをマイニングした制約でシールドすることで検証した。また、進化的PDDLプランナーはALFWorld Textベンチマークで強力なベースラインを上回り、目標語彙がアクションモデル語彙と一致しない場合でも堅牢であることを示した。さらに、Gazeboシミュレータを用いたデモでパイプライン全体を実証した。

5. 議論はある?

要旨からは、制約マイニングがデモデータに依存し、デモが符号化する内容(例:赤信号停止、社会的ナビゲーション快適性)によって制約の種類が異なることが示唆されるが、制約の一般性や複雑な環境でのスケーラビリティについては議論されていない。また、ローカルモデルの性能や、実際のロボットでの展開における計算コストやリアルタイム性についての詳細は不明である。

6. 次に読むべき論文は?

要旨で参照されている研究は、nuPlan運転ログ、SCANDテレオペレーション、Bench2Drive、HA-VLN-CE、ALFWorld Text、Gazeboシミュレータである。次に読むべき論文としては、これらのデータセットやベンチマークを提案した論文、およびSignal Temporal Logic (STL)やPDDLプランニングの基礎的な論文が挙げられる。

※ 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: Bhavya Sai Nukapotula, Samin Moosavi, Haoze Wang, Luke Duncan, Diya Shakkottai, Varun Murali, Srinivas Shakkottai

分類: cs.RO

原文アブストラクト

LLM-based robot planners are fluent but cannot guarantee that their plans are executable or safe. Classical PDDL planners can guarantee these properties, but only after the problem is fully specified, and they make poor use of an LLM's ability to read context and repair plans. This paper presents a neuro-symbolic framework with three parts. All LLM calls use a locally-hosted open-weight model, so the pipeline can be deployed on-robot with no cloud dependency. First, an offline procedure that mines a single global Signal Temporal Logic (STL) constraint on mobility from demonstration data. The procedure recovers codified rules (e.g., stopping at red lights, mined from nuPlan driving logs) or population preferences (e.g., social-navigation comfort, mined from SCAND teleoperation), depending on what the demonstrations encode. Because the demonstrations are a one-class signal, we generate the missing negatives with counterfactual perturbations and an LLM violation generator and then fit the constraint by evolutionary search. We use the mined constraint to shield a vision-language driving policy on Bench2Drive and two discrete-action navigation policies on HA-VLN-CE. Second, an evolutionary PDDL planner: an LLM proposes and repairs plans, programmatic validators decide which ones survive, and the validated portion of the plan grows over iterations. We test the planner on the open-world ALFWorld Text benchmark, where it beats strong baselines and stays robust when the goal vocabulary does not match the action-model vocabulary. Third, a constrained execution loop: the planner's plan is compiled into waypoints, the waypoints are checked against the mined constraint, and the planner re-plans on a violation. We illustrate the full pipeline via demonstrations using the Gazebo simulator.

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