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ナビゲーションarXiv:2611.15589

EMS-Nav: 身体性を持つマルチスケールナビゲーション

EMS-Nav: Embodied Multi-Scale Navigation

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物体・部屋・領域・特定インスタンスなど異なる空間スケールの目標に対応するため、局所空間を基本単位として環境理解と計算を組織化する生物模倣型のオンデバイスナビゲーション手法を提案し、地図構築コストと言語モデル入力を削減しつつ成功率を向上させた。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 産業点検ロボット向けの多スケールナビゲーション手法「EMS-Nav」 - 対象は物体・部屋・領域・特定インスタンスなど空間スケールが異なる目標 - オンデバイスでのオンライン動作を想定した生物模倣型フレームワーク - 計算・記憶コストを抑えつつ言語ゴールを解釈して移動する

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 既存の多スケールナビゲーションは豊富な環境表現を用いるが計算・記憶コストが大きい - 無線が不完全な環境ではオンボード計算が必須で、このコストが配備の制約になる - EMS-Nav は領域を基本単位とすることでコストを削減 - 実験で open-vocabulary mapping/navigation の SOTA を上回る - 初回試行成功率が最強ベースライン比 +9.39 ポイント

3. 技術・手法の肝は?

- 知覚・空間理解・ナビゲーションを「領域(region)」中心に組織化 - 局所空間を環境理解と計算の基本単位とする - 物体とその関係を機能的に意味のある空間へグループ化 - 局所領域から広域環境への階層を構築 - この階層により地図構築の効率化と言語ゴールの多スケール解釈・実行を両立 - 言語モデルへの入力サイズも削減

4. どうやって有効だと検証した?

- 多スケールナビゲーション実験を実施 - 物体・部屋・領域・特定インスタンスの4カテゴリすべてで最高成功率 - open-vocabulary mapping/navigation の SOTA 手法と比較 - 初回試行成功率の向上(+9.39 ポイント)と地図構築オーバーヘッド・言語モデル入力サイズの削減を報告 - 実屋内環境でのローカル配備によりオンデバイス適用性を実証

5. 議論はある?

- 領域を組織化の基盤とすることで多スケール理解と計算効率を両立できると主張 - 資源制約のあるロボットでの多様な言語ゴール遂行を狙う - 具体的な限界・失敗事例・計算量の詳細な内訳は要旨からは不明 - 実環境配備の規模や被験者数などの評価条件は要旨からは不明

6. 次に読むべき論文は?

- 比較対象の open-vocabulary mapping 手法(例: VLMaps, ConceptGraphs など) - open-vocabulary navigation 手法(例: CoW, LM-Nav など) - 言語ゴール誘導ナビゲーションの基盤(例: CLIP, LLM を用いた手法) - 階層的地図表現・領域分割に基づく環境表現の関連研究

※ 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: Zenghui Yang, Xinan Wang, Danyang Li, Zhe Xu, Zheng Yang, Jingao Xu, Qiang Ma

分類: cs.RO, cs.AI, cs.CV

原文アブストラクト

Industrial inspection robots must reach work areas and specific equipment. These destinations span spatial scales from regions to objects, so robots must relate each target to its surroundings to interpret the task and determine where to go. Existing methods support multi-scale navigation through rich environment representations, but at substantial computational and storage cost. These costs limit deployment where wireless coverage is incomplete and robots must rely on onboard computation to keep navigating. We introduce EMS-Nav, a biologically inspired multi-scale navigation framework for online, on-device operation. Its core innovation is to organize perception, spatial understanding, and navigation around regions, making local spaces the basic units of both environmental understanding and computation. EMS-Nav groups objects and their relationships into functionally meaningful spaces and builds a hierarchy from local areas to the broader environment. This organization supports efficient map construction alongside the interpretation and execution of language goals at different scales. In multi-scale navigation experiments, EMS-Nav achieves the highest success rates across all four target categories: objects, rooms, regions, and specific instances. It outperforms state-of-the-art open-vocabulary mapping and navigation methods, improving overall first-attempt success by 9.39 percentage points over the strongest baseline while reducing mapping overhead and language-model input size. Local deployment in real indoor environments further demonstrates its applicability to on-device embodied navigation. By establishing regions as the organizing basis for perception, spatial understanding, and language-guided action, EMS-Nav provides a system that combines multi-scale understanding with computational efficiency to support diverse language goals on resource-constrained robots.

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