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基於約束流匹配的神經符號安全引導方法用於視覺-語言-動作模型

文章摘要

本文提出一種神經符號安全引導機制,用於基於流匹配的視覺-語言-動作(VLA)模型,實現預測性碰撞避免。該方法將安全執行表述為最小范數約束最佳化問題,在迭代去噪過程中糾正軌跡預測中的安全違規。在SafeLIBERO基準測試中,該方法實現了82.8%的碰撞避免率和81.6%的任務成功率,分別比單步方法提高6.3%和19.8%,尤其擅長長時域任務。

來源arXiv Robotics作者: William English, Hao Zheng, Rickard Ewetz
基於約束流匹配的神經符號安全引導方法用於視覺-語言-動作模型
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視覺-語言-動作(VLA)模型在機器人操作任務中展現出強大的泛化能力,但實際部署中因缺乏有效的安全措施而受限。現有方法僅能防止由機器人下一個動作引發的碰撞,無法預見整個規劃軌跡中的潛在風險。為解決這一問題,本文提出一種神經符號安全引導機制,專門針對基於流匹配的VLA模型,實現預測性碰撞避免。

流匹配VLA模型透過迭代神經流匹配過程預測完整軌跡(一系列動作),並據此決定下一個動作。該方法將安全執行形式化為一個最小范數約束最佳化問題:在每一步去噪過程中,對噪聲中間軌跡預測進行符號約束脩正,糾正安全違規。透過分析預測軌跡並在迭代去噪中應用修正,該方法能夠在碰撞變得不可避免之前提前預判。這種符號約束滿足與神經軌跡生成的交替,實現了預測性而非反應性的碰撞避免。

在SafeLIBERO基準測試上,該方法達到了82.8%的碰撞避免率和81.6%的任務成功率,分別比單步安全方法提高了6.3%和19.8%。效能提升在長時域任務上最為顯著,因為這類任務中複合分佈偏移最為突出。此外,該方法在保持高任務成功率的同時有效避免碰撞,表明神經符號交織是一種可行且有效的安全框架。作者提供了專案頁面,包含影片演示:https://willenglish.tech/SafetyGuidedFlowMatching/。

與現有單步安全方法相比,本文方法能夠考慮整個預測軌跡,從而提前識別並規避累積誤差導致的碰撞。透過最小范數約束,修正訊號對原始軌跡的影響最小化,保證了任務執行的穩定性。該研究為VLA模型的安全部署提供了新思路,未來可擴充套件到更復雜的機器人系統和場景。

展開要點與分析

文章情報

工程師進階

要點

  • 針對VLA模型提出預測性碰撞避免,而非反應式干預
  • 將安全約束嵌入流匹配去噪過程,實現符號約束與神經軌跡生成的交織
  • 在SafeLIBERO上碰撞避免率82.8%,任務成功率81.6%,長時域任務提升最大

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