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流运动策略:基于流匹配模型的机械臂运动规划
Flow Motion Policy: Manipulator Motion Planning with Flow Matching Models

作者: Davood Soleymanzadeh, Xiao Liang, Minghui Zheng
arXiv: 2604.07084v1
分类: cs.RO, cs.AI
📝 论文摘要
开环端到端神经运动规划器最近被提出,用于改进机器人操作臂的运动规划。这些方法能够直接从传感器观测进行规划,无需在规划过程中依赖特权碰撞检测器。然而,现有方法大多在不同运行中对给定工作空间仅生成单一路径,且未能利用其开环结构进行推理时优化。为突破这一局限,我们提出了流运动策略——一种面向机器人操作臂的开环端到端神经运动规划器,该方法通过流匹配方法的随机生成式建模框架,有效捕捉规划数据集中固有的多模态特性。通过对可行路径分布进行建模,流运动策略实现了高效的推理时N选优采样。该方法可生成多条端到端候选路径,在规划后评估其碰撞状态,并执行首个无碰撞解。我们将流运动策略与代表性采样基及神经运动规划方法进行基准测试。评估结果表明,流运动策略显著提升了规划成功率与效率,凸显了随机生成式策略在端到端运动规划及推理时优化中的有效性。实验评估视频可通过此\href{https://zh.engr.tamu.edu/wp-content/uploads/sites/310/2026/03/FMP-Website.mp4}{链接}观看。

📊 核心分析

🎯 研究动机
该论文旨在解决现有开环端到端神经运动规划器(open-loop end-to-end neural motion planners)的两个主要局限性: - 现有方法通常为给定工作空间只生成单一路径,无法捕捉任务固有的多模态性(multi-modality)。 - 现有方法未能充分利用其开环结构进行推理时优化(inference-time optimization)。
🔧 核心方法
论文提出了流运动策略(Flow Motion Policy),这是一个用于机器人操作臂的开环端到端神经运动规划器。其核心方法是: - 利用流匹配模型(flow matching models)的随机生成式公式(stochastic generative formulation)来建模可行路径的分布。 - 通过推理时最佳N采样(inference-time best-of-N sampling)机制:生成多个端到端候选路径,规划后评估其碰撞状态,并执行第一个无碰撞解。
💡 核心创新
论文的核心创新点在于: - **将流匹配(flow matching)的生成式建模能力引入运动规划**:首次利用流匹配模型来显式地捕捉规划数据集中固有的多模态性,从而能够生成多样化的可行路径分布。 - **设计了高效的推理时优化框架**:通过“生成-评估-选择”的流水线,将开环规划器的输出与简单的碰撞状态评估相结合,实现了无需特权碰撞检查器(privileged collision checker)的高效多方案择优。 - **实现了随机生成式策略(stochastic generative policies)在端到端运动规划中的应用**:与只能输出单一路径的确定性方法相比,该方法通过建模分布支持推理时的灵活采样与优化。
🏆 总体贡献
论文对该领域的总体贡献包括: - 提出了一种新颖的、基于流匹配的神经运动规划器,在规划成功率和效率上优于代表性的基于采样(sampling-based)和神经运动规划方法。 - 实证了随机生成式策略在端到端运动规划及推理时优化中的有效性,为处理规划多模态性问题提供了新思路。 - 提供了一种无需依赖规划期间特权信息的开环规划框架,更贴近实际机器人应用场景。