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arXiv:2303.04137

Diffusion Policy: Visuomotor Policy Learning via Action Diffusion

Diffusion Policy: Visuomotor Policy Learning via Action Diffusion

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🏛 フィジカルAI 必読論文ロボット基盤モデル・VLA
本論文は、ロボットの視覚運動ポリシー(観測から行動を出力する方策)を、拡散モデルを用いて学習する「Diffusion Policy」を提案した。従来のポリシー学習では、行動を直接回帰するか、カテゴリ分布やガウス分布などの単純な分布としてモデル化するのが一般的だった。これに対し、本手法は行動生成を拡散過程として捉え、ノイズから行動を段階的に復元する生成モデルとしてポリシーを表現する。具体的には、観測(画像や状態)を条件として、行動系列の拡散モデルを学習する。推論時には、ランダムノイズから条件付きで行動を反復的にデノイズし、最終的な行動を出力する。キーアイデアは、拡散モデルの持つ表現力の高さと、マルチモーダルな行動分布を自然に扱える点にある。ロボットの行動はしばしば多峰性(同じ観測でも複数の有効な行動が存在する)を持つが、従来の回帰や単純分布ではこれを表現しきれなかった。拡散モデルはこの多峰性を捉えることができ、また高次元の行動系列を生成する際の時間的整合性も保ちやすい。さらに、学習は行動生成のためのスコアマッチングとして安定に行える。この手法が画期的だったのは、ロボットポリシー学習における表現力と安定性のトレードオフを解決した点である。以前は、行動の多峰性を扱うためにCVAEやフローベースの手法があったが、学習の不安定さや表現力の限界があった。Diffusion Policyは、拡散モデルの強力な生成能力をポリシー学習に持ち込み、特に高精度な操作タスク(例えば、細かい把持や挿入作業)で従来手法を大きく上回る成功率を示した。フィジカルAIの観点では、この論文はロボットの基盤モデルやVLA(Vision-Language-Action)モデルの行動出力部として広く採用される契機となった。多くの後続研究が、行動生成のデコーダとして拡散モデルを用いるようになり、また拡散ポリシーを大規模言語モデルや視覚基盤モデルと組み合わせる流れが生まれた。さらに、この手法は模倣学習だけでなく、強化学習やオフラインデータからの学習にも応用され、ロボットの汎用的な行動生成の標準的な選択肢の一つとなっている。その影響は、操作学習のベンチマークや実ロボットへの展開にまで及び、フィジカルAIにおける行動生成のパラダイムを変えた重要な研究である。

※ 解説はAIが生成。被引用数はOpenAlex由来(取得できた論文のみ表示)。詳細は原論文をご確認ください。

著者: Cheng Chi, Zhenjia Xu, Siyuan Feng, Eric Cousineau, Yilun Du, Benjamin Burchfiel, Russ Tedrake, Shuran Song

分類: cs.RO

原文アブストラクト

This paper introduces Diffusion Policy, a new way of generating robot behavior by representing a robot's visuomotor policy as a conditional denoising diffusion process. We benchmark Diffusion Policy across 12 different tasks from 4 different robot manipulation benchmarks and find that it consistently outperforms existing state-of-the-art robot learning methods with an average improvement of 46.9%. Diffusion Policy learns the gradient of the action-distribution score function and iteratively optimizes with respect to this gradient field during inference via a series of stochastic Langevin dynamics steps. We find that the diffusion formulation yields powerful advantages when used for robot policies, including gracefully handling multimodal action distributions, being suitable for high-dimensional action spaces, and exhibiting impressive training stability. To fully unlock the potential of diffusion models for visuomotor policy learning on physical robots, this paper presents a set of key technical contributions including the incorporation of receding horizon control, visual conditioning, and the time-series diffusion transformer. We hope this work will help motivate a new generation of policy learning techniques that are able to leverage the powerful generative modeling capabilities of diffusion models. Code, data, and training details is publicly available diffusion-policy.cs.columbia.edu