JEPA-X: Real-Time Safe Robot Planning via Continuous Latent Trajectory Prediction and Analytical Collision Certification

抄録

潜在空間ワールドモデルは、ロボットの予測や計画においてコンパクトな表現を提供するが、既存の手法の多くは、未来の推移を離散的な状態遷移によって表現する。こうした表現は、予測された状態間の連続的な物理運動を直接記述するものではなく、ロボットが高速に移動する場合や動的な障害物と相互作用する場合に、検証上のギャップが生じる。

我々は、潜在的な意味論的進化と物理的な3次元軌道を同時に予測する、行動条件付き連続時間ワールドモデルアーキテクチャであるJEPA-Xを提案する。環境は構造化潜在シーングラフとして表現され、一方、潜在運動経路予測器は、ロボットおよび周囲の物体に対するアンカー付きバーンスタイン多項式軌道を、共有された時間パラメータ化のもとで生成する。この定式化により、連続的な相対距離、最小間隔、速度、加速度、そして衝突までの時間の評価が可能となる。

JEPA-Xは、二段階の衝突評価パイプラインを組み込む。保守的な凸包分離テストは、モデル化された形状と不確実性の仮定のもとで、十分条件となる幾何学的安全証明を提供する。この証明が得られない場合には、GPUベースのサンプリング曲線距離精緻化により、最小軌道間隔を推定する。制御点の不確実性は、時間変化する不確実性包絡線に伝播され、段階的な実行状態にマッピングされる。これにより、速度低減、クリアランスの拡大、再計画、あるいは不確実性下での停止が可能となる。本システムはさらに、複数時間スケールの予測や、位置・速度・加速度が滑らかに遷移する区分的軌道もサポートする。

RTX 2070およびJetson Orin NX上でのプロトタイプ評価では、報告されたベンチマーク構成において、エンドツーエンドの平均レイテンシがそれぞれ7.2 msおよび16.2 msであることを示した。GPUバッチ処理による候補評価では、同一ハードウェア上の逐次実行と比較して16.9倍および22.0倍の高速化が達成された。これらの結果は、連続的な潜在‐物理軌道予測が、リアルタイムのエッジロボット計画において計算的に実現可能であることを示している。物理的な全身ヒューマノイド検証および動的な多関節スイープボリュームモデリングは、今後の課題とする。