arxiv.org·2026/10/23
Alpha在PyBullet仿真中通过ChaosRoboticsWrapper对感知滞后、抓取滑移、不可达IK和规划输出损坏注入校准故障,并用PyBulletSafetyMonitor去重瞬时接触与持续事件。为区分物理限制与规划器缺陷,将Llama-3经Ollama与确定性Scripted Oracle在相同种子下配对运行150集:全矩阵Oracle成功率为64.0%,LLM为44.0%(配对McNemar p=3.01×10−4);剔除输出损坏后,两者在物理与运动学条件下同为**55.0%**且无不一致对,差异完全来自LLM的JSON序列化被Pydantic校验拒绝并返回空计划,而非空间或物理推理缺陷。连续放置误差还显示运动学故障下Oracle单调恶化、LLM非单调。局限包括仅桌面抓放任务、每强度单元样本量小、仅开源模型。
为什么重要 对具身 LLM 评测:多数失败不是推理问题,而是 JSON 串行化接口脆弱,需用匹配基线隔离物理因素。适合 做具身 agent 评测、robotics 可靠性、LLM 结构化输出与安全监控的工程师与研究员。
大型语言模型(LLMs)正越来越多地被集成到具身机器人规划中,但标准基准主要评估标称环境中的端到端任务完成情况,掩盖了执行栈中故障的起源。我们提出 Alpha,一个用于仿真中 LLM 驱动操作的系统性故障注入与鲁棒性评估框架。
Alpha 在感知(传感器延迟)、驱动(抓取滑移)、运动学(不可达目标)和规划(规划器输出损坏)等方面注入校准故障,并包含并发条件。为了将物理脆弱性与规划器敏感性区分开,我们提出一种匹配方法,将 LLM 智能体(通过 Ollama 运行 Llama-3)与确定性 Scripted Oracle 规划器在平衡的 150 轮次矩阵中进行对比,使用相同的种子、几何结构和安全标准。
在整个矩阵中,Oracle 达到 64.0%(48/75)成功率,而 LLM 达到 44.0%(33/75)(配对 McNemar p=3.01×10−4)。关键地,在排除规划器输出损坏后,所有物理和运动学条件下的性能完全相同:两个规划器均为 55.0%(33/60),且零个不一致对(McNemar p = 1.00)。
这表明物理执行器滑移、运动学可达边界和感知滞后对确定性控制器与 LLM 规划器的影响是等价的。性能差距完全由规划器输出损坏驱动(Oracle 为 100%,LLM 为 0%),这隔离出 prompt-to-JSON 序列化与验证接口的问题,而非认知推理缺陷。我们还审计了 169 次历史试点尝试以提高透明度。
Large language models (LLMs) are increasingly integrated into embodied robotic planning, yet standard benchmarks primarily evaluate end-to-end task completion in nominal environments, obscuring failure origins across the execution stack.
We present Alpha, a systematic fault-injection and robustness-evaluation framework for LLM-driven manipulation in simulation.
Alpha injects calibrated faults across perception (sensor lag), actuation (grip slip), kinematics (unreachable targets), and planning (planner-output corruption), alongside concurrent conditions.
To separate physical vulnerabilities from planner sensitivities, we introduce a matched methodology pairing an LLM agent (Llama-3 via Ollama) against a deterministic Scripted Oracle planner across a balanced 150-episode matrix under identical seeds, geometries, and safety criteria.
Across the matrix, the Oracle achieves 64.0% (48/75) success while the LLM achieves 44.0% (33/75) (paired McNemar p = 3.01 x 10−4).
Crucially, excluding planner-output corruption, performance across all physical and kinematic conditions is identical: 55.0% (33/60) for both planners with zero discordant pairs (McNemar p = 1.00).
This demonstrates that physical actuator slip, kinematic reach boundaries, and perceptual staleness affect deterministic controllers and LLM planners equivalently.
The performance gap is driven entirely by planner-output corruption (100% Oracle vs. 0% LLM), isolating the prompt-to-JSON serialization and validation interface rather than a cognitive reasoning deficit.
We also audit 169 historical pilot attempts for transparency.
注释 · Scripted Oracle 在 F1/F2/F3/Control 及并发下与此图逐集完全相同。出自 §VI 表 4



EVIDENCE / METHODS
表格
全矩阵 Oracle 64.0% vs LLM 44.0%,差距完全由 F4 贡献
| 对比组 | Oracle | LLM | Discordant | McNemar p |
|---|---|---|---|---|
| 全矩阵 N=75 | 48/75 (64.0%) | 33/75 (44.0%) | 15 | 3.01×10−4 |
| 物理组 N=60 | 33/60 (55.0%) | 33/60 (55.0%) | 0 | 1.00 |
注释 · 排除 F4 后两者在每组都逐集同成功或同失败,故零 discordant。出自 §VI-A 表 3
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