Planning for many manipulation tasks, such as using tools or assembling parts, often requires both symbolic and geometric reasoning. Task and Motion Planning (TAMP) algorithms typically solve these problems by conducting a tree search over high-level task sequences while checking for kinematic and dynamic feasibility. While performant, most existing algorithms are highly inefficient as their time complexity grows exponentially with the number of possible actions and objects. Additionally, they only find a single solution to problems in which many feasible plans may exist. To address these limitations, we propose a novel algorithm called Stein Task and Motion Planning (STAMP) that leverages parallelization and differentiable simulation to efficiently search for multiple diverse plans. STAMP relaxes discrete-and-continuous TAMP problems into continuous optimization problems that can be solved using variational inference. Our algorithm builds upon Stein Variational Gradient Descent, a gradient-based variational inference algorithm, and parallelized differentiable physics simulators on the GPU to efficiently obtain gradients for inference. Further, we employ imitation learning to introduce action abstractions that reduce the inference problem to lower dimensions. We demonstrate our method on two TAMP problems and empirically show that STAMP is able to: 1) produce multiple diverse plans in parallel; and 2) search for plans more efficiently compared to existing TAMP baselines.


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