JP2005300692A - ロボットの行動制御システム及び行動制御方法、並びにロボット装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 音韻系列の素となる音声合成パラメータが音声合成手段に投入されると、音声信号からなる音韻系列sが出力される。この音韻系列sは蝸牛特性フィルタ・バンクにより話者間の相違が吸収された音韻系列uに変換される。そして、音声信号学習手段は、この音韻系列uから、聞き真似をするための音声合成パラメータyoを生成する。さらに、この音声合成パラメータyoが音声合成手段に投入されると、聞き真似をした音韻系列が発されることになる。
【選択図】 図9
Description
音韻系列を入力する音声入力手段と、
音韻系列を音声合成パラメータに変換するとともに、自己が生成した音韻系列に関する音声合成パラメータと聞き真似をする音声合成パラメータとの関係を学習又は評価する音声信号学習手段と、
前記音声信号学習手段による音声合成パラメータに基づいて音韻系列を生成する音声合成手段と、
を具備することを特徴とするロボットの行動制御システムである。ここで、前記音声入力手段は蝸牛特性フィルタ・バンクを備えていてもよい。
前記ロボットは、駆動指令に基づいて動作する駆動手段と、内部状態を管理する内部状態管理手段と、外部刺激又は物理環境を計測する計測手段を備えており、
前記行動制御システムは、前記ロボットの駆動指令、内部状態、物理環境に関する現在の観測値と現在の目標値を入力し、次の時刻におけるこれらの推定値を推定する予測学習手段を備える、
ことを特徴とするロボットの行動制御システムである。
図1には、本発明に実施に供されるロボット装置1の機能構成を模式的に示している。同図に示すように、ロボット装置1は、全体の動作の統括的制御やその他のデータ処理を行なう制御ユニット20と、入出力部40と、駆動部50と、電源部60とで構成される。以下、各部について説明する。
ロボットの行動は、本能的行動、反射的行動、条件反応的行動、学習行動、学習済み行動などに分類することができる。学習行動は、行動の順序を覚える(すなわち運動計画を立てる)、あるいはダイナミクス(ロボット単体の身体的ダイナミクス、道具を使った道具ダイナミクス(後述)を含む)を覚えることを含み、探索学習や、物まね学習などが含まれる。また、条件反応的行動、学習行動、学習済み行動は、本能行動と反射行動に基づいて実装することが可能である。
接触認識機能部(Tactile)53は、例えば機体の頭部などに内蔵された接触センサによるセンサ信号を認識して、「なでられた」とか「叩かれた」という外部刺激を認識する。
本実施形態に係るロボット装置は、外部環境や内部状態に基づいて、状況に即応した本能的行動又はその他の形態の状況依存型の行動を制御することができる。
本実施形態に係るロボットの行動制御システム100では、状況依存行動階層108は内部状態と外部環境によって行動を決定する。
Fatigue:疲れがたまる
Sleep:眠気がたまる
Activation:バイオリズムやSleep(眠気)に依存する
Certainty:Attentionに依存する
ロボット装置の自己発達、行動創発を実現する上で、模倣のメカニズムを採り入れることは効果的であると本発明者らは思料する。
(2)s → K → u
(3)u → H → yo
(2)y → G → s
(3)s → K → u
(4)u → H → yo
(2)u’ → H → yo’
(3)yo’ → y’
(4)y’ → G → s
(5)y’ → F-1 → x’
学習とは、作業上における知識の増大と技能の習熟の過程を表すものであり、ロボット装置の自己発達を実現する上で欠くことができない機能と言える。
図11には、本発明に係るロボット装置が備える予測学習器のシステム構成を模式的に示している。
本実施形態に係るロボット装置は、ロボット単体の身体的ダイナミクス以外に、道具を使った道具ダイナミクスを実現することもできる。後者の場合、ロボット装置は、外部環境に対し道具を用いたインタラクションを行なう。
上述したように、本発明では、学習のメカニズムを取り入れることにより、ロボット装置の自己発達を実現する。
報酬評価は、内部状態及び内部状態をどのような状態にすることが評価が高いか、に基づいて行なうことができる。本能行動や反射行動は、この設計された報酬評価に基づいて行動が選択されていく。一方、目標生成をこの報酬評価に基づいて行なうことができる。高い評価を得た状態を目標として記憶することで、本能反射行動で探索を行ないながら高い評価の状態を目標とし、以降探索を行なわずにこの状態を目標とする行動生成を予測学習器に学習させることができる。
目標に対して学習された予測学習器を用いて、現在の状態から目標の状態までを実際に行動を生成せずに、予測学習器の出力を入力にフィードバックして時刻T、T+1、T+2、…と生成し、リハースすることが可能である。この結果を用いて実際の行動を選択し、効率的に目標達成の行動を行なうことができる(図15を参照のこと)。
本能反射行動と予測学習器の生成する行動のどちらを実際の行動として出力するかを調停することにより、探索や模倣などが本能反射行動として実装されている場合には、本能反射行動の出力を用いて学習しながら行動し、学習が進んだ段階では、偏差を利用することで予測学習器の出力を利用するように調停を行なうことができる。これにより、学習を行ないながら、学習が進んだ状態では予測学習期の出力を利用する自律行動を実現することができる。
15…CCDカメラ
16…マイクロフォン
17…スピーカ
18…タッチ・センサ
19…LEDインジケータ
20…制御部ユニット
21…CPU
22…RAM
23…ROM
24…不揮発メモリ
25…インターフェース
26…無線通信インターフェース
28…バス
40…入出力部
50…駆動部
51…モータ
52…エンコーダ
53…ドライバ
1000…聞き真似システム
1001…蝸牛特性フィルタ・バンク
1002…音声信号学習器
1003…音声合成器
1004…内部状態生成器
1005…写像器
Claims (27)
- 音韻系列の学習を行なうロボットの行動制御システムにおいて、
音韻系列を入力する音声入力手段と、
音韻系列を音声合成パラメータに変換するとともに、自己が生成した音韻系列に関する音声合成パラメータと聞き真似をする音声合成パラメータとの関係を学習又は評価する音声信号学習手段と、
前記音声信号学習手段による音声合成パラメータに基づいて音韻系列を生成する音声合成手段と、
を具備することを特徴とするロボットの行動制御システム。 - 前記音声入力手段は、蝸牛特性フィルタ・バンクを備える、
ことを特徴とする請求項1に記載のロボットの行動制御システム。 - 前記音声信号学習手段は、フィードフォワード型ニューラル・ネットワークで構成される、
ことを特徴とする請求項1に記載のロボットの行動制御システム。 - 内部状態又は身体的制約を生成する内部状態生成手段と、
内部状態を音声合成パラメータに変換する写像手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のロボットの行動制御システム。 - 前記写像手段は、写像時の逆関数を用いて、入力された音声合成パラメータに相当する内部状態を逆推定する、
ことを特徴とする請求項4に記載のロボットの行動制御システム。 - 内部状態と外部環境に基づいて発現すべき行動を決定するとともに、予測学習を行なうロボットの行動制御システムにおいて、
前記ロボットは、駆動指令に基づいて動作する駆動手段と、内部状態を管理する内部状態管理手段と、外部刺激又は物理環境を計測する計測手段を備えており、
前記行動制御システムは、前記ロボットの駆動指令、内部状態、物理環境に関する現在の観測値及び現在の目標値を入力し、次の時刻におけるこれらの推定値を推定する予測学習手段を備える、
ことを特徴とするロボットの行動制御システム。 - 前記予測学習手段は、フィードフォワード型ニューラル・ネットワーク、又は相関学習器により構成される、
ことを特徴とする請求項6に記載のロボットの行動制御システム。 - 前記予測学習手段は、次の時刻における前記ロボットの駆動指令、内部状態、物理環境の推定値と、次の時刻におけるこれらの観測値に基づいて予測学習を行なう、
ことを特徴とする請求項6に記載のロボットの行動制御システム。 - 前記予測学習手段は、物理環境を操作するために使用した道具と、道具を介した物理環境の操作結果としてのボディー・イメージと、物理環境を取り扱う、
ことを特徴とする請求項6に記載のロボットの行動制御システム。 - 前記ロボットは、複数の学習フェーズからなる発育シナリオを備え、駆動指令に対し、該当する学習フェーズに従って動作する、
ことを特徴とする請求項6に記載のロボットの行動制御システム。 - 各学習フェーズでは、ロボット装置が実現する自由度構成又は取るべき行動リストを、学習の進行に従って定義する、
ことを特徴とする請求項10に記載のロボットの行動制御システム。 - 前記ロボットは、時間の経過、又は前記予測学習手段における次の時刻の推定値と観測値との偏差又は相関に基づいて学習フェーズの遷移を制御する、
ことを特徴とする請求項10に記載のロボットの行動制御システム。 - 音韻系列の学習を行なうロボットの行動制御方法において、
音韻系列を入力する音声入力ステップと、
音韻系列を音声合成パラメータに変換するとともに、自己が生成した音韻系列に関する音声合成パラメータと聞き真似をする音声合成パラメータとの関係を学習又は評価する音声信号学習ステップと、
前記音声信号学習ステップにおける音声合成パラメータに基づいて音韻系列を生成する音声合成ステップと、
を具備することを特徴とするロボットの行動制御方法。 - 前記音声入力ステップでは、蝸牛特性のフィルタリングを行なう、
ことを特徴とする請求項13に記載のロボットの行動制御方法。 - 前記音声信号学習ステップでは、フィードフォワード型ニューラル・ネットワークによる学習を行なう、
ことを特徴とする請求項13に記載のロボットの行動制御方法。 - 内部状態又は身体的制約を生成する内部状態生成ステップと、
内部状態を音声合成パラメータに変換する写像ステップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項13に記載のロボットの行動制御方法。 - 前記写像ステップにおける写像時の逆関数を用いて、入力された音声合成パラメータに相当する内部状態を逆推定する内部状態推定ステップをさらに備える、
ことを特徴とする請求項13に記載のロボットの行動制御方法。 - 内部状態と外部環境に基づいて発現すべき行動を決定するとともに、予測学習を行なうロボットの行動制御方法において、
前記ロボットは、駆動指令に基づいて動作する駆動手段と、内部状態を管理する内部状態管理手段と、外部刺激又は物理環境を計測する計測手段を備えており、
前記ロボットの駆動指令、内部状態、物理環境に関する現在の観測値及び現在の目標値を入力し、次の時刻におけるこれらの推定値を推定する予測学習ステップを備える、
ことを特徴とするロボットの行動制御方法。 - 前記予測学習ステップでは、フィードフォワード型ニューラル・ネットワーク、又は相関学習により学習を行なう、
ことを特徴とする請求項18に記載のロボットの行動制御方法。 - 前記予測学習ステップでは、次の時刻における前記ロボットの駆動指令、内部状態、物理環境の推定値と、次の時刻におけるこれらの観測値に基づいて予測学習を行なう、
ことを特徴とする請求項18に記載のロボットの行動制御方法。 - 前記予測学習ステップでは、物理環境を操作するために使用した道具と、道具を介した物理環境の操作結果としてのボディー・イメージと、物理環境を取り扱う、
ことを特徴とする請求項18に記載のロボットの行動制御方法。 - 前記ロボットは、複数の学習フェーズからなる発育シナリオを備え、駆動指令に対し、該当する学習フェーズに従って動作する、
ことを特徴とする請求項18に記載のロボットの行動制御方法。 - 各学習フェーズでは、ロボット装置が実現する自由度構成又は取るべき行動リストを、学習の進行に従って定義する、
ことを特徴とする請求項22に記載のロボットの行動制御方法。 - 前記ロボットは、時間の経過、又は前記予測学習ステップにおける次の時刻の推定値と観測値との偏差又は相関に基づいて学習フェーズの遷移を制御する、
ことを特徴とする請求項22に記載のロボットの行動制御方法。 - 音韻系列の学習を行なうロボット装置において、
複数の可動部と、
前記可動部を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、
音韻系列を入力する音声入力手段と、
音韻系列を音声合成パラメータに変換するとともに、自己が生成した音韻系列に関する音声合成パラメータと聞き真似をする音声合成パラメータとの関係を学習又は評価する音声信号学習手段と、
前記音声信号学習手段による音声合成パラメータに基づいて音韻系列を生成する音声合成手段と、
を具備することを特徴とするロボット装置。 - 内部状態と外部環境に基づいて発現すべき行動を決定するとともに、予測学習を行なうロボット装置において、
複数の可動部と、
前記可動部を駆動する駆動手段と、
駆動指令を発行して前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、
内部状態を管理する内部状態管理手段と、
外部刺激又は物理環境を計測する計測手段と、
駆動指令、内部状態、物理環境に関する現在の観測値及び現在の目標値を入力し、次の時刻におけるこれらの推定値を推定する予測学習手段と、
を具備することを特徴とするロボット装置。 - 内部状態と外部環境に基づいて発現すべき行動を決定するとともに、学習を行なうロボット装置において、
複数の可動部と、
前記可動部を駆動する駆動手段と、
駆動指令を発行して前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、
外部刺激又は物理環境を計測する計測手段と、
少なくとも前記駆動手段による行動出力と物理環境に基づいて学習を行なう学習手段と、
複数の学習フェーズからなる発育シナリオとを備え、
前記駆動手段は、駆動指令に対し、該当する学習フェーズに従って動作する、
ことを特徴とするロボット装置。
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