JP2018126802A - ワークの取り出し動作を改善するワーク取り出し装置およびワーク取り出し方法 - Google Patents
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Abstract
Description
・ワーク取り出し装置(すなわち、ロボット1およびロボット制御装置(ロボット制御部30および機械学習装置5を含む)3)200は、環境の状態を観測し、行動を決定する。
・環境は、何らかの規則に従って変化し、さらに、自分の行動が、環境に変化を与えることもある。
・行動するたびに、報酬信号が帰ってくる。
・最大化したいのは、将来にわたっての(割引)報酬の合計である。
・行動が引き起こす結果を全く知らない、または、不完全にしか知らない状態から学習はスタートする。すなわち、ロボット制御部は、実際に行動して初めて、その結果をデータとして得ることができる。つまり、試行錯誤しながら最適な行動を探索する必要がある。
・人間の動作を真似るように、事前学習(前述の教師あり学習や、逆強化学習といった手法)した状態を初期状態として、良いスタート地点から学習をスタートさせることもできる。
2 センサ
3 ロボット制御装置
4,4a〜4d ワーク
5 機械学習装置(第2機械学習装置)
6 機械学習装置(第1機械学習装置)
10 内径チャック(ハンド)
30 ロボット制御部
31 保持位置姿勢算出部
32 積載状態改善動作生成部
40 コンテナ
51 状態観測部(第2状態観測部)
52 判定データ取得部(第2判定データ取得部)
53 学習部(第2学習部)
54,64 意思決定部
61 状態観測部(第1状態観測部)
62 判定データ取得部(第1判定データ取得部)
63 学習部(第1学習部)
100,20,300,500 ワーク取り出し装置
531 報酬計算部(第2報酬計算部)
532 価値関数更新部(第2価値関数更新部)
631 報酬計算部(第1報酬計算部)
632 価値関数更新部(第1価値関数更新部)
Claims (15)
- 三次元空間にバラ積みされた複数のワークを計測するセンサと、
前記ワークを保持するロボットと、
前記ロボットに取り付けられたワークを保持可能なハンドと、
前記センサの出力に基づいて、前記ロボットにより前記ワークを保持する位置および姿勢の保持位置姿勢データを算出する保持位置姿勢算出部と、
前記センサの出力に基づいて、前記ロボットにより前記ワークの積載状態を改善する動作の積載状態改善動作データを生成する積載状態改善動作生成部と、
前記ロボットおよび前記ハンドを制御するロボット制御部と、を備え、
前記ロボット制御部は、前記保持位置姿勢算出部および前記積載状態改善動作生成部の出力に基づいて、前記ロボットおよび前記ハンドを制御することで前記ワークの取り出しもしくは積載状態改善動作を行う、
ことを特徴とするワーク取り出し装置。 - 前記保持位置姿勢算出部は、前記ロボットにより保持することが可能な前記ワークが存在するとき、前記保持位置姿勢データを前記ロボット制御部に出力し、
前記積載状態改善動作生成部は、前記保持位置姿勢算出部の出力に基づいて、前記ロボットにより保持することが可能な前記ワークが存在しないとき、前記ロボット制御部に対して前記積載状態改善動作データを前記ロボット制御部に出力する、
ことを特徴とする請求項1に記載のワーク取り出し装置。 - さらに、
少なくとも1つの前記保持位置姿勢算出部、および、少なくとも1つの前記積載状態改善動作生成部を含み少なくとも1つの動作候補を出力する動作候補出力部と、
前記動作候補出力部の出力の少なくとも1つの動作候補から1つの動作を決定し、その決定された動作に基づいて前記ロボット制御部を介して前記ロボットを制御する動作決定部と、を備え、
前記動作決定部は、機械学習を行って前記ロボットにより前記ワークの積載状態を改善する動作を学習する第1機械学習装置を備え、前記第1機械学習装置は、
前記センサで取得される計測データ、少なくとも1つの前記保持位置姿勢算出部の出力に基づく保持位置姿勢データ、および、少なくとも1つの前記積載状態改善動作生成部の出力に基づく積載状態改善動作データを、状態データとして観測する第1状態観測部と、
前記センサで計測し、前記ロボットおよび前記ハンドでワークを取り出す一連の動作であるハンドリングに関連する時間データを、判定データとして取得する第1判定データ取得部と、
前記第1状態観測部が取得する状態データおよび前記第1判定データ取得部が取得する判定データに基づいて、前記動作候補出力部が出力する少なくとも1つの動作候補から1つの動作を決定する動作決定を学習する第1学習部と、を備える、
ことを特徴とする請求項1に記載のワーク取り出し装置。 - 前記第1学習部は、
前記第1判定データ取得部が取得する判定データである時間データに基づいて報酬を計算する第1報酬計算部と、
前記少なくとも1つの動作候補から動作を決定する動作決定の価値を定める価値関数を有し、前記報酬に応じて前記価値関数を更新する第1価値関数更新部と、を備え、前記動作決定部は前記価値関数に基づいて動作決定を行う、
ことを特徴とする請求項3に記載のワーク取り出し装置。 - 前記第1報酬計算部は、
1つの前記ワークのハンドリングに要した時間を平均した平均サイクルタイムが短くなればプラスの報酬を設定し、前記平均サイクルタイムが長くなればマイナスの報酬を設定する第1報酬設定と、
1つの前記ワークのハンドリングに要した時間の分散を示す分散サイクルタイムが小さくなればプラスの報酬を設定し、前記分散サイクルタイムが大きくなればマイナスの報酬を設定する第2報酬設定、の少なくとも一方を行う、
ことを特徴とする請求項4に記載のワーク取り出し装置。 - 前記積載状態改善動作生成部は、機械学習を行って前記ロボットにより前記ワークの積載状態を改善する動作を学習する第2機械学習装置を備え、前記第2機械学習装置は、
前記センサの出力に基づく前記ワークそれぞれの計測データ、および、前記保持位置姿勢算出部の出力に基づく前記ワークそれぞれの前記保持位置姿勢データを、状態データとして観測する第2状態観測部と、
前記計測データに基づいて、前記ワークの積載状態を改善する動作の前後における前記積載状態の変化の有無、および、前記ワークの積載状態を改善する動作を行った後における前記ワークそれぞれの前記保持位置姿勢データを、判定データとして取得する第2判定データ取得部と、
前記第2状態観測部からの出力および前記第2判定データ取得部からの出力を受け取って、前記ワークの積載状態を改善する動作を学習する第2学習部と、を備える、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のワーク取り出し装置。 - 前記第2学習部は、
前記第2判定データ取得部の出力である前記ワークの積載状態を改善する動作の前後における前記積載状態の変化の有無、および、前記ワークの積載状態を改善する動作を行った後における前記ワークそれぞれの前記保持位置姿勢データに基づいて報酬を計算する第2報酬計算部と、
前記ワークの積載状態を改善する動作の価値を定める価値関数を有し、前記報酬に応じて前記価値関数を更新する第2価値関数更新部と、を備え、
前記積載状態改善動作生成部は第2価値関数に基づいて積載状態改善動作データを生成する、
ことを特徴とする請求項6に記載のワーク取り出し装置。 - 前記第2報酬計算部は、
前記ワークの積載状態を改善する動作の前後における前記積載状態の変化が有ればプラスの報酬を設定し、前記積載状態の変化が無ければマイナスの報酬を設定する第3報酬設定と、
前記ワークの積載状態を改善する動作を行った後における前記ワークそれぞれの前記保持位置姿勢データの算出に成功すればプラスの報酬を設定し、前記保持位置姿勢データの算出に失敗すればマイナスの報酬を設定する第4報酬設定、の少なくとも一方を行う、
ことを特徴とする請求項7に記載のワーク取り出し装置。 - 前記第1機械学習装置により学習された動作決定、或いは、前記第2機械学習装置により学習された前記ワークの積載状態を改善する動作は、通信媒体を介して複数の対応する第1または第2機械学習装置で相互にデータを共有または交換するようになっている、
ことを特徴とする請求項3乃至請求項8のいずれか1項に記載のワーク取り出し装置。 - 前記積載状態改善動作データは、
前記ロボットが前記ワークに接近するアプローチ位置、
前記ロボットが前記ワークの積載状態を改善する動作を開始する積載状態改善動作開始位置、および、
前記ロボットが前記ワークの積載状態を改善する動作を終了する積載状態改善動作終了位置、のデータを含む、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載のワーク取り出し装置。 - 前記積載状態改善動作データは、さらに、
前記ロボットが、前記アプローチ位置から前記積載状態改善動作開始位置まで移動する第1速度データ、および、
前記ロボットが、前記積載状態改善動作開始位置から前記積載状態改善動作終了位置まで移動する第2速度データ、を含む、
ことを特徴とする請求項10に記載のワーク取り出し装置。 - 前記ハンドは、マグネットトハンドまたは吸着ハンドであり、
前記積載状態改善動作は、前記載状態改善動作開始位置で前記ワークを仮保持し、前記載状態改善動作終了位置で前記ワークを解放する、
ことを特徴とする請求項10または請求項11に記載のワーク取り出し装置。 - 前記積載状態改善動作を行っているとき、前記ロボットおよび前記ハンドの少なくとも一方に掛かる負荷を計測し、前記積載状態改善動作中に、前記ロボットおよび前記ハンドの少なくとも一方に所定以上の負荷が掛かったら前記積載状態改善動作を中断して前記ロボットを退避させる、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載のワーク取り出し装置。 - 前記積載状態改善動作は、
前記ハンドによって前記ワークに外力を加えることで、前記ワークを移動または倒す動作であり、或いは、
前記積載状態改善動作にインピーダンス制御を適用することで前記ワークに適切な外力を加えながら行う動作である、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項13のいずれか1項に記載のワーク取り出し装置。 - 三次元空間にバラ積みされた複数のワークを計測するセンサと、前記ワークを保持するロボットと、前記ロボットに取り付けられたワークを保持可能なハンドと、を備えるワーク取り出し装置のワーク取り出し方法であって、
前記センサの出力に基づいて、前記ロボットにより前記ワークを保持する位置および姿勢の保持位置姿勢データを算出し、
前記センサの出力に基づいて、前記ロボットにより前記ワークの積載状態を改善する動作の積載状態改善動作データを生成し、
前記保持位置姿勢データおよび前記積載状態改善動作データに基づいて、前記ロボットおよび前記ハンドを制御することで前記ワークの取り出しもしくは積載状態改善動作を行う、
ことを特徴とするワーク取り出し方法。
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