JP5489965B2 - 行動制御システムおよびロボット - Google Patents
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Description
オブジェクトの時系列的な計測位置または推定位置に基づき、将来における前記オブジェクトの時系列的な予測位置の確率密度分布により表現されている前記オブジェクトの予測位置軌道を決定するように構成されている第1演算処理要素と、
前記エージェントの動作によってカウンターオブジェクトが到達可能な範囲において、前記オブジェクトの予測位置軌道に含まれる相互作用点候補と空間的かつ時系列的に一致する位置を含む、前記カウンターオブジェクトの時系列的な位置に対応する尤度を表現する確率密度分布により表現されている前記カウンターオブジェクトの位置軌道候補として生成するように構成されている第2演算処理要素と、
前記カウンターオブジェクトの複数の位置軌道候補から、前記オブジェクトの予測位置軌道との時系列的な確率密度分布の重なり度合いに応じて選択される一の位置軌道候補の平均位置軌道または中心位置軌道である前記カウンターオブジェクトの目標位置軌道に、前記カウンターオブジェクトの位置軌道を一致させるように前記行動計画を生成するように構成されている第3演算処理要素とを備え、
前記第2演算処理要素が、前記オブジェクトの予測位置軌道と、前記カウンターオブジェクトの複数の位置軌道候補のそれぞれとにしたがって、前記カウンターオブジェクトと前記オブジェクトとが前記相互作用点候補において相互作用したと仮定した場合における、前記オブジェクトの時系列的な予測位置の確率密度分布により表現されている前記オブジェクトの相互作用後予測位置軌道をさらに決定するように構成され、
前記第3演算処理要素が、前記カウンターオブジェクトの複数の位置軌道候補から、前記オブジェクトの予測位置軌道との時系列的な確率密度分布の重なり度合いに加えて、前記オブジェクトの相互作用後予測位置軌道と指定位置軌道との時系列的な確率密度分布の重なり度合いに応じて前記一の位置軌道候補を選択するように構成されていることを特徴とする(第1発明)。
当該構成の行動制御システムによれば、前記のように生成された行動計画にしたがってエージェントの行動が制御されることにより、カウンターオブジェクトを動かしてオブジェクトと相互作用させる、あるいは、オブジェクトとの相互作用または接触を回避しながらカウンターオブジェクトを動かすという「タスク」をエージェントに確実に実行させることができる。
第1または第2発明の行動制御システムにおいて、前記第3演算処理要素が、前記カウンターオブジェクトの複数の位置軌道候補から、前記オブジェクトの予測位置軌道との時系列的な確率密度分布の重なり度合いと、前記オブジェクトの相互作用後予測位置軌道と前記指定位置軌道との時系列的な確率密度分布の重なり度合いとに応じた総合重なり度合いが最高または最低となるような前記一の位置軌道候補を選択するように構成されていてもよい(第3発明)。
図1に示されている本発明の一実施形態としての行動制御システム100は、図2に示されているエージェントとしてのロボット1に搭載されているアクチュエータ10の動作を制御することによりロボット1の行動を制御する。
前記構成の行動制御システム100により実行される演算処理の第1実施形態について説明する。図6(a)〜(c)に示されているように、ロボット1(エージェント)が左右一方のハンド13で持っているラケットを動かすことにより、動いているボール(オブジェクト)をこのラケット、正確にはラケットのヘッド(カウンターオブジェクト)で打ち返すというタスクを実行する場合を例として考える。ボールおよびラケットのそれぞれの「位置」は共通の座標系であれば、世界座標系またはロボット座標系など、任意の座標系において定義されていてもよい。
相互作用点候補xhit_cdt_mと時系列的に一致する時点を除いて重なり度合いを算出する。すなわち、式(004)にしたがって重なり度合いを算出する。
カウンターオブジェクトの位置軌道候補が有する確率密度分布P(x2(t)|xhit=xhit_cdt_m)の標準偏差または分散に応じた広がりを当該位置軌道候補が有する確率密度分布群のそれぞれに対して加えた上で重なり度合いCiを算出する。
前記構成の行動制御システム100により実行される演算処理の第2実施形態について説明する。第2実施形態でも第1実施形態と同様、ロボット1が一方のハンド13で持っているラケットでボールを打ち返すというタスクを実行する場合を例として考える。第2実施形態では、打ち返されたボールが指定位置軌道にしたがって飛んでいくようにロボット1の動作が制御される点で第1実施形態と相違する。
ボールの位置推定方法について詳細に説明する(図3/STEP112、図7/STEP212参照)。
ラケットの位置軌道候補の生成基礎である確率遷移モデルの詳細について説明する。
Q^(k)≡[Q1(1)..Q1(N_1-1)..Qi(1)..Qi(N_i-1)..Qx(1)..Qx(N_x-1)],
Q^(k+1)≡[Q1(2)..Q1(N_1)..Qi(2)..Qi(N_i)..Qx(2)..Qx(N_x)],
Q^(N)≡[Q1(N_1)..Q1(N_1)..Qi(N_i)..Qi(N_i)..Qx(N_x)..Qx(N_x)] ..(100)。
ラケット(カウンターオブジェクト)の位置軌道候補の生成処理の詳細について説明する(図3/STEP124、図7/STEP224参照)。
カウンターオブジェクトの模範位置軌道Qiはあらかじめ定められていてもよいが、次に説明するようにインストラクタの動作観測によって定められてもよい。
第1実施形態の行動制御システム100によれば、オブジェクト(ボール)の予測位置軌道と、カウンターオブジェクト(ラケット)の位置軌道候補との時系列的な確率密度分布の重なり度合いCiが算出される(図3/STEP131,図5(a)〜(c)参照)。さらに、カウンターオブジェクトの複数の位置軌道候補のうち、オブジェクトの予測位置軌道との重なり度合いCiが最高となる一の位置軌道候補である目標位置軌道にしたがってカウンターオブジェクトが動かされるようにエージェント(ロボット1)の行動計画が生成される(図3/STEP136,138参照)。重なり度合いCiの高低は、カウンターオブジェクトとオブジェクトとが相互作用する確率の高低を表わしている。
カウンターオブジェクトの複数の位置軌道候補のうち、オブジェクトの予測位置軌道との重なり度合いCi(第1実施形態)または総合重なり度合いCm(第2実施形態)が「最低」となる一の位置軌道候補がカウンターオブジェクトの目標位置軌道として選択されてもよい(図3/STEP136、図7/STEP236参照)。この場合もカウンターオブジェクトがこの目標位置軌道にしたがって動かされるようにエージェント(ロボット1)の行動計画が生成される(図3/STEP138、図7/STEP238参照)。
Claims (10)
- 行動計画にしたがってエージェントの行動を制御するシステムであって、
オブジェクトの時系列的な計測位置または推定位置に基づき、将来における前記オブジェクトの時系列的な予測位置の確率密度分布により表現されている前記オブジェクトの予測位置軌道を決定するように構成されている第1演算処理要素と、
前記エージェントの動作によってカウンターオブジェクトが到達可能な範囲において、前記オブジェクトの予測位置軌道に含まれる相互作用点候補と空間的かつ時系列的に一致する位置を含む、前記カウンターオブジェクトの時系列的な位置に対応する尤度を表現する確率密度分布により表現されている前記カウンターオブジェクトの位置軌道候補として生成するように構成されている第2演算処理要素と、
前記カウンターオブジェクトの複数の位置軌道候補から、前記オブジェクトの予測位置軌道との時系列的な確率密度分布の重なり度合いに応じて選択される一の位置軌道候補の平均位置軌道または中心位置軌道である前記カウンターオブジェクトの目標位置軌道に、前記カウンターオブジェクトの位置軌道を一致させるように前記行動計画を生成するように構成されている第3演算処理要素とを備え、
前記第2演算処理要素が、前記オブジェクトの予測位置軌道と、前記カウンターオブジェクトの複数の位置軌道候補のそれぞれとにしたがって、前記カウンターオブジェクトと前記オブジェクトとが前記相互作用点候補において相互作用したと仮定した場合における、前記オブジェクトの時系列的な予測位置の確率密度分布により表現されている前記オブジェクトの相互作用後予測位置軌道をさらに決定するように構成され、
前記第3演算処理要素が、前記カウンターオブジェクトの複数の位置軌道候補から、前記オブジェクトの予測位置軌道との時系列的な確率密度分布の重なり度合いに加えて、前記オブジェクトの相互作用後予測位置軌道と指定位置軌道との時系列的な確率密度分布の重なり度合いに応じて前記一の位置軌道候補を選択するように構成されていることを特徴とする行動制御システム。 - 請求項1記載の行動制御システムにおいて、
前記第3演算処理要素が、前記カウンターオブジェクトの複数の位置軌道候補から、前記オブジェクトの予測位置軌道との時系列的な確率密度分布の重なり度合いが最高または最低となるような前記一の位置軌道候補を選択するように構成されていることを特徴とする行動制御システム。 - 請求項1または2記載の行動制御システムにおいて、
前記第3演算処理要素が、前記カウンターオブジェクトの複数の位置軌道候補から、前記オブジェクトの予測位置軌道との時系列的な確率密度分布の重なり度合いと、前記オブジェクトの相互作用後予測位置軌道と前記指定位置軌道との時系列的な確率密度分布の重なり度合いとに応じた総合重なり度合いが最高または最低となるような前記一の位置軌道候補を選択するように構成されていることを特徴とする行動制御システム。 - 請求項1〜3のうちいずれか1つ記載の行動制御システムにおいて、
前記第2演算処理要素が、前記相互作用点候補と空間的かつ時系列的に一致する前記カウンターオブジェクトの位置に対応する尤度を表現する確率密度分布の広がりが、他の位置に対応する尤度を表現する確率密度分布の広がりと比較して小さくなるように前記カウンターオブジェクトの位置軌道候補を生成するように構成されていることを特徴とする行動制御システム。 - 請求項1〜4のうちいずれか1つに記載の行動制御システムにおいて、
前記第3演算処理要素が、前記相互作用点候補と時系列的に一致する時点を除いて前記重なり度合いを算出するように構成されていることを特徴とする行動制御システム。 - 請求項1〜4のうちいずれか1つに記載の行動制御システムにおいて、
前記第3演算処理要素が、前記カウンターオブジェクトの位置軌道候補が有する確率密度分布の標準偏差または分散に応じた広がりを当該位置軌道候補が有する確率密度分布群のそれぞれに対して加え、または、当該位置軌道候補が有する確率密度分布群のそれぞれの広がりを当該標準偏差または分散に応じた広がりに補正し、その上で前記重なり度合いを算出するように構成されていることを特徴とする行動制御システム。 - 請求項1〜6のうちいずれか1つに記載の行動制御システムにおいて、
前記第2演算処理要素が、前記カウンターオブジェクトの位置の模範位置軌道の形状特性を表わす因子にしたがい、前記カウンターオブジェクトの位置およびその1〜n階時間微分値(n=1,2,‥)が連続的に変化する確率遷移モデルにしたがって前記カウンターオブジェクトの位置軌道候補を生成するように構成されていることを特徴とする行動制御システム。 - 請求項7記載の行動制御システムにおいて、
前記第2演算処理要素が、前記確率遷移モデルにしたがって、前記カウンターオブジェクトの時系列的に順方向の推定位置の確率密度分布により表現されている順方向推定位置軌道を生成する一方、前記カウンターオブジェクトの時系列的に逆方向の推定位置の確率密度分布により表現されている逆方向推定位置軌道を生成した上で、前記順方向推定位置軌道および前記逆方向推定位置軌道のそれぞれの確率密度分布を時系列的に合成することにより、時系列的な当該合成確率密度分布により表現されている前記カウンターオブジェクトの位置軌道候補を生成するように構成されていることを特徴とする行動制御システム。 - 請求項7または8記載の行動制御システムにおいて、
前記第2演算処理要素が、前記相互作用点候補よりも時系列的に前において、前記カウンターオブジェクトを前記オブジェクトと相互作用させる観点から定義されている第1アトラクタが前記因子として採用される一方、前記相互作用点候補よりも時系列的に後において、前記第1アトラクタとは異なる第2アトラクタが前記因子として採用されている前記確率遷移モデルにしたがって前記カウンターオブジェクトの位置軌道候補を生成するように構成されていることを特徴とする行動制御システム。 - アクチュエータと、請求項1〜9のうちいずれか1つに記載の行動制御システムとを備え、前記行動制御システムにより前記アクチュエータの動作が制御されることにより、前記エージェントとしての行動が制御されるように構成されていることを特徴とするロボット。
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