JP7249928B2 - Tactile information estimation device, tactile information estimation method and program - Google Patents
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Description
本発明は、触覚情報推定装置、触覚情報推定方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a haptic information estimation device, a haptic information estimation method, and a program.
今日、視覚情報、音声情報、動作情報等の複数の情報を扱った機械学習についての研究が広く行われている。触覚センサから入力された力の検知といった情報を用いて物体の制御を行う研究も広く行われている。 BACKGROUND ART Today, research on machine learning that handles a plurality of information such as visual information, audio information, motion information, etc. is widely conducted. Research on controlling an object using information such as force detection input from a tactile sensor is also widely conducted.
しかしながら、これらの研究結果においては、人間が経験的に行う動作、例えば、視覚情報から物体の滑りづらい箇所を判定するといった、得られた視覚情報から触覚情報を取得することが困難である。このため、人間が普段行うように、物体を見て、その物体の滑りづらい箇所を判断し、判断結果に基づいて物体の把持を行うと言った動作をロボットにさせることは難しい課題である。 However, in these research results, it is difficult to acquire tactile information from the obtained visual information, such as the action performed empirically by humans, for example, determining the location where it is difficult to slip on an object from visual information. For this reason, it is a difficult task to make a robot look at an object, determine where the object is difficult to slip, and grip the object based on the determination result, as humans usually do.
そこで、本発明の実施形態は、視覚情報から触覚情報を推定する、触覚情報推定装置、触覚情報推定方法及びプログラムを提案する。 Accordingly, embodiments of the present invention propose a tactile information estimation device, a tactile information estimation method, and a program for estimating tactile information from visual information.
一実施形態に係る触覚情報推定装置は、物体の視覚情報と、前記視覚情報に紐付けられた触覚情報とに基づいて、前記視覚情報及び前記触覚情報に関する特徴量である視触覚特徴量を自己組織化する中間層を備えるモデルを生成する、モデル生成部と、前記モデルを介して自己組織化された前記視触覚特徴量を抽出する、視触覚特徴量抽出部と、を備える。 A tactile information estimation device according to one embodiment automatically calculates a visual-tactile feature amount, which is a feature amount related to the visual information and the tactile information, based on the visual information of an object and the tactile information linked to the visual information. A model generation unit that generates a model including an organizing intermediate layer, and a visual-tactile feature amount extraction unit that extracts the visual-tactile feature amount self-organized via the model.
一実施形態によれば、物体の視覚情報から当該物体の触覚情報を推定することができる。 According to one embodiment, the tactile information of an object can be inferred from the visual information of the object.
(第1実施形態)
本実施形態は、視覚情報を入力すると、触覚情報を推定して出力する触覚情報推定装置について説明する。この触覚情報推定装置は、視覚情報から触覚情報を推定した結果だけではなく、視覚情報から触覚情報を生成する生成モデルを出力するようにしてもよい。以下、図面を参照して、詳しく説明する。
(First embodiment)
This embodiment describes a tactile information estimation device that estimates and outputs tactile information when visual information is input. This tactile information estimation device may output not only the result of estimating tactile information from visual information, but also a generative model for generating tactile information from visual information. A detailed description will be given below with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係る触覚情報推定装置1の機能を示すブロック図である。触覚情報推定装置1は、視覚センサ100と、触覚センサ102と、入力部104と、モデル生成部106と、出力部108と、視触覚特徴量抽出部110と、を備える。
FIG. 1 is a block diagram showing functions of a haptic
視覚センサ100は、物体の視覚情報を取得する。例えば、視覚センサ100は、カメラを備えており、画像情報として物体の視覚情報を取得し、入力部104へと入力する。カメラは、カラー画像として画像を取得するものであってもよいし、グレースケール画像として画像を取得するものであってもよい。また、視覚センサ100からのデプス情報を含む画像情報を取得するようなRGB-Dカメラ等のデバイスを搭載していてもよい。
A
触覚センサ102は、物体の触覚情報を取得する。例えば、触覚センサ102は、アレイ状に配置された複数の圧点センサを備えていてもよい。これらの複数の圧点センサは、軟性のシリコーン等で覆われ、面として圧力を感知できるようにしてもよい。別の例として、一般的に流通しているシート状、フィルム状のタクタイルセンサを用いるようにしてもよい。
The
触覚センサ102のさらに別の例として、可撓性を有し、透過性であるシリコーン等の物質を物体と接触させる接触部として備え、当該接触部の変位をカメラ等で撮影し、当該撮影状態に基づいて面としての圧力を取得するセンサであってもよい。変位を撮影するカメラは、ステレオカメラであってもよいし、超音波等により表面の凹凸を判断できるようなデバイスであってもよい。
As still another example of the
上述した例のように、触覚センサ102は、点として取得された圧力情報を面の圧力情報として取得できるセンサであればよい。また、必ずしも面としての圧力情報を同じタイミングにおいて取得できるセンサではなくてもよく、1点以上の点の圧力情報を取得できるセンサにより物体の面上の点をスキャンして各点における圧力情報を感知することにより、面としての圧力情報を取得できるものであってもよい。
As in the example described above, the
触覚センサ102は、上記のように、物体の表面から、触覚センサ102へと与えられる圧力を測定するものであってもよい。別の例としては、物体の内部からの反発力を計測できるようなセンサであってもよい。
The
入力部104は、モデルを生成する学習フェーズ(以下、単に学習フェーズと記載する。)において、視覚センサ100が感知した視覚情報及び触覚センサ102が感知した触覚情報をセンサ信号として受信する。受信したセンサ信号は、モデル生成部106へと出力される。
The
なお、視覚センサ100又は触覚センサ102の少なくとも1つは、触覚情報推定装置1の外部に設けられている別の装置であってもよい。この場合、入力部104は、当該外部の視覚センサ及び/又は当該外部の触覚センサからの信号を受信し、モデル生成部106へと出力する。このように、入力部104は、触覚情報推定装置1内のセンサ信号の受信を行うのみならず、外部からの信号の入力を受け付けるようにしてもよい。
At least one of the
別の例として、モデル生成の過程においては、入力部104を介さずに、視覚センサ100及び触覚センサ102が、モデル生成部106へと感知したセンサ信号をそれぞれ入力するようにしてもよい。さらには、入力部104の一部として視覚センサ100又は触覚センサ102の少なくとも1つが備えられていてもよい。
As another example, in the process of model generation, sensor signals sensed by the
一方、触覚情報を推定する推定フェーズ(以下、単に推定フェーズと記載する。)において、入力部104は、視覚情報を視覚センサ100から入力される。上述したように、視覚センサ100は、触覚情報推定装置1の内部に備えられていてもよいし、外部にある視覚センサから視覚情報を入力されるものであってもよい。さらには、外部にあるファイルサーバ等からネットワーク等を介して視覚情報が入力されるものであってもよい。入力された視覚情報は、視触覚特徴量抽出部110へと送信される。
On the other hand, in an estimation phase for estimating tactile information (hereinafter simply referred to as an estimation phase), the
モデル生成部106は、入力された視覚情報及び視覚情報に紐付けされた触覚情報に基づいて、視覚情報及び触覚情報が入力されると視覚情報及び触覚情報が出力されるモデルを生成する。このモデルは、例えば、CNN(Convolutional Neural Network:畳み込みニューラルネットワーク)、FNN(Feedforward Neural Network:順伝搬型ニューラルネットワーク)等の学習モデルに基づいて生成されるモデルである。別の例としては、視覚情報が入力されると触覚情報が出力されるモデルを生成してもよい。
Based on the input visual information and the tactile information linked to the visual information, the
入出力情報の別の例として、生成されるモデルは、視覚情報及び触覚情報が入力されると、触覚情報を出力するモデル、又は、視覚情報が入力されると、視覚情報及び触覚情報を出力するモデルであってもよい。 As another example of input/output information, the generated model is a model that outputs tactile information when visual information and tactile information are input, or a model that outputs visual information and tactile information when visual information is input. It may be a model that
このように、生成されるモデルは、視覚情報及び当該視覚情報に紐付けられた触覚情報に基づいて生成され、視覚情報と触覚情報とを紐付ける特徴量である視触覚特徴量に関する情報が自己組織化により自動生成されるものであればよい。 In this way, the generated model is generated based on the visual information and the tactile information linked to the visual information, and the information on the visual and tactile feature amount, which is the feature amount that links the visual information and the tactile information, is self Anything that is automatically generated by organization may be used.
モデル生成部106は、生成されたモデルを出力部108及び視触覚特徴量抽出部110へと送信する。なお、触覚情報推定装置1の外部においてモデルを使用しない場合には、必ずしも出力部108へと出力しなくてもよい。学習フェーズにおいては、生成されたモデルのロス、勾配等のパラメータを出力部108から出力し、モデルの学習状況をユーザが確認できるようにしてもよい。
The
出力部108は、学習フェーズにおいては、モデル生成部106から出力されたモデルを外部へと出力する。このように外部へとモデルを出力することにより、他の触覚情報推定装置においても同じモデルを用いることが可能となる。一方で、推定フェーズにおいては、視覚情報から変換された触覚情報、視触覚特徴量等を出力する。
The
視触覚特徴量抽出部110は、学習フェーズにおいては、モデル生成部106に基づいて、自己組織化された視触覚特徴量を取得し、視触覚特徴量の自己組織化された空間を生成する。この自己組織化された空間は、通常のクラス分類及びカテゴリ分類等とは異なり、軸にそって連続的又は離散的に状態が変化するように形成される空間である。
In the learning phase, the visual-tactile feature
図2は、視触覚特徴量抽出部110が抽出した視触覚特徴量を可視化したものの一例を示す図である。図2の例においては、触覚を示す特徴量として、滑りやすさと硬さとの関係を示している。縦軸は、滑りやすさを示し、原点Oに近いほど滑りやすく、原点Oから遠くなるほど滑りにくいことを示している。一方、横軸は、硬さを示し、原点Oに近いほど固く、原点Oから遠くなるほど柔らかいことを示している。
FIG. 2 is a diagram showing an example of visualization of the visual-tactile feature quantity extracted by the visual-tactile feature
上記の軸に対する説明を加えたのが図中における領域内の説明である。例えば、図において、原点Oに近い領域は、物体が滑りやすく、かつ、硬い領域である。垂直方向が原点Oから遠く、水平方向が原点Oから近い領域は、滑りにくく、かつ、硬い領域である。同様に、滑りやすく、かつ、柔らかい領域と、滑りにくく、かつ、柔らかい領域とが図に示すように存在する。 The description of the region in the figure is the addition of the description of the above axis. For example, in the figure, the area close to the origin O is an area where objects are slippery and hard. A region that is far from the origin O in the vertical direction and close to the origin O in the horizontal direction is a non-slip and hard region. Similarly, there are slippery and soft regions and non-slippery and soft regions as shown in the figure.
図示する上で、楕円状の領域を示しているが、上述したように軸に沿って連続的又は離散的に特徴量が変化するものであり、これらの領域は明確に区別可能であるものではない。すなわち、この視触覚特徴量抽出部110が行う自己組織化は、一般的なクラス分類及びカテゴライゼーションではなく、硬さ及び滑りやすさ等の指標が軸に沿って変化していくものである。
Although elliptical regions are shown in the drawing, the feature values change continuously or discretely along the axis as described above, and these regions cannot be clearly distinguished. do not have. In other words, the self-organization performed by the visual-tactile feature
これらの分類は、滑りやすさと硬さに限定するものではなく、触覚特徴量としてさらに別の指標を備えていてもよい。別の指標を備える場合には、2次元で表される空間ではなく、3次元以上の高次元の状態を表す空間となる。2次元である場合にも、滑りやすさと硬さに限定されるものではなく、出力する情報の目的に応じて適切なものを用いるようにしてもよい。 These classifications are not limited to slipperiness and hardness, and may include other indicators as tactile features. If another index is provided, the space is not a two-dimensional space but a three-dimensional or higher-dimensional space. In the case of a two-dimensional surface, it is not limited to slipperiness and hardness, and an appropriate one may be used according to the purpose of the information to be output.
また、滑りやすさと硬さの指標であっても、モデル生成部106が生成したモデルの中間層における次元により、2次元空間において明確に表現できない可能性がある。このような場合には、滑りやすさ及び硬さの指標を、3次元以上の空間で表現できるように自己組織化するようにしてもよい。
Moreover, even indices of slipperiness and hardness may not be clearly expressed in two-dimensional space due to the dimensions in the intermediate layer of the model generated by the
このように、視触覚特徴量抽出部110は、生成されたモデルに基づいて、自己組織化された視触覚特徴量を抽出する。
In this way, the visual-haptic feature
推定フェーズにおいて、視触覚特徴量抽出部110は、例えば、モデル生成部106がオートエンコーダによりモデルを生成した場合、当該モデルのエンコーダ部分を用いて入力された視覚情報をエンコードする。そして、自己組織化された空間においていずれの位置に当該エンコードされた情報が存在するかにより、視触覚特徴量を抽出する。抽出された視触覚特徴量は、出力部108を介して出力される。
In the estimation phase, for example, when the
次に、フローチャートを用いて、学習フェーズの動作について説明する。図3は、触覚情報推定装置1の学習フェーズにおける動作を示すフローチャートである。
Next, the operation of the learning phase will be described using a flowchart. FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the haptic
まず、入力部104を介して、視覚センサ100及び触覚センサ102から視覚情報及び触覚情報をそれぞれ取得する(S100)。例えば、触覚センサ102により物体の触覚情報を取得しているタイミングにおいて、当該物体の画像を視覚情報として取得し、当該視覚情報及び当該触覚情報が入力部104を介して触覚情報推定装置1に入力される。上述したように、入力部104を介さず、視覚センサ100及び触覚センサ102は、各々が取得した情報をモデル生成部106へと送信するようにしてもよい。
First, visual information and tactile information are obtained from the
別の例として、ユーザが入力部104を介して、視覚センサ100及び触覚センサ102がそれぞれのセンサ情報を感知するタイミングを指定して視覚情報及び触覚情報を取得するようにしてもよい。この場合、入力部104には、ユーザが指示を入力するためのユーザインターフェースが備えられていてもよい。さらに別の例として、あらかじめ取得された視覚情報及び当該視覚情報に紐付けられた触覚情報を、入力部104を介して入力するようにしてもよい。あらかじめ取得された情報は、ファイルサーバ等に記憶されているものであってもよい。
As another example, the user may acquire the visual information and the tactile information by specifying the timing at which the
視覚センサ100は、上述したように、例えば、カメラであり、カメラで撮影した画像を視覚情報として入力部104から入力する。画像情報は、カラーで取得された場合には、グレースケールへと変換して入力するようにしてもよい。また、照明等の光の当たり方を排除するため、領域ごとに輝度、明度、彩度、又は、コントラスト、ダイナミックレンジ等の調節をして入力するようにしてもよい。一例として、視覚センサ100は、物体の表面のテクスチャ情報を視覚情報として取得し、入力部104へと入力する。これら学習の前処理は、視覚センサ100で行われるに限られず、入力部104や、その他のモジュールにおいて行われてもよい。
As described above, the
触覚センサ102は、上述したように、例えば、アレイ状に配置された複数の圧点センサを備えたセンサである。このような複数の圧点センサを備えたセンサである場合、触覚センサ102が物体へと所定の力で押しつけられたときに、個々のセンサが感知したデータをまとめたものを触覚情報として入力部104から入力する。より具体的には、触覚センサ102が物体へと所定の力で押しつけられた場合の圧点センサの1つ1つが感知した圧力情報を2次元に配置することにより、面としての圧力情報を感知するようにする。言い換えると、画像における画素に対応するものが、圧点センサであるとし、面としての圧力情報を触覚情報として入力する。
The
ここで、所定の力とは、例えば、物体に触れたことを感知した後に、触覚センサ102に物体から与えられる外力であってもよい。別の例として、触覚センサ102がグリッパ等のフィンガーに備えられている場合には、当該フィンガー間の距離を所定の距離にするように制御した場合に、触覚センサ102に物体から与えられる力であってもよい。このように、様々な物体に接触する場合において、同様の状態で感知できるようにしておけばよい。
Here, the predetermined force may be, for example, an external force applied from an object to the
このようにすることにより、硬い物体だけではなく、柔らかい物体又は変形する物体に対しても適切に触覚情報を取得することができる。 By doing so, it is possible to appropriately acquire tactile information not only for hard objects, but also for soft or deformable objects.
さらに、触覚センサ102を、上記の状態から触覚センサ102の圧点が並んでいる方向と平行方向へと所定距離移動させ、移動中に掛かる圧力の感知情報又は移動後の位置における圧力の感知情報を触覚情報として追加してもよい。このように所定の距離を動かした情報を感知することにより、所定の力を加えて取得できる硬さ情報の他に、所定の距離を動かした場合における各圧点センサの感知に基づいて、物体表面の滑りやすさの情報を取得することも可能である。移動中の感知情報を取得する場合には、所定距離の移動をさせることのみならず、所定の力を与えて移動させて圧力情報を触覚情報として取得するようにしてもよい。移動中の感知情報を取得する場合、触覚情報を時系列に沿った情報として取得するようにしてもよい。
Further, the
触覚センサ102から入力される情報は、これには限られず、1つの圧力センサを用いて当該情報を触覚情報としてもよいし、シート状のタクタイルセンサの場合には、当該タクタイルセンサの仕様に基づいて感知した触覚情報を入力部104から入力するようにしてもよい。
The information input from the
上記説明したように、入力部104へと入力される視覚情報及び触覚情報は、画素数或いは圧点数の要素を有するテンソル(例えば、ベクトル又はマトリクス)で表される高次元のデータとなる。触覚情報として所定距離移動させた場合の情報を取得する場合には、圧点数の要素数を有する2つ以上のマトリクス、すなわち、移動しない状態のマトリクス及び移動している又は移動後の状態のマトリクスを触覚情報として用いて学習させてもよい。移動中の時系列に沿った情報を取得している場合には、入力する触覚情報は、3次元のマトリクスとしてもよいし、多チャンネルのマトリクスとしてもよい。
As described above, the visual information and tactile information input to the
次に、モデル生成部106は、視覚情報及び触覚情報が入力されると視覚情報及び触覚情報を出力するモデルを生成する(S102)。モデル生成部106は、例えば、オートエンコーダを用いることにより当該モデルを生成する。オートエンコーダを用いる場合、視覚情報及び触覚情報をモデルへと入力し、当該視覚情報及び当該触覚情報が取得できるようなネットワークを学習により生成する。生成されるモデルは、上述したように、CNNに基づいたモデルでもよいし、FNN等の他のネットワークモデルであってもよい。
Next, the
入出力の双方に視覚情報及び触覚情報を用いる場合には、視覚情報として画像を、触覚情報として圧点センサが取得した圧力情報を用い、これらのデータを別のチャネルのデータとしてCNNを実装してもよい。圧力情報が時系列的に取得される場合、上述したように当該時系列に並んだ圧力情報をそれぞれ別のチャネルとしたCNNとして生成モデルを実装してもよいし、3次元のマトリクスとして入力されるように実装してもよい。他のネットワークを用いる場合には、視覚情報及び触覚情報のデータが、例えば、それぞれの画素値が入力される入力層及びそれぞれの圧点値が出力される出力層を実装してもよい。 When visual information and tactile information are used for both input and output, an image is used as visual information, pressure information obtained by a pressure point sensor is used as tactile information, and these data are used as data of another channel to implement CNN. may When the pressure information is acquired in time series, the generative model may be implemented as a CNN in which the pressure information arranged in the time series is set as a separate channel as described above, or it may be input as a three-dimensional matrix. can be implemented as If other networks are used, visual and tactile information data may be implemented, for example, an input layer into which respective pixel values are input and an output layer into which respective pressure point values are output.
学習においては、活性化関数は、恒等写像でもよいし、非恒等写像でもよい。また、損失関数として、2乗誤差を用いてもよいし、他の線形又は非線形の誤差関数を用いてもよい。訓練データに対して適切にミニバッチを構成して学習をするようにしてもよい。最適化のアルゴリズムとしては、Momentum、Adam等を用いてもよいし、これには限られず、他の最適化アルゴリズムを用いてもよい。 In learning, the activation function may be an identity map or a non-identity map. Also, as the loss function, a squared error may be used, or another linear or nonlinear error function may be used. A mini-batch may be appropriately configured for training data for learning. As an optimization algorithm, Momentum, Adam, or the like may be used, but not limited to these, and other optimization algorithms may be used.
別の例として、視覚情報が入力されると、触覚情報が出力されるようなネットワークを学習によりモデルとして生成してもよい。モデルとしては、上記と同様に、CNN又はFNN等のネットワークに基づいたモデルを生成する。さらに、特徴量を抽出できるように、中間層において、2次元等の低次元となるような層を有するようなネットワークを構成してもよい。この場合、モデル生成部106は、例えば、入力層に視覚情報が入力されると、当該視覚情報に紐付けられた触覚情報を出力するモデルを、教師付学習を行うことにより生成する。
As another example, when visual information is input, a network that outputs tactile information may be generated as a model through learning. As a model, a model based on a network such as CNN or FNN is generated in the same manner as described above. Furthermore, a network may be constructed in which the intermediate layer has a low-dimensional layer such as a two-dimensional layer so that the feature amount can be extracted. In this case, for example, when visual information is input to the input layer, the
上述したように、入力を視覚情報及び触覚情報、出力を触覚情報とするモデル、又は、入力を視覚情報、出力を視覚情報及び触覚情報とするモデルであり、中間層として低次元となる層を有するモデルを生成してもよい。これらのモデルも、教師付学習を行うことにより生成するが可能である。 As described above, it is a model that inputs visual information and tactile information and outputs tactile information, or a model that inputs visual information and outputs visual information and tactile information. You may generate a model that has These models can also be generated by performing supervised learning.
次に、視触覚特徴量抽出部110は、モデル生成部106が生成したモデルに基づいて、視覚情報及び触覚情報を結びつける視触覚特徴量を抽出する(S104)。この視触覚特徴量は、例えば、モデルに入力された視覚情報が触覚情報へとどのような影響を与えるかという特徴量を生成されたネットワークの中間層を取得することにより抽出する。
Next, the visual-haptic feature
S102において生成されたモデルの中間層は、視覚情報と触覚情報の間の特徴量を低次元で表現したものとなる。そこで、視触覚特徴量抽出部110は、この中間層に基づいて、自己組織化された視触覚特徴量の空間を抽出し、出力する。また、このS104において、視触覚特徴量抽出部110は、視覚情報が入力されると触覚情報を出力するモデルを生成してもよい。
The intermediate layer of the model generated in S102 is a low-dimensional representation of the feature amount between the visual information and the tactile information. Therefore, the visual-tactile feature
視触覚特徴量抽出部110は、一例として、モデル生成部106がCNNに基づいてオートエンコーダによりモデルを生成した場合、すなわち、所謂畳み込みオートエンコーダによりモデルを生成した場合、当該モデルにおけるコード部分の層である中間層を取得する。取得した中間層は、モデルに入力される視覚情報及び触覚情報という高次元(画素数、圧点数)のデータに対し、圧縮された低次元の特徴量を示す層である。モデル生成部106は、中間層における次元を2次元又は3次元等の低次元まで圧縮することにより、特徴量を可視化できるようにモデルを生成してもよい。この場合、視触覚特徴量抽出部110は、この中間層を抽出することにより、自己組織化された特徴量を抽出する。
As an example, when the
モデル生成部106が生成するモデルはこのように2次元等の低次元にするように生成される必要は無く、例えば、16×16次元といったより高次元の中間層を有するように生成されてもよい。このように中間層が2次元等ほど低次元ではない場合、視触覚特徴量抽出部110は、生成されたモデルの中間層を抽出し、この中間層に対してその入出力が一致するように、オートエンコーダにより低次元に落とし込むエンコーダを生成し、視触覚特徴量を抽出するようにしてもよい。
The model generated by the
低次元の特徴量は、例えば、図2のように示される。図2においては、滑りやすさと硬さが2次元の軸にそって空間を形成している。視触覚特徴量抽出部110は、特徴量を自己組織化することにより、これらの指標を軸とした空間を形成する。上述したように、この空間は2次元である必要は無く、3次元以上の次元の空間として形成されてもよい。
Low-dimensional feature quantities are shown, for example, as shown in FIG. In FIG. 2, slipperiness and stiffness form a space along two-dimensional axes. The visual-tactile feature
例えば、触覚センサ102と物体が接触している状態において、触覚センサ102の少なくとも一部が物体に対して速度を有するように移動している、一例として、触覚センサ102が物体の表面をなぞるように移動している場合、触覚センサ102が取得するデータは、時系列に沿った情報となる。この場合、硬さは法線方向、滑りやすさは平面方向の成分として、触覚情報を取得することが可能となる。このように触覚情報を取得することにより、硬さ及び滑りやすさが考慮された視触覚特徴量が自己組織化によりマッピングされることとなる。
For example, when the
別の例として、畳み込みオートエンコーダにおけるエンコーダ部分を用いてオートエンコーダでは、エンコードの層において、種々の特徴量が抽出される。このエンコードの層に基づいて、硬さ及び滑りやすさの指標をマッピングするようにしてもよい。視触覚特徴量抽出部110は、このエンコーダの層を用いて、FNNの学習をして新たなネットワークを生成し、特徴量を抽出するようにしてもよい。この場合、新たなネットワークの生成において教師付学習を行ってもよく、このようにすることにより、明示的に硬さ及び滑りやすさについての特徴量を抽出することが可能である。
As another example, in an autoencoder using the encoder portion in a convolutional autoencoder, various features are extracted in the encoding layer. Based on this layer of encoding, the hardness and slipperiness indices may be mapped. The visual and haptic feature
上述したいずれの場合に対しても、モデル生成部106が生成したモデルを用いてファインチューニングをするようにしてもよい。視触覚特徴量抽出部110は、生成されたモデルを用いてファインチューニングをすることにより、視覚情報を入力すると、硬さ及び滑りやすさといった視触覚特徴量を抽出する新たなモデルを生成してもよい。
In any of the cases described above, fine tuning may be performed using the model generated by the
このように、ユーザが明示的にラベリングを行うことなく、CNNのオートエンコーダを形成することにより取得した視覚情報及び触覚情報から自己組織化により硬さ及び滑りやすさを指標とした視触覚特徴量を抽出することも可能であるし、また、自己組織化された中間層を用いて教師付学習を実行することにより明示的に硬さ及び滑りやすさを指標とした視触覚特徴量を抽出することも可能である。 In this way, without explicit labeling by the user, the visual and tactile feature values using hardness and slipperiness as indices are self-organized from the visual information and tactile information acquired by forming the CNN autoencoder. Also, by executing supervised learning using a self-organized hidden layer, visual tactile features are extracted explicitly using hardness and slipperiness as indices is also possible.
なお、自己組織化された特徴量の空間は、硬さ、滑りやすさといった明確に人間に分かるような情報であるとは限られない。しかしながら、上述のように、視覚情報に対して硬さと、滑りやすさとを含むような情報を触覚センサ102が取得しておくことにより、自己組織化により、硬さと滑りやすさとを何らかの指標として含む、自己組織化された空間を形成することが可能となる。
Note that the space of self-organized feature quantities does not always contain information that can be clearly understood by humans, such as hardness and slipperiness. However, as described above, if the
すなわち、図2のように視触覚特徴量が空間として形成されることは必須ではなく、例えば、2次元の空間が形成された場合には、横軸、縦軸ともに人間が直接的には感知できない指標(例えば、視覚情報に対する、硬さと滑りやすさとが線形又は非線形に組み合わされた指標)として形成されてもよい。換言すると、自己組織化された視触覚特徴量は、数値として表現された際に、必ずしも人間が触覚として明確に理解できる指標であるとは限られず、人間が感覚的に理解できない指標であってもよい。 That is, it is not essential that the visual and tactile features are formed as a space as shown in FIG. It may also be formed as an index of impossibility (for example, a linear or non-linear combined index of hardness and slipperiness for visual information). In other words, when the self-organized visual-tactile feature quantity is expressed as a numerical value, it is not necessarily an index that humans can clearly understand as a tactile sensation, and it is an index that humans cannot intuitively understand. good too.
視触覚特徴量抽出部110は、このように生成された自己組織化された視触覚特徴量の空間又は視触覚特徴量を抽出するモデルを記憶する。視触覚特徴量抽出部110内に記憶するのみならず、触覚情報推定装置1内の図示しない記憶部に記憶するようにしてもよい。別の例として、生成された視触覚特徴量抽出モデルを、出力部108を介して出力し、他の触覚情報推定装置で利用できるようにしてもよい。
The visual-tactile feature
学習フェーズでは、以上のように学習を行うことにより、視覚情報及び触覚情報が入力されると当該視覚情報及び触覚情報が出力されるモデルを生成し、生成されたモデルに基づいて、視覚情報が入力されると、触覚情報が出力されるような自己組織化された視触覚特徴量の空間を抽出する。 In the learning phase, by performing learning as described above, when visual information and tactile information are input, a model is generated in which the visual and tactile information is output, and based on the generated model, visual information is generated. A space of self-organized visual and tactile features is extracted that outputs tactile information when input.
次に、推定フェーズについて、フローチャートを用いて説明する。図4は、視覚情報から視触覚特徴量を抽出する推定フェーズの処理の流れを示すフローチャートである。推定フェーズにおいては、図1における破線で示すようにデータが送受信される。 Next, the estimation phase will be explained using a flowchart. FIG. 4 is a flowchart showing the flow of processing in the estimation phase for extracting visual-tactile feature amounts from visual information. In the estimation phase, data is transmitted and received as indicated by the dashed lines in FIG.
まず、入力部104を介して視覚情報を取得する(S200)。視覚情報は、例えば、視覚センサ100が感知した視覚情報が入力部104を介して触覚情報推定装置1へと入力される。この他に外部において取得された視覚情報を含むデータが入力部104に入力されてもよい。入力される視覚情報は、例えば、学習に用いた物体とは異なる物体の視覚情報である。
First, visual information is obtained through the input unit 104 (S200). For example, visual information sensed by the
次に、視触覚特徴量抽出部110は、入力された視覚情報から視触覚特徴量を抽出する(S202)。学習フェーズにおいて準備した自己組織化された空間又は視触覚特徴量を抽出するモデルに基づいて、視触覚特徴量抽出部110は、入力された視覚情報から触覚情報を取得する。
Next, the visual-tactile feature
視触覚特徴量抽出部110は、モデル生成部106が生成したモデル及び視触覚特徴量抽出部110が抽出した自己組織化された視触覚特徴量の空間を用いて、視覚情報から触覚情報を取得する。例えば、モデル生成部106が生成したモデルに視覚情報を入力し、中間層における出力を取得する。その後、視触覚特徴量の空間において、取得した中間層の出力がどの座標にマッピングされるかを取得する。そして、マッピングされた中間層の出力に基づいて、触覚情報を取得する。
The visual-tactile feature
次に、出力部108は、視触覚特徴量抽出部110が取得した触覚情報を出力する(S204)。出力された触覚情報に基づいて、例えば、ロボットに接続されたグリッパ等の把持部を動作させることにより、触覚情報に基づいた物体の把持を行うことが可能となる。
Next, the
別の例としては、把持部を制御するための信号へとあらかじめ触覚情報推定装置1において変換してロボットへと出力するようにしてもよいし、又は、触覚情報推定装置1に把持部を備え、当該把持部へと制御信号を出力して把持部の制御を行うようにしてもよい。触覚情報推定装置1に備えられている把持部は、触覚センサ102が備えられているグリッパ等であってもよい。
As another example, the tactile
以上のように、本実施形態によれば、入力された視覚情報及び触覚情報を自己組織化することにより、入力された視覚情報から触覚情報をユーザがラベリング等すること無く取得することが可能となる。このように、ユーザがラベリングをせずに、学習により自己組織化された特徴量を用いて触覚情報を取得することにより、視覚情報が得られた未知の物体の触覚情報を取得することが可能となる。 As described above, according to this embodiment, by self-organizing input visual information and tactile information, it is possible to acquire tactile information from input visual information without labeling or the like by the user. Become. In this way, it is possible to acquire tactile information of an unknown object from which visual information was obtained by acquiring tactile information using feature values self-organized through learning without labeling by the user. becomes.
さらに、本実施形態によれば、触覚情報としてカテゴライズやラベリングされた値ではなく、例えば、硬さ、滑りやすさといった指標が数値として出力されるため、ロボットの把持部等により精密な動作をさせる指標を出力することが可能となる。すなわち、ロボットの把持部等を動作させるための力を、硬い、柔らかいといったおおざっぱな指標ではなく、より細かい精度において制御することが可能となり、種々の物体に対して、当該物体の触覚情報に基づいた把持を行うことができる。 Furthermore, according to the present embodiment, instead of categorized or labeled values as tactile information, indices such as hardness and slipperiness are output as numerical values, so that the grasping portion of the robot can perform more precise movements. It becomes possible to output the index. In other words, it becomes possible to control the force for operating the gripping part of the robot, etc., with finer precision, rather than using rough indicators such as hardness and softness. can be grasped.
例えば、工場等における形状及び材質が決まっている物体の把持にとどまらず、把持する力により変形してしまう布やパウチといったその形状や硬さ等をモデル化するのが困難である物体、週替わりの販売用弁当の食材と言ったモデル化するにはコストが掛かる物体や個体差が生じやすい物体等の触覚情報も、本実施形態に係る触覚情報推定装置1によれば精度よく推定することが可能となる。
For example, it is not limited to gripping objects with fixed shapes and materials in factories, etc., but also objects such as cloth and pouches that deform due to gripping force, whose shape and hardness are difficult to model. The tactile
(第2実施形態)
図5は、本実施形態に係る触覚情報推定装置1の機能を示すブロック図である。前述した第1実施形態に係る触覚情報推定装置1の機能に加え、さらに、把持情報取得部112を備える。
(Second embodiment)
FIG. 5 is a block diagram showing the functions of the haptic
把持情報取得部112は、例えば、物体を把持することが可能なグリッパを備える。この把持情報取得部112は、物体を把持し、把持した状態を視覚センサ100が視覚情報として感知する。このように物体を把持した状態において視覚情報として物体及び把持位置の情報を取得し、入力部104を介してモデル生成部106へと取得した視覚情報が送信される。この視覚情報と紐付けて、物体が安定して把持できているか否かの情報を送信するようにしてもよい。物体の形状に対して様々な位置で把持を試み、すなわち、物体の把持状態を変更し、視覚情報、触覚情報及び把持可能であるか否かの情報を取得し、訓練データとしてもよい。
The gripping
例えば、ユーザが入力部104を介して物体が把持できているか否かを入力するようにしてもよい。他の例として、把持情報取得部112に重量計を設けておき、物体を持ち上げた状態を保てるか否かを判断するようにしてもよい。物体を持ち上げた状態を保てるか否かは、把持情報取得部112において物体を把持している箇所を重力方向と反対方向へと動かして行き、重量情報が所定値(物体の重量)となった状態が所定の秒数続く、又は、所定距離移動させても重量情報が所定値から変化しない状態が続く、等の状況を把握することにより判断してもよい。
For example, the user may input through the
この視覚情報に基づいて、モデル生成部106は、把持位置に関して学習をし、物体を安定して把持できる位置について、把持位置モデルを生成する。この把持位置モデルは、前述した視触覚特徴量を抽出するためのモデルとは異なるモデルとして生成される。把持位置モデルは、種々の学習方法及び種々のモデルに基づいて学習することが可能である。例えば、物体の形状及び把持位置を視覚情報として入力層から入力し、把持できるか否かが出力層から出力される教師付学習を行ってもよい。別の例として、物体の形状が入力されると、どの位置において把持しやすいかを出力するようなモデルを生成してもよい。この場合、2次元情報だけではなく、3次元情報を取得してもよい。
Based on this visual information, the
学習フェーズにおいて、モデル生成部106は、把持位置推定部114へと学習した把持位置モデルを送信する。把持位置推定部114は、受信した把持位置モデルを記憶する。推定フェーズにおいて、把持位置推定部114は、記憶した把持位置モデルにしたがい、視覚情報から把持位置を推定し、出力部108を介して出力する。
In the learning phase, the
また、グリッパの物体を把持する箇所において、触覚センサ102を備えるようにしてもよい。触覚センサ102を備える場合、把持情報取得部112は、触覚センサ102が感知した触覚情報を、入力部104を介してモデル生成部106へと入力してもよい。把持情報取得部112に触覚センサ102を備えることにより、把持する位置及び触覚情報と、視覚情報との紐付けされたデータを同じタイミングにおいて取得することが可能となる。
Also, a
図6は、触覚センサ102を備える把持情報取得部112を模式的に図示したものである。例えば、把持情報取得部112が、位置112Aにある場合には、物体を把持することができ、位置112B及び位置112Cにある場合には、物体を把持することができなかったとする。
FIG. 6 schematically illustrates the gripping
位置112Aにおいて、把持情報取得部112は、物体が把持可能であるという情報及びその触覚情報を入力部104へと送信し、同じタイミングで視覚センサ100は、視覚情報を入力部104へと送信する。このように把持可能である位置、触覚情報と、それらに紐付けられた視覚情報とがモデル生成部106へと入力される。
At the
一方、位置112B及び位置112Cにおいては、把持情報取得部112は、物体が把持可能ではないという情報を送信する。この場合、物体と触覚センサ102とが触れていた状態におけるデータに基づいて、触覚情報を送信する。視覚センサ100からは、物体と接触している状態の感知情報を送信する。
On the other hand, at the
例えば、物体と把持情報取得部112が接触した段階において視覚センサ100は、撮影をし、触覚センサ102は、触覚情報を取得する。その後、上述したように当該位置に置いて把持可能であるか否かを判断するために、把持情報取得部112を任意に移動させ、把持状況を把握する。把持状況を把握した後に、把持情報取得部112が検知した把持可能情報、及び、触覚センサ102が感知した触覚情報のそれぞれと、視覚センサ100が感知した視覚情報とを紐付けて送信する。このようにすることにより、上述した2つの場合、すなわち、把持可能である場合、把持可能では無い場合の双方において、同じ制御でそれぞれのセンサからの情報を送信することが可能となる。
For example, the
推定フェーズにおいては、視覚情報が入力されると、当該視覚情報は、視触覚特徴量抽出部110、及び、モデル生成部が生成した把持位置モデルとに入力され、視触覚特徴量及びどの位置で把持可能であるかが出力される。このように、視触覚特徴量抽出部110には物体のテクスチャデータを、把持位置モデルには、物体の形状データを入力し、どの位置が把持しやすいかを取得するとともに、どの程度の力で把持すればよいかの情報を取得することが可能となる。
In the estimation phase, when the visual information is input, the visual information is input to the visual tactile feature
以上のように、本実施形態によれば、触覚情報と視覚情報の紐付けのみならず、物体の形状に基づいた把持可能情報を視覚情報と紐付けてモデル化することにより、視覚情報に含まれるテクスチャ情報及び形状情報から、把持する際に制御する力及び位置の双方を出力することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, in addition to linking tactile information and visual information, graspable information based on the shape of an object is modeled by linking it with visual information. From the texture information and shape information obtained, it is possible to output both force and position to control when grasping.
なお、上述においては視覚センサ100の位置については特に限定は無い。例えば、上述した状況のように、固定位置にある視覚センサ100であるが、これには限られない。図7は、視覚センサ100の位置に関する別の例を示す図である。
Note that the position of the
図7に示すように、視覚センサ100は、把持情報取得部112に備えられていてもよい。このように、把持情報取得部112に視覚センサ100が備えられることにより、より高精度な把持位置情報及び触覚情報を取得することも可能となる。
As shown in FIG. 7 , the
例えば、図7のように視覚センサ100を備えておくと、物体の形状情報と把持位置情報とを紐付けて取得するとともに、触覚センサ102の位置に基づいた視覚情報を取得できることから、触覚センサ102の感知情報に対して触覚センサ102が接触している箇所のテクスチャ情報とをより正確に取得することが可能となる。
For example, if a
この場合、視覚情報として、形状情報を取得するタイミングと、テクスチャ情報を取得するタイミングとをずらして取得するようにしてもよい。すなわち、形状情報は、物体の全体が取得できるような位置において取得し、テクスチャ情報は、触覚センサ102と物体が接触した状態で取得するようにしてもよい。
In this case, the visual information may be obtained by shifting the timing of obtaining the shape information and the timing of obtaining the texture information. That is, the shape information may be acquired at a position where the entire object can be acquired, and the texture information may be acquired while the
学習フェーズにおいては、このように取得された視覚情報等の情報に基づき形状に基づいた把持位置、テクスチャに基づいた視触覚特徴量の学習を行う。 In the learning phase, learning of the grip position based on the shape and the visual and tactile feature amount based on the texture are performed based on the information such as the visual information thus acquired.
推定フェーズにおいては、まず、物体全体の形状の視覚情報を取得し、把持位置を推定し、その後、把持位置において把持する箇所におけるテクスチャ情報を取得し、視触覚特徴量を推定する。このように、2段階の構成とすることもできる。 In the estimation phase, first, the visual information of the shape of the entire object is acquired, the gripping position is estimated, and then the texture information at the gripped position is acquired to estimate the visual-tactile feature amount. In this way, a two-step configuration is also possible.
もっとも、視覚センサ100が固定されている場合と同様に、学習フェーズ及び推定フェーズの双方において、視覚情報の取得を2段階にすることは必須ではなく、視覚情報として物体全体の視覚情報を取得し、取得した当該視覚情報からテクスチャ情報をも取得するようにしてもよい。
However, as in the case where the
(第3実施形態)
図8は、本実施形態に係る触覚情報推定装置1の機能を示すブロック図である。触覚情報推定装置1はさらに、把持位置決定部116と、物体特性推定部118と、把持力決定部120と、把持制御部122と、把持部124と、を備える。
(Third embodiment)
FIG. 8 is a block diagram showing the functions of the haptic
把持位置決定部116は、把持位置推定部114が推定した把持位置に基づいて、把持位置を決定する。把持位置推定部114は、前述した第2実施形態のように生成された把持位置モデルに基づいて把持位置を推定してもよいし、別途他の手法により、視覚情報から把持位置を推定するようにしてもよい。また、把持部124から情報のフィードバックがある場合には、フィードバックされた情報に基づいて、物体の把持する位置を更新する。
The gripping
物体特性推定部118は、視触覚特徴量抽出部110が抽出した視触覚特徴量から、物体の特性を推定する。さらに、物体特性推定部118は、視触覚特徴量だけではなく、把持位置決定部116が決定した把持位置に基づいて、物体における把持する箇所の特性を推定するようにしてもよい。また、把持部124から情報のフィードバックがある場合には、フィードバックされた情報に基づいて、物体の特性を更新する。更新する場合には、視触覚特徴量抽出部110の出力した視触覚特徴量から物体の特性への変換情報もまた更新するようにしてもよい。
The object
把持力決定部120は、物体特性推定部118が推定した物体の特性に基づいて、把持する力を決定する。
The gripping
把持位置決定部116及び把持力決定部120は、決定した把持位置及び把持力を出力部108から出力し、外部の把持装置により把持する予定の物体、すなわち、学習に用いた物体とは別の他の物体である把持予定物体を、把持させるようにしてもよい。図8に示すように触覚情報推定装置1に把持部124が備えられている場合には、外部に出力せずに、把持制御部122へと出力するようにしてもよい。
The gripping
把持制御部122は、把持位置決定部116が決定した把持位置、及び、把持力決定部120が決定した把持力に基づいて、把持部124を制御するための信号を把持部124へと出力する。なお、この把持制御部122は、必須の構成ではなく、把持位置決定部116及び把持力決定部120が直接的に把持部124へと情報を出力し、把持部124において制御信号を生成し、動作するようにしてもよい。別の例としては、把持位置決定部116及び把持力決定部120がそれぞれ制御信号を生成し、把持部124を動作させるようにしてもよい。
The
把持部124は、実際に把持する予定の他の物体である把持予定物体を把持し、その把持状態に関する情報を把持位置決定部116及び/又は物体特性推定部118へとフィードバックする。
The
学習フェーズにおける動作は、前述の各実施形態と同様である。また、図8においては、第2実施形態における把持情報取得部112を省略しているが、把持情報取得部112を備えていてもよい。以下、推定フェーズにおける動作について説明する。
The operation in the learning phase is the same as in each of the above-described embodiments. Also, in FIG. 8, the gripping
図9は、本実施形態に係る推定フェーズにおける動作を示すフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart showing operations in the estimation phase according to this embodiment.
まず、視覚センサ100は、把持予定物体の視覚情報を取得し入力部104を介して視触覚特徴量抽出部110及び把持位置推定部114へと視覚情報を入力する(S300)。次に、視触覚特徴量抽出部110は、生成されたモデルを用いて視覚情報から視触覚特徴量を抽出する(S302)。
First, the
把持位置推定部114は、入力された視覚情報から、把持予定物体が把持可能である位置を推定し、把持位置決定部116は、把持位置推定部114が推定した把持可能な位置から把持予定物体の把持位置を決定する(S304)。例えば、把持位置推定部114が複数の把持可能な位置をどの程度把持可能であるかと言った指標を数値化して推定し、当該数値化された指標に基づいて、最も適した把持可能な位置を把持位置決定部116が決定する。把持情報取得部112を備え、モデル生成部106において把持位置モデルが生成されている場合には、当該把持位置モデルを用いて把持位置を推定し、決定する。
The gripping
物体特性推定部118は、視触覚特徴量抽出部110が抽出した視触覚特徴量から、物体の特性を推定する(S306)。物体の特性とは、例えば、抽出された視触覚特徴量に基づいた硬さ及び滑りやすさの双方を考慮した、物体を把持するために必要となる特性である。一例として、物体の特性は、硬さ及び滑りやすさの特徴量の数値に基づいて所定の変換をして取得された値のことを言う。所定の変換とは、あらかじめ定義された変換でもよいし、当該定義された変換を、強化学習等により学習した変換でもよい。
The object
上述したように、モデル生成部106が生成するモデルの中間層において自己組織化されている視触覚特徴量は、必ずしも人間が感覚的に理解できる情報であるとは限られない。このような場合、物体特性推定部118は、人間が直接的にとってどのような感覚又は触覚であるかを感知できることが困難であるような視触覚特徴量から、当該物体を把持するために必要な力を算出するために必要となる物体の特性を算出する。このように、自己組織化された視触覚特徴量は、物体を把持するために加える力に変換可能である物体の特性を抽出できる特徴量であればよい。
As described above, the visual and tactile feature amounts self-organized in the intermediate layer of the model generated by the
また、物体特性推定部118は、S306において、視触覚特徴量のみからではなく、把持位置推定部114が推定した把持位置に基づいて物体の特性を推定してもよい。例えば、把持位置推定部114が推定した把持可能な位置において、把持部124と把持予定物体とが接触する箇所における把持予定物体のテクスチャ情報から、物体の特性を推定するようにしてもよい。
Also, in S306, the object
次に、把持力決定部120は、推定された物体の特性から、把持する際に加える力である把持力を決定する(S308)。推定された物体の特性は、上述したように、例えば、硬さ及び滑りやすさの双方に基づいた特性を数値化したものであり、把持力決定部120は、この数値化した値から把持力を決定する。逆に言うと、把持力を決定するために、硬さ及び滑りやすさを数値化したものが物体の特性であり、物体特性推定部118は、抽出された視触覚特徴量から把持力を決定するための特性値を推定する。
Next, the gripping
出力部108は、把持位置決定部116が決定した把持位置及び把持力決定部120が決定した把持力を出力する(S310)。このように、本実施形態に係る触覚情報推定装置1は、把持しようとする物体の視覚情報が入力されると、把持位置及び把持力を決定して出力する。このような出力を行うことにより、視触覚特徴量といった抽象的な値ではなく、より具体的にグリッパ等の把持装置を制御するために必要となる情報を出力することが可能となる。
The
図10は、把持部124を備える場合の触覚情報推定装置1の動作の一例を示すフローチャートである。把持部124を備える場合には、把持部124が実際に把持予定物体を把持し、当該把持した状態をフィードバックすることにより、把持位置及び把持力の決定精度をさらに高めようとするものである。
FIG. 10 is a flowchart showing an example of the operation of the tactile
S308の把持力の決定までの動作については、上述した図9に示す動作と同様である。すなわち、把持予定物体の視覚情報を取得すると、触覚情報推定装置1は、把持位置の決定及び把持力の決定を実行する。
The operations up to the determination of the gripping force in S308 are the same as the operations shown in FIG. 9 described above. That is, when the visual information of the object to be gripped is acquired, the tactile
次に、把持制御部122は、把持部124の制御をすることにより、把持動作を実行する(S312)。把持制御部122は、決定された把持位置及び決定された把持力で把持部124が動作するような制御信号を生成し、把持部124へと送信する。把持部124は、把持制御部122から受信した制御信号に基づき動作することにより、把持予定物体の把持を実行する。
Next, the
次に、把持制御部122は、把持動作が終了したか否かを判断する(S314)。把持動作が終了した場合(S314:Yes)、触覚情報推定装置1の動作を終了する。
Next, the
一方、把持動作が終了していない場合(S314:No)、把持部124は、把持状態の情報を把持位置決定部116及び/又は物体特性推定部118へとフィードバックする(S316)。フィードバックする情報は、例えば、安定して把持できているか否かの情報、又は、触覚センサが把持部124に備えられている場合には、当該触覚センサの感知情報と言った情報である。
On the other hand, if the gripping motion has not ended (S314: No), the
次に、把持位置決定部116及び/又は物体特性推定部118は、フィードバックされた情報に基づいて、把持部124の制御に必要となる各種情報を更新する(S318)。
Next, the gripping
例えば、把持位置決定部116は、把持予定物体の形状から把持位置を決定するが、この決定が適切では無かった場合、把持位置を更新する。把持位置の更新は、例えば、強化学習を用いて行ってもよい。
For example, the gripping
強化学習を用いる場合、一例として、把持の安定度について報酬を設定し、MDP(Markov Decision Process:マルコフ決定過程)により学習をおこなう。報酬は、前述した実施形態と同様に、所定の距離を持ち上げた場合の把持予定物体の荷重状況によって設定されてもよいし、又は、把持部124が触覚センサを備えている場合には、触覚センサの状態により設定されてもよい。MDPではなく、セミマルコフ決定過程を用いてもよい。把持予定物体における視覚センサ100から感知できない箇所の情報を用いたい場合には、部分観測マルコフ決定過程を用いてもよい。強化学習の手法は上述したものには限られず、適切に学習ができるものであればよい。
When using reinforcement learning, as an example, a reward is set for the stability of grasping, and learning is performed by MDP (Markov Decision Process). The reward may be set according to the load condition of the object to be grasped when lifted a predetermined distance, as in the above-described embodiment, or if the grasping
この強化学習は、把持位置の決定だけではなく、把持力の決定についても行ってもよい。例えば、物体特性推定部118は、把持部124からのフィードバック情報に基づいて、物体の特性情報を強化学習により更新する。把持力決定部120は、物体特性推定部118が更新した物体の特性情報に基づき、把持力を更新する。
This reinforcement learning may be performed not only for determining the gripping position but also for determining the gripping force. For example, the object
この情報の更新は、さらに、モデル生成部106が生成した各種のモデルに反映されるものであってもよい。すなわち、生成されたモデルに対して、強化学習により得られた情報を教師データとして、ネットワークの更新を行うようにしてもよい。この場合、さらなる未知の物体を把持しようとする場合において、視触覚特徴量抽出部110、物体特性推定部118、又は、把持位置推定部114における、視触覚特徴量の抽出、物体特性の推定、又は、把持位置の推定の精度を向上させることが可能となる。
This information update may be reflected in various models generated by the
以上のように、本実施形態によれば、把持位置、把持力を更新することにより、把持予定物体を把持し始めた時点において把持位置、把持力を適切に更新することも可能である。また、把持中において、把持力を適切に更新することも可能である。把持位置、把持力を適切に更新することにより、物体の把持をより精密に行うことが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, by updating the gripping position and gripping force, it is possible to appropriately update the gripping position and gripping force when the object to be gripped starts to be gripped. It is also possible to appropriately update the gripping force during gripping. By appropriately updating the gripping position and gripping force, it becomes possible to grip the object more precisely.
なお、把持部124は、必ずしも触覚情報推定装置1に備えられている必要は無く、触覚情報推定装置1と接続された外部に存在するグリッパ等の装置であってもよい。また、フィードバック情報は、把持部124から送信されるものではなく、把持部124、又は、外部のグリッパ等の装置の視覚情報を視覚センサ100が感知し、当該視覚情報に基づいてフィードバック情報を送信するようにしてもよい。
The
(第4実施形態)
前述した実施形態では、把持部124を備えるとしたが、前述した第2実施形態における把持情報取得部112が把持部124を兼ねるものであってもよい。図11は、把持部124を備え、把持部124が把持情報取得部112の機能を兼ねる構成を示すブロック図である。
(Fourth embodiment)
In the above-described embodiment, the grasping
図11に示すように、把持部124は、触覚センサ102と、視覚センサ100を備える。視覚センサ100は、把持部124に備えられている必要は無く、把持部124とは別途備えられたものでもよい。別の例としては、把持部124に備えられた視覚センサ100とは別の視覚センサ100が、触覚情報推定装置1にさらに備えられていてもよい。
As shown in FIG. 11 , the
このように最終的に物体を把持する把持部124と、触覚情報を取得する触覚センサ102を備える把持情報取得部112とを同じデバイスとすることにより、把持力及び把持位置の推定及び決定をより精密に行うことが可能となる。
By using the same device as the
図1、図5、図8、図11に示すような各実施形態における触覚情報推定装置1において、視覚センサ100及び触覚センサ102からのデータ入力の制御、モデル生成部106におけるモデル生成の制御、視触覚特徴量抽出部110における視触覚特徴量の抽出の制御、把持位置推定部114及び物体特性推定部118における推定の制御、把持位置決定部116及び把持力決定部120における決定の制御、把持制御部122の制御は、図示しない制御部がその全て又は一部を、一括に又は個別に行うようにしてもよい。この制御部は、アナログ、デジタル、或いは、FPGA等により実装された制御回路であってもよい。
In the tactile
上記の全ての記載において、触覚情報推定装置1の少なくとも一部はハードウェアで構成されていてもよいし、ソフトウェアで構成され、ソフトウェアの情報処理によりCPU等が実施をしてもよい。ソフトウェアで構成される場合には、触覚情報推定装置1及びその少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやCD-ROM等の記憶媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させるものであってもよい。記憶媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記憶媒体であってもよい。すなわち、ソフトウェアによる情報処理がハードウェア資源を用いて具体的に実装されるものであってもよい。さらに、ソフトウェアによる処理は、FPGA等の回路に実装され、ハードウェアが実行するものであってもよい。学習モデルの生成や、学習モデルに入力をした後の処理は、例えば、GPU等のアクセラレータを使用して行ってもよい。
In all of the above descriptions, at least part of the tactile
また、本実施形態に係るデータ推定モデルは、人工知能ソフトウェアの一部であるプログラムモジュールとして利用することが可能である。すなわち、コンピュータのCPUが格納部に格納されているモデルに基づいて、演算を行い、結果を出力するように動作する。 Also, the data estimation model according to this embodiment can be used as a program module that is part of artificial intelligence software. That is, the CPU of the computer performs operations based on the model stored in the storage unit and outputs the result.
前述した実施形態において入力される視覚情報である画像のフォーマットは、生データ、PNGフォーマット等、テクスチャ情報及び形状情報を適切に表現できるのであれば、どのようなフォーマットであっても構わない。 The format of the image, which is the visual information input in the above-described embodiment, may be any format such as raw data, PNG format, etc., as long as the texture information and shape information can be expressed appropriately.
上記の全ての記載に基づいて、本発明の追加、効果又は種々の変形を当業者であれば想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上記した個々の実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲において種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。 Additions, effects, or various modifications of the present invention may be conceived by those skilled in the art based on the entire description above, but aspects of the present invention are not limited to the individual embodiments described above. do not have. Various additions, changes, and partial deletions are possible without departing from the conceptual idea and spirit of the present invention derived from the content defined in the claims and equivalents thereof.
1:触覚情報推定装置、100:視覚センサ、102:触覚センサ、104:入力部、106:モデル生成部、108:出力部、110:視触覚特徴量抽出部、112:把持情報取得部、114:把持位置推定部、116:把持位置決定部、118:物体特性推定部、120:把持力決定部、122:把持制御部、124:把持部 1: tactile information estimation device, 100: visual sensor, 102: tactile sensor, 104: input unit, 106: model generation unit, 108: output unit, 110: visual and tactile feature amount extraction unit, 112: grip information acquisition unit, 114 116: grip position determination unit 118: object property estimation unit 120: grip force determination unit 122: grip control unit 124: grip unit
Claims (26)
制御部と、を備え、
前記制御部は、
少なくとも前記第1の物体の視覚情報をニューラルネットワークに入力することにより、前記第1の物体の操作に用いる情報を取得し、
取得した前記情報に基づいて、前記第1の物体を操作するように前記エンドエフェクタを制御し、
前記ニューラルネットワークは、第2の物体の視覚情報と前記第2の物体の触覚情報を用いて学習されたものであり、
前記第1の物体の視覚情報は、前記第1の物体の表面のテクスチャ情報を含み、
前記第2の物体の視覚情報は、前記第2の物体の表面のテクスチャ情報を含み、
前記ニューラルネットワークは、前記ニューラルネットワークに前記第2の物体の視覚情報を入力することにより、前記第2の物体の触覚情報が生成されるように学習されたものであり、
前記情報は、前記ニューラルネットワークを用いて生成された、前記第1の物体の視覚情報と前記第1の物体の触覚情報とを紐付ける特徴量に基づいて取得される、
物体操作装置。 an end effector that manipulates the first object;
a control unit;
The control unit
obtaining information used for manipulating the first object by inputting at least visual information of the first object into a neural network;
controlling the end effector to manipulate the first object based on the obtained information;
The neural network is trained using visual information of a second object and tactile information of the second object,
the visual information of the first object includes texture information of the surface of the first object;
the visual information of the second object includes texture information of the surface of the second object;
the neural network is trained such that tactile information of the second object is generated by inputting visual information of the second object into the neural network ;
The information is obtained based on a feature amount that links the visual information of the first object and the tactile information of the first object, which is generated using the neural network.
Object manipulation device.
請求項1に記載の物体操作装置。 The information is obtained based on an output from an intermediate layer of the neural network,
The object manipulation device according to claim 1.
請求項1又は請求項2に記載の物体操作装置。 The information is obtained based on visual and tactile features generated using the neural network,
The object manipulation device according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の物体操作装置。 The control unit outputs a result of mapping the visual-tactile feature amount to a two-dimensional or three-dimensional space.
The object manipulation device according to claim 3.
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の物体操作装置。 The neural network is a model generated using an autoencoder trained to output tactile information of the second object when visual information of the second object is input,
The object manipulation device according to any one of claims 1 to 4.
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の物体操作装置。 The neural network is an encoder generated using an autoencoder trained to output tactile information of the second object upon input of visual information of the second object,
The object manipulation device according to any one of claims 1 to 4.
請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の物体操作装置。 The information includes at least either tactile information of the first object or characteristic information of the first object,
The object manipulation device according to any one of claims 1 to 6.
請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の物体操作装置。 The control unit determines a gripping force for gripping the first object with the end effector based on the acquired information.
The object manipulation device according to any one of claims 1 to 7.
請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の物体操作装置。 the information is a control signal for the end effector;
The object manipulation device according to any one of claims 1 to 6.
請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の物体操作装置。 The control unit acquires the information by inputting at least visual information of the first object into the neural network while the end effector is not operating the first object.
The object manipulation device according to any one of claims 1 to 9.
請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の物体操作装置。 The neural network is learned using tactile information of the second object obtained by a tactile sensor,
The object manipulation device according to any one of claims 1 to 10.
請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の物体操作装置。 the tactile information of the second object includes a plurality of pressure information;
The object manipulation device according to any one of claims 1 to 11.
請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載の物体操作装置。 The neural network is learned using a time series of tactile information of the second object,
The object manipulation device according to any one of claims 1 to 12.
請求項1乃至請求項13のいずれか1項に記載の物体操作装置。 The control unit estimates a gripping position of the first object based on visual information of the first object.
The object manipulation device according to any one of claims 1 to 13.
請求項14に記載の物体操作装置。 The control unit acquires the information based on the estimated gripping position of the first object.
15. An object manipulation device according to claim 14.
請求項1乃至請求項15のいずれか1項に記載の物体操作装置。 further comprising a tactile sensor that acquires tactile information of the first object;
The object manipulation device according to any one of claims 1 to 15.
請求項16に記載の物体操作装置。 The information is information acquired by inputting visual information of the first object and tactile information of the first object acquired by the tactile sensor into the neural network.
17. An object manipulation device according to claim 16.
請求項16又は請求項17に記載の物体操作装置。 The control unit updates the operation method of the first object by the end effector based on the tactile information of the first object acquired by the tactile sensor.
The object manipulation device according to claim 16 or 17.
請求項18に記載の物体操作装置。 The control unit updates at least one of the gripping position of the first object and the gripping force of the end effector.
19. An object manipulation device according to claim 18.
請求項18又は請求項19に記載の物体操作装置。 The control unit performs the update using reinforcement learning.
The object manipulation device according to claim 18 or 19.
請求項1乃至請求項20のいずれか1項に記載の物体操作装置。 wherein the end effector is provided with a visual sensor that acquires visual information of the first object;
The object manipulation device according to any one of claims 1 to 20.
前記第2の物体の視覚情報は、前記第2の物体の画像情報である、
請求項1乃至請求項21のいずれか1項に記載の物体操作装置。 the visual information of the first object is image information of the first object;
wherein the visual information of the second object is image information of the second object;
An object manipulation device according to any one of claims 1 to 21.
前記第2の物体の視覚情報は、前記第2の物体のデプス情報を含む、
請求項1乃至請求項22のいずれか1項に記載の物体操作装置。 the visual information of the first object includes depth information of the first object;
wherein the visual information of the second object includes depth information of the second object;
An object manipulation device according to any one of claims 1 to 22.
前記エンドエフェクタは、把持部である、
請求項1乃至請求項23のいずれか1項に記載の物体操作装置。 Manipulating the first object is gripping the first object,
The end effector is a gripper,
An object manipulation device according to any one of claims 1 to 23.
少なくとも第1の物体の視覚情報をニューラルネットワークに入力することにより、前記第1の物体の操作に用いる情報を取得し、
取得した前記情報に基づいて、前記第1の物体を操作するようにエンドエフェクタを制御する、
物体操作方法であって、
前記ニューラルネットワークは、第2の物体の視覚情報と前記第2の物体の触覚情報を用いて学習されたものであり、
前記第1の物体の視覚情報は、前記第1の物体の表面のテクスチャ情報を含み、
前記第2の物体の視覚情報は、前記第2の物体の表面のテクスチャ情報を含み、
前記ニューラルネットワークは、前記ニューラルネットワークに前記第2の物体の視覚情報を入力することにより、前記第2の物体の触覚情報が生成されるように学習されたものであり、
前記情報は、前記ニューラルネットワークを用いて生成された、前記第1の物体の視覚情報と前記第1の物体の触覚情報とを紐付ける特徴量に基づいて取得される、
物体操作方法。 The control unit
obtaining information used for manipulating the first object by inputting at least visual information of the first object into a neural network;
controlling an end effector to manipulate the first object based on the obtained information;
An object manipulation method comprising:
The neural network is trained using visual information of a second object and tactile information of the second object,
the visual information of the first object includes texture information of the surface of the first object;
the visual information of the second object includes texture information of the surface of the second object;
the neural network is trained such that tactile information of the second object is generated by inputting visual information of the second object into the neural network;
The information is obtained based on a feature amount that links the visual information of the first object and the tactile information of the first object, which is generated using the neural network.
object manipulation method.
少なくとも第1の物体の視覚情報をニューラルネットワークに入力することにより、前記第1の物体の操作に用いる情報を取得し、
取得した前記情報に基づいて、前記第1の物体を操作するようにエンドエフェクタを制御する、
方法を実行させるプログラムであって、
前記ニューラルネットワークは、第2の物体の視覚情報と前記第2の物体の触覚情報を用いて学習されたものであり、
前記第1の物体の視覚情報は、前記第1の物体の表面のテクスチャ情報を含み、
前記第2の物体の視覚情報は、前記第2の物体の表面のテクスチャ情報を含み、
前記ニューラルネットワークは、前記ニューラルネットワークに前記第2の物体の視覚情報を入力することにより、前記第2の物体の触覚情報が生成されるように学習されたものであり、
前記情報は、前記ニューラルネットワークを用いて生成された、前記第1の物体の視覚情報と前記第1の物体の触覚情報とを紐付ける特徴量に基づいて取得される、
プログラム。 When executed by one or more processors,
obtaining information used for manipulating the first object by inputting at least visual information of the first object into a neural network;
controlling an end effector to manipulate the first object based on the obtained information;
A program for executing a method,
The neural network is trained using visual information of a second object and tactile information of the second object,
the visual information of the first object includes texture information of the surface of the first object;
the visual information of the second object includes texture information of the surface of the second object;
the neural network is trained such that tactile information of the second object is generated by inputting visual information of the second object into the neural network;
The information is obtained based on a feature amount that links the visual information of the first object and the tactile information of the first object, which is generated using the neural network.
program.
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