JP7264253B2 - 情報処理装置、制御方法及びプログラム - Google Patents
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Description
情報処理装置の他の態様は、情報処理装置であって、ロボットに作業させるタスクである目的タスクを時相論理に基づく論理式に変換する論理式変換手段と、前記目的タスクの実行において満たすべき制約条件を示す制約条件情報を取得する制約条件情報取得手段と、前記論理式に前記制約条件を表す命題を付加した論理式である目標論理式を生成する制約条件付加手段と、前記目標論理式から、前記目的タスクを実行するためタイムステップ毎の状態を表す論理式であるタイムステップ論理式を生成するタイムステップ論理式生成手段と、を有する。
(1)システム構成
図1は、第1実施形態に係るロボット制御システム100の構成を示す。ロボット制御システム100は、主に、情報処理装置1と、入力装置2と、表示装置3と、記憶装置4と、ロボット5と、計測装置7と、を備える。
図2は、情報処理装置1のハードウェア構成を示す。情報処理装置1は、ハードウェアとして、プロセッサ11と、メモリ12と、インターフェース13とを含む。プロセッサ11、メモリ12及びインターフェース13は、データバス19を介して接続されている。
次に、アプリケーション情報記憶部41が記憶するアプリケーション情報のデータ構造について説明する。
図4は、情報処理装置1の機能ブロックの一例である。情報処理装置1のプロセッサ11は、機能的には、抽象状態設定部31と、目標論理式生成部32と、タイムステップ論理式生成部33と、抽象モデル生成部34と、制御入力生成部35と、サブタスクシーケンス生成部36とを有する。なお、図4では、各ブロック間で授受が行われるデータの一例が示されているが、これに限定されない。
次に、図4に示す機能ブロックごとの処理の詳細について、具体例を用いて説明する。
抽象状態設定部31は、計測装置7から供給される出力信号S4に基づき、作業空間6内の物体の計測結果(種類、位置等)を示す計測情報Imを生成すると共に、作業空間6内の抽象状態を設定する。この場合、抽象状態設定部31は、抽象状態指定情報I1を参照し、作業空間6内において設定すべき抽象状態を認識する。なお、作業空間6内において設定すべき抽象状態は、目的タスクの種類によって異なる。よって、目的タスクの種類毎に設定すべき抽象状態が抽象状態指定情報I1に規定されている場合には、抽象状態設定部31は、入力信号S1により指定された目的タスクに対応する抽象状態指定情報I1を参照し、設定すべき抽象状態を認識する。
図6は、目標論理式生成部32の機能的なブロック構成図である。図6に示すように、目標論理式生成部32は、機能的には、入力受付部321と、論理式変換部322と、制約条件情報取得部323と、制約条件付加部324とを有する。
□¬h
∧i□¬oi
(◇g2)∧(□¬h)∧(∧i□¬oi)
タイムステップ論理式生成部33は、目的タスクを完了するタイムステップ数(「目標タイムステップ数」とも呼ぶ。)を定め、目標タイムステップ数で目標論理式Ltagを満たすような各タイムステップでの状態を表す命題の組み合わせを定める。この組み合わせは、通常複数存在するため、タイムステップ論理式生成部33は、これらの組み合わせを論理和により結合した論理式を、タイムステップ論理式Ltsとして生成する。上述の組み合わせは、ロボット5に命令する動作のシーケンスを表す論理式の候補となり、以後では「候補φ」とも呼ぶ。
(◇g2,3)∧(∧k=1,2,3□¬hk)∧(∧i,k=1,2,3□¬oi)
抽象モデル生成部34は、計測情報Imと、抽象モデル情報I5とに基づき、抽象モデルΣを生成する。ここで、抽象モデル情報I5には、目的タスクの種類毎に、抽象モデルΣの生成に必要な情報が記録されている。例えば、目的タスクがピックアンドプレイスの場合には、対象物の位置や数、対象物を置く領域の位置、ロボット5の台数(又はロボットアーム52の数)等を特定しない汎用的な形式の抽象モデルが抽象モデル情報I5に記録されている。そして、抽象モデル生成部34は、抽象モデル情報I5に記録された汎用的な形式の抽象モデルに対し、計測情報Imが示す対象物の位置や数、対象物を置く領域の位置、ロボット5の台数等を反映することで、抽象モデルΣを生成する。
δ=1 ⇔ h(x)≧0
制御入力生成部35は、タイムステップ論理式生成部33から供給されるタイムステップ論理式Ltsと、抽象モデル生成部34から供給される抽象モデルΣとに基づき、最適となるタイムステップ毎のロボット5に対するタイムステップ毎の制御入力を決定する。この場合、制御入力生成部35は、目的タスクに対する評価関数を定義し、抽象モデルΣ及びタイムステップ論理式Ltsを制約条件として評価関数を最小化する最適化問題を解く。評価関数は、例えば、目的タスクの種類毎に予め定められ、メモリ12又は記憶装置4に記憶されている。
ここで、「T」は、最適化の対象となるタイムステップ数であり、目標タイムステップ数であってもよく、後述するように、目標タイムステップ数よりも小さい所定数であってもよい。この場合、好適には、制御入力生成部35は、論理変数を連続値に近似する(連続緩和問題とする)。これにより、制御入力生成部35は、計算量を好適に低減することができる。なお、線形論理式(LTL)に代えてSTLを採用した場合には、非線形最適化問題として記述することが可能である。
サブタスクシーケンス生成部36は、制御入力生成部35から供給される制御入力情報Icと、アプリケーション情報記憶部41が記憶するサブタスク情報I4とに基づき、サブタスクシーケンスを生成する。この場合、サブタスクシーケンス生成部36は、サブタスク情報I4を参照することで、ロボット5が受け付け可能なサブタスクを認識し、制御入力情報Icが示すタイムステップ毎の制御入力をサブタスクに変換する。
図9は、第1実施形態において情報処理装置1が実行するロボット制御処理の概要を示すフローチャートの一例である。
図12は、第2実施形態における情報処理装置1Aの概略構成図である。図12に示すように、情報処理装置1Aは、主に、論理式変換部322Aと、制約条件情報取得部323Aと、制約条件付加部324Aとを有する。
図13は、第3実施形態における情報処理装置1Bの概略構成図である。図13に示すように、情報処理装置1Bは、主に、抽象モデル情報取得部34Xと、計測情報取得部34Yと、抽象モデル生成部34Zと、を有する。
ロボットに作業させるタスクである目的タスクを時相論理に基づく論理式に変換する論理式変換部と、
前記目的タスクの実行において満たすべき制約条件を示す制約条件情報を取得する制約条件情報取得部と、
前記論理式に前記制約条件を表す命題を付加した論理式である目標論理式を生成する制約条件付加部と、
を有する情報処理装置。
前記ロボットが作業を行う作業空間内の計測結果に基づき、前記作業空間における物体の抽象的な状態である抽象状態を、前記目標論理式において使用する命題として定める抽象状態設定部をさらに有する、付記1に記載の情報処理装置。
前記抽象状態設定部は、前記計測結果に基づき、前記作業空間内に存在する物体及び領域を認識し、前記物体及び前記領域に関する認識結果と、前記制約条件情報とに基づき前記命題を定める、付記2に記載の情報処理装置。
前記制約条件情報取得部は、前記目的タスクの種類に対応する制約条件を示す前記制約条件情報を取得する、付記1~3のいずれか一項に記載の情報処理装置。
前記目的タスクの種類と、前記ロボットの作業対象となる対象物の最終状態と、を指定する入力を受け付ける入力受付部をさらに備え、
前記入力受付部は、前記入力を受け付ける入力画面の表示信号を表示装置に送信する、付記1~4のいずれか一項に記載の情報処理装置。
前記入力受付部は、前記目的タスクの実行に要する見込み時間に関する入力をさらに受け付ける、付記5に記載の情報処理装置。
前記入力受付部は、前記入力に基づき、前記目的タスクを前記ロボットが実行するアニメーションを表示するための表示信号を、前記表示装置に送信する、付記5または6に記載の情報処理装置。
前記目標論理式から、前記目的タスクを実行するためタイムステップ毎の状態を表す論理式であるタイムステップ論理式を生成するタイムステップ論理式生成部をさらに有する、付記1~7のいずれか一項に記載の情報処理装置。
前記タイムステップ論理式生成部は、前記タイムステップ毎の状態を表す論理式として、複数の候補が存在する場合に、当該候補を論理和により結合したタイムステップ論理式を生成する、付記8に記載の情報処理装置。
前記タイムステップ論理式生成部は、前記ロボットの動作限界に関する動作限界情報を取得し、当該動作限界情報に基づき、実行不可能な前記候補を、前記タイムステップ論理式から除外する、付記9に記載の情報処理装置。
前記タイムステップ論理式に基づき、前記ロボットが受け付け可能な単位のタスクであるサブタスクのシーケンスを生成するサブタスクシーケンス生成部をさらに有する、付記8~10のいずれか一項に記載の情報処理装置。
前記ロボットが作業を行う作業空間におけるダイナミクスを抽象化した抽象モデルを生成する抽象モデル生成部と、
前記抽象モデルと、前記タイムステップ論理式と、に基づき、前記ロボットを制御するためのタイムステップ毎の制御入力を決定する制御入力生成部と、
をさらに有し、
前記サブタスクシーケンス生成部は、前記制御入力に基づき、前記サブタスクのシーケンスを生成する、付記11に記載の情報処理装置。
情報処理装置が実行する制御方法であって、
ロボットに作業させるタスクである目的タスクを時相論理に基づく論理式に変換し、
前記目的タスクの実行において満たすべき制約条件を示す制約条件情報を取得し、
前記論理式に前記制約条件を表す命題を付加した論理式である目標論理式を生成する、制御方法。
ロボットに作業させるタスクである目的タスクを時相論理に基づく論理式に変換する論理式変換部と、
前記目的タスクの実行において満たすべき制約条件を示す制約条件情報を取得する制約条件情報取得部と、
前記論理式に前記制約条件を表す命題を付加した論理式である目標論理式を生成する制約条件付加部
としてコンピュータを機能させるプログラムが格納された記憶媒体。
2 入力装置
3 表示装置
4 記憶装置
5 ロボット
6 作業空間
7 計測装置
41 アプリケーション情報記憶部
100 ロボット制御システム
Claims (9)
- ロボットが作業を行う作業空間内の計測結果に基づき、前記作業空間における物体の抽象的な状態である抽象状態を、命題として定める抽象状態設定手段と、
前記ロボットに作業させるタスクである目的タスクを、前記命題を用いた時相論理に基づく論理式に変換する論理式変換手段と、
前記目的タスクの実行において満たすべき制約条件を示す制約条件情報を取得する制約条件情報取得手段と、
前記論理式に前記制約条件を表す前記命題を付加した論理式である目標論理式を生成する制約条件付加手段と、
を有する情報処理装置。 - 前記抽象状態設定手段は、前記計測結果に基づき、前記作業空間内に存在する物体及び領域を認識し、前記物体及び前記領域に関する認識結果と、前記制約条件情報とに基づき前記命題を定める、請求項1に記載の情報処理装置。
- ロボットに作業させるタスクである目的タスクを時相論理に基づく論理式に変換する論理式変換手段と、
前記目的タスクの実行において満たすべき制約条件を示す制約条件情報を取得する制約条件情報取得手段と、
前記論理式に前記制約条件を表す命題を付加した論理式である目標論理式を生成する制約条件付加手段と、
前記目標論理式から、前記目的タスクを実行するためタイムステップ毎の状態を表す論理式であるタイムステップ論理式を生成するタイムステップ論理式生成手段と、
を有する情報処理装置。 - 前記タイムステップ論理式生成手段は、前記タイムステップ毎の状態を表す論理式として、複数の候補が存在する場合に、当該候補を論理和により結合したタイムステップ論理式を生成する、請求項3に記載の情報処理装置。
- 前記タイムステップ論理式生成手段は、前記ロボットの動作限界に関する動作限界情報を取得し、当該動作限界情報に基づき、実行不可能な前記候補を、前記タイムステップ論理式から除外する、請求項4に記載の情報処理装置。
- 前記タイムステップ論理式に基づき、前記ロボットが受け付け可能な単位のタスクであるサブタスクのシーケンスを生成するサブタスクシーケンス生成手段をさらに有する、請求項3~5のいずれか一項に記載の情報処理装置。
- 前記ロボットが作業を行う作業空間におけるダイナミクスを抽象化した抽象モデルを生成する抽象モデル生成手段と、
前記抽象モデルと、前記タイムステップ論理式と、に基づき、前記ロボットを制御するためのタイムステップ毎の制御入力を決定する制御入力生成手段と、
をさらに有し、
前記サブタスクシーケンス生成手段は、前記制御入力に基づき、前記サブタスクのシーケンスを生成する、請求項6に記載の情報処理装置。 - ロボットが作業を行う作業空間内の計測結果に基づき、前記作業空間における物体の抽象的な状態である抽象状態を、命題として定め、
前記ロボットに作業させるタスクである目的タスクを、前記命題を用いた時相論理に基づく論理式に変換し、
前記目的タスクの実行において満たすべき制約条件を示す制約条件情報を取得し、
前記論理式に前記制約条件を表す前記命題を付加した論理式である目標論理式を生成する、制御方法。 - ロボットが作業を行う作業空間内の計測結果に基づき、前記作業空間における物体の抽象的な状態である抽象状態を、命題として定める抽象状態設定手段と、
前記ロボットに作業させるタスクである目的タスクを、前記命題を用いた時相論理に基づく論理式に変換する論理式変換手段と、
前記目的タスクの実行において満たすべき制約条件を示す制約条件情報を取得する制約条件情報取得手段と、
前記論理式に前記制約条件を表す前記命題を付加した論理式である目標論理式を生成する制約条件付加手段
としてコンピュータを機能させるプログラム。
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