JP7286272B2 - 情報処理装置、情報処理方法及びプログラム - Google Patents
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Description
第1の実施形態の情報処理装置は、山積みされた複数の包装物が入れられた容器から包装物をひとつずつ吸着して取り出し、所定の位置まで搬送して置くタスクを行う場合について説明する。包装物を吸着するには、吸着するためのエアが抜けて真空漏れが起こらないように、吸着パッドを搬送対象である包装物に密着させて吸引する必要がある。例えば、包装物の包装材であるビニールがしわになっている領域に吸着パッドを押し当ててから吸引しても、ビニールのしわがある領域から真空漏れが起こり、吸着することはできない。一方で、吸着パッドを密着させる前に吸引を開始して、吸引しながら包装物に吸着パッドを近づけると、薄くて柔らかい包装材であれば、吸着パッド内に包装材を引き込んで吸着することができる。そのため、本実施形態では、包装物を撮影した画像から、包装材の表面の状態に関する情報に基づいて、吸引を開始するタイミング、第1の静止時間、第2の静止時間の3つの吸着パラメータを求めて吸着を制御することによって、安定して吸着、搬送を行う。本実施形態では、実行モードと学習モードに分けて説明する。まず、吸着パラメータを決定し、吸着・搬送を行う実行モードの処理について説明する。図1(a)は本実施形態における情報処理システム10000の構成を示した図である。情報処理システム10000は情報処理装置1、撮像部10、アクチュエータ部11、吸着部12からなる。アクチュエータ部11に取り付けられた撮像部10で撮影した画像情報に基づいて、ロボットアームであるアクチュエータ部11を制御する。そして、容器14に入った包装物13をアクチュエータ部11の先端に取り付けた吸着部12で吸着して、搬送先である容器15まで運ぶタスクを行う。なお、吸着部12の先端は吸着パッドとよばれる吸着面になっており、様々な形状をとる。また、吸着部12の圧力は図示しない圧力計が吸着パッド内の真空圧を計測し、情報処理装置1がその計測結果を取得できる。
第1の実施形態では、ある特定の吸着部を用いた情報処理システムによって吸着・搬送のタスク、または学習を行う例について述べた。これに対して、第2の実施形態では、吸着切替部を有し、吸着部の切り替えを行いながら吸着・搬送を行う場合について、実行モードと学習モードそれぞれの例を述べる。本実施形態では、図1(b)のように、大きさや材質が異なる複数の吸着部を有する。複数の吸着パッドが一体となった吸着部があって、それに切り替える場合も適用可能である。例えば、小さい対象物や吸着できる平面が少ない対象物を扱う場合には、吸着部の接触面が小さい吸着パッドでなければ、空気がリークして吸着することができない。そのため径の小さな吸着部に切り替える。また、大きくて重いものを吸着する場合には、吸引する空気の流量が大きい吸着部を用いたり、複数の吸着パッドが一体となっている吸着部で支点を増やしたり吸着面積を増やしたりすることで、安定して搬送することができる。すなわち、吸着する対象である包装物に合わせて、適切な吸着部を選択することによって、物体を包装材で包装した包装物を、安定して吸着および搬送することができる。
Score_I=g(S_I)-C_I ・・・(数式1)
で求められる。ただし、g(X)は成功率Xをスコアに換算するための単調増加関数、C_Iは正の値の切り替えコストであり、大きい値であるほど切り替えのコストが大きいことを示す。また、Iが現在の吸着部と同一である場合は切り替え不要であるためC_I=0とする。Iが現在の吸着部とは異なる場合には、吸着部の切り替えを行うことになる。これに対してARGMAX(Score_I)を求めればよい。このようにして、切り替えるべき吸着部Iおよびその時の最適な吸着パラメータを求める。
第1の実施形態および第2の実施形態では、情報処理システムによって吸着および搬送の成功率が高くなるようにタスクを実行、または学習を行う例について述べた。これに対して、第3の実施形態では、スピード優先、品質優先、コスト優先、周囲環境優先などの優先項目に応じて、吸着パラメータを変更する場合について、学習モードと実行モードそれぞれの例を述べる。本実施形態では、優先項目に応じて最適な吸着計画を行えるように全体最適な学習モデルのパラメータを選択する選択部を有する。
10 撮像部
11 アクチュエータ部
12 吸着部
13 包装物
10000 情報処理システム
Claims (19)
- 包装物の表面を撮像した画像を入力する入力手段と、
画像に基づいて特定された前記包装物の表面のしわの程度によって、前記包装物を吸引する吸着装置による吸引が開始されるタイミングを変更する制御情報を出力する出力手段と、を有し、
前記出力手段は、前記画像の表面に含まれるしわの程度が所定の閾値より大きい場合、前記吸着装置による吸引が前記包装物に接触する前に開始される前記制御情報に変更することを特徴とする情報処理装置。 - 前記入力手段は、前記包装物の表面を撮像した少なくとも1つの画像を入力し、
前記出力手段は、前記画像毎に特定された前記包装物の表面のしわの程度が異なる場合、前記包装物の表面のしわの程度に従って、前記吸着装置によって吸引が開始されるタイミングを変更する前記制御情報を出力することを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。 - 前記出力手段は、前記画像に基づいて特定された前記包装物の表面にしわがあると判断された場合、前記包装物のしわの程度によって前記吸着装置が吸引を開始するタイミングを変更する前記制御情報を出力することを特徴とする請求項2に記載の情報処理装置。
- 前記出力手段は、前記吸着装置によって吸引が開始されるタイミングが、前記吸着装置と前記包装物の表面とが接触する前か、若しくは接触した後かを示す前記制御情報を出力することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の情報処理装置。
- 前記包装物の表面のしわの程度と前記制御情報との組み合わせに対して、前記吸着装置による吸着が成功したか否かを示す結果に基づいて、前記包装物の表面のしわの程度によって前記吸着装置が吸引を開始するタイミングを変更する前記制御情報を決定する決定手段を更に有し、
前記出力手段は、前記決定手段によって決定された前記制御情報を出力することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の情報処理装置。 - 前記包装物の表面のしわの程度と前記制御情報との組み合わせに対して、前記吸着装置による吸着が成功したか否かを示す結果を学習させた学習済みモデルに基づいて、前記入力手段によって入力された前記画像を入力とし、吸引を開始するタイミングを変更する前記制御情報を決定する決定手段を更に有し、
前記出力手段は、前記決定手段によって決定された前記制御情報を出力することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の情報処理装置。 - 前記決定手段は、前記包装物の表面のしわの程度から、前記吸着装置と前記包装物の表面とが接触してから前記吸着装置による運搬が開始されるまでの時間を示す第1の静止時間を決定し、
前記出力手段は、前記決定手段が決定した前記第1の静止時間の経過後に、前記吸着装置が運搬を開始する前記制御情報を出力することを特徴とする請求項5に記載の情報処理装置。 - 前記決定手段は、前記包装物の表面のしわの程度から、前記吸着装置を移動させることにより前記包装物を運搬先に運搬した後に、前記吸着装置が吸引を停止してから前記吸着装置に再度移動を開始させるまでの時間を示す第2の静止時間を決定し、
前記出力手段は、前記決定手段が決定した前記第2の静止時間の経過後に、前記吸着装置の移動を制御する前記制御情報を出力することを特徴とする請求項5に記載の情報処理装置。 - 前記入力手段によって入力された画像に対して、吸着に適した前記包装物の表面のしわの程度を示す画像特徴であるテンプレートを照合することによって、前記吸着装置によって前記包装物を吸引させる吸着位置を抽出する抽出手段をさらに有し、
前記出力手段は、前記吸着位置に対応する画像領域から特定された前記包装物の表面のしわの程度に基づいて前記制御情報を出力することを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の情報処理装置。 - 前記吸着装置の真空圧を計測することによって、前記制御情報による制御が成功したか失敗かの結果を判定する判定手段と、
前記判定手段によって判定された判定結果に基づいて、前記包装物の表面のしわの程度において成功する可能性が高い前記制御情報を示すデータセットを学習する学習手段と、をさらに有し、
前記出力手段は、前記画像から特定された前記包装物の表面のしわの程度と前記データセットとに基づいて、前記制御情報を出力することを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載の情報処理装置。 - 前記判定手段は、前記制御情報による制御について、前記真空圧が所定の閾値より小さい場合は成功、前記真空圧が所定の閾値より大きい場合は失敗と判定することを特徴とする請求項10に記載の情報処理装置。
- 前記学習手段は、前記包装物の吸着が成功した場合には正の報酬を、前記包装物の吸着が失敗した場合には負の報酬を与える強化学習によって、前記画像から前記制御情報を出力する第1の学習済みモデルの結合重み付けパラメータを更新し、
前記出力手段は、前記学習手段によって更新された前記第1の学習済みモデルに基づいて前記制御情報を出力することを特徴とする請求項11に記載の情報処理装置。 - 大きさの異なる複数の吸着部を更に有し、
前記出力手段は、前記画像から特定された前記包装物の表面のしわの程度と、さらに前記吸着部の大きさとに基づいて、吸引を開始するタイミングを変更する前記制御情報を出力することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の情報処理装置。 - 前記包装物を運ぶタスクにおいて、スピード、品質、コスト、環境音のうち優先項目をユーザから受け付ける受付手段をさらに有し、
前記出力手段は、前記受付手段によって受け付けた前記優先項目についての所定の条件を満たす前記制御情報を出力することを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の情報処理装置。 - 前記受付手段によって受け付けた前記優先項目についての所定の条件を満たす前記制御情報を学習した第2の学習済みモデルを選択する選択手段をさらに有し、
前記出力手段は、前記画像から特定された前記包装物の表面のしわの程度と前記第2の学習済みモデルとに基づいて前記制御情報を出力することを特徴とする請求項14に記載の情報処理装置。 - 前記包装物を運ぶタスクにおける優先項目に対応して、前記包装物の吸着に成功かつ前記優先項目についての所定の条件を満たす場合には正の報酬を、前記包装物の吸着に失敗または前記優先項目についての所定の条件を満さない場合には負の報酬を与える強化学習を用いて、前記制御情報を出力する前記第2の学習済みモデルの結合重み付けパラメータを更新する第2の学習手段をさらに有することを特徴とする請求項15に記載の情報処理装置。
- 前記出力手段は、前記画像の表面に含まれるしわの程度が第2の所定の閾値より小さい場合、前記吸着装置による吸引が前記包装物に接触した後に開始される前記制御情報に変更することを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
- 包装物の表面を撮像した画像を入力する入力工程と、
画像に基づいて特定された前記包装物の表面のしわの程度によって、前記包装物を吸引する吸着装置による吸引が開始されるタイミングを変更する制御情報を出力する出力工程と、を有し、
前記出力工程では、前記画像の表面に含まれるしわの程度が所定の閾値より大きくなるとき、前記吸着装置による吸引が前記包装物に接触する前に開始される前記制御情報に変更することを特徴とする情報処理方法。 - コンピュータを、請求項1乃至17の何れか1項に記載の情報処理装置として機能させるためのプログラム。
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