JPH05189398A - Learning method by means of neural network - Google Patents

Learning method by means of neural network

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JPH05189398A
JPH05189398A JP442892A JP442892A JPH05189398A JP H05189398 A JPH05189398 A JP H05189398A JP 442892 A JP442892 A JP 442892A JP 442892 A JP442892 A JP 442892A JP H05189398 A JPH05189398 A JP H05189398A
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JP
Japan
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data
neural network
learning
input data
teacher
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Withdrawn
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JP442892A
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Japanese (ja)
Inventor
Minoru Sekiguchi
実 関口
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To secure desired accuracy by means of teacher data as less as pos sible in a method permitting the neural network to learn a question for which infinite teacher data are present. CONSTITUTION:In the neural network learning the teacher data (3) of output data (2) to input data (1) and outputting the output data (2), the space of the input data {(X, Y), visual coordinates which are the coordinates of the hand tip of a robot, for example} is divided with a certain accuracy, the teacher data {(thetai), the angle of the joint of the robot, for example} to the output data (2) for which the visual coordinates (X, Y) at each division point is set as the input data are prepared, and the prepared data are given to the neural network for learning. After the completion of the learning, the accuracy of the learned neural network is inspected. As for the peripheral space around the input data having accuracy lower than the desired accuracy, the division accuracy is set finely, the teacher data (3) to the output data (2) for which the respective division points are set as the input data (1) are prepared and re-learning by the network is performed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、教師データが無限に存
在する問題、例えば、多関節ロボットの逆キネマティク
ス問題を、ニューラルネットワ−クに学習させる方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for causing a neural network to learn a problem in which teacher data exists infinitely, for example, an inverse kinematics problem of an articulated robot.

【0002】従来から、教師データが無限に存在する問
題として、多関節ロボットの順,逆キネマティクス問題
{例えば、ロボット工学ハンドブック,P 192 〜236,日
本ロボット学会編}が知られている。
[0002] Conventionally, as a problem in which teacher data exists infinitely, the forward and reverse kinematics problems of articulated robots (for example, Robotics Handbook, P 192 to 236, edited by the Robotics Society of Japan) are known.

【0003】このような問題に対して、従来は汎用の計
算機による、所謂、数値計算で、該ロボットの手先座標
の視覚座標(X,Y,Z, 〜) に対する、該多関節ロボットの
関節角度 (θi)を求めていた。
In order to solve such a problem, the joint angle of the articulated robot with respect to the visual coordinates (X, Y, Z, ...) of the hand coordinates of the robot is conventionally calculated by a general-purpose computer. I was looking for (θi).

【0004】この場合、物体の位置の次元の数 (通常,
X,Y,Z の三次元座標位置と、上記各軸に対して、360 度
の回転角度θx,θy,θz の向きからなる6次元で表現さ
れる) と、該多関節ロボットの関節の数が同じである
と、該物体の位置 (視覚座標)(X,Y,Z, 〜) に対する該
多関節ロボットの関節の角度 (θi)を一義的に求めるこ
とができる。
In this case, the number of dimensions of the position of the object (usually,
3D coordinate position of X, Y, Z and 6-dimensional expression consisting of 360 degree rotation angle θx, θy, θz direction with respect to each axis) and the number of joints of the articulated robot Are the same, the angle (θi) of the joint of the articulated robot with respect to the position (visual coordinate) (X, Y, Z, ...) of the object can be uniquely obtained.

【0005】然しながら、該多関節ロボットの関節の数
{即ち、次元の数(自由度)}が多い場合、該多関節ロ
ボットの関節の各角度 (θi)が指示する空間位置(X,Y,
Z, 〜) は、一義的に定まる (これを、順キネマティク
ス問題という) が、該物体のある空間位置(X,Y,Z, 〜)
に対する該多関節ロボットの関節の各角度 (θi)を求め
る場合 (これを、逆キネマティクス問題という) 、自由
度の多い関節の角度 (θi)を、一義的に求めることはで
きない。
However, when the number of joints of the multi-joint robot {that is, the number of dimensions (degrees of freedom)} is large, the spatial position (X, Y,
Z, ~) is uniquely determined (this is called a forward kinematics problem), but the spatial position (X, Y, Z, ~) of the object is
When each angle (θi) of the joint of the multi-joint robot with respect to is obtained (this is called an inverse kinematics problem), the angle (θi) of the joint having many degrees of freedom cannot be uniquely obtained.

【0006】従って、従来、汎用計算機で、かかる問題
を解く場合、上記順キネマティクス問題として解いてい
たが、該逆キネマティクス問題を解くことができない問
題があることから、かかる自由度の差に起因する問題が
本質的にないニューラルネットワ−クによる該キネマテ
ィクス問題を解くことが行われるようになってきた。
Therefore, conventionally, when solving such a problem with a general-purpose computer, it was solved as the above-mentioned forward kinematics problem, but there is a problem that the inverse kinematics problem cannot be solved. It has become common to solve the kinematics problem by a neural network which has essentially no problem caused by it.

【0007】このような、教師データが無限に存在する
ようなキネマティクス問題を、ニューラルネットワ−ク
に学習させる場合、該教師データが少ないと、該ニュー
ラルネットワ−クの備えている補間精度が低下すること
になる。
When the neural network is made to learn such a kinematics problem in which teacher data exists infinitely, if the teacher data is small, the interpolation accuracy of the neural network is lowered. Will be done.

【0008】従って、該教師データはできる限り多い方
がよいが、該教師データが多くなると、学習に要する時
間が増大し、実用的でないという問題が発生する。そこ
で、できる限り少ない教師データで、所望の精度を確保
することができるニューラルネットワ−クによる学習方
法が要求される。
Therefore, it is preferable that the teacher data is as large as possible. However, when the teacher data is large, the time required for learning increases, which causes a problem that it is not practical. Therefore, there is a demand for a learning method using a neural network that can secure a desired accuracy with as little teaching data as possible.

【0009】[0009]

【従来の技術】図11,図12は、ニューラルネットワ
−クによる学習方法を説明する図であり、図11はニュ
ーラルネットワークの全体構成の概略を示し、図12は
ニューロン素子の1例を示している。
2. Description of the Related Art FIGS. 11 and 12 are diagrams for explaining a learning method by a neural network. FIG. 11 shows an outline of the entire structure of a neural network, and FIG. 12 shows an example of a neuron element. There is.

【0010】よく知られているニューラルネットワーク
1においては、図12に、その概念を示したニューロン
素子 10 において、複数個の入力Yi に対して重み付け
係数Wjiを乗算する素子と、該乗算された各値を加算し
てXj =ΣWji*Yi を出力する加算器, 及び、該出力
Xj の値により非線形な出力Yj を出力する。
Well-known neural network
In Fig. 12, in the neuron element 10 whose concept is shown in Fig. 12, an element for multiplying a plurality of inputs Yi by a weighting coefficient Wji and each multiplied value are added to obtain Xj = ΣWji * Yi. And a non-linear output Yj depending on the value of the output Xj.

【0011】該ニューロン素子 10 を、複数個、多段
(例えば、3段) に、図11に図示されている如くに組
み合わせて、該ニューラルネットワーク 1を形成し、あ
る特定の入力データのパターンに対して、上記ニュー
ロン素子 10 の初期の重み付け係数Wjiが定める所定の
出力パターンを出力し、該出力パターンと、上記入力
データに対応した教師データのパターンとを比較し
て、その誤差に対応して上記各ニューロン素子 10 の重
み付け計数Wjiを更新していくこと(例えば、バックプ
ロパゲーション法)を繰り返して、特定の入力データ
のパターンに対して、該教師データのパターンに近い
出力データを補間して出力する。
A plurality of the neuron elements 10 are arranged in multiple stages.
(For example, three stages) are combined as shown in FIG. 11 to form the neural network 1, and the initial weighting coefficient Wji of the neuron element 10 is set to a certain specific input data pattern. A predetermined output pattern to be determined is output, the output pattern is compared with the pattern of the teacher data corresponding to the input data, and the weighting count Wji of each neuron element 10 is updated corresponding to the error. That is, (for example, the back propagation method) is repeated, and the output data close to the pattern of the teacher data is interpolated and output with respect to the pattern of the specific input data.

【0012】上記のニューラルネットワークの構成に
は、種々の方法が考えられるが、例えば、特開平2−6
4788号公報,特開平2−226382号公報,特開
平2−228784号公報に開示されたものを使用でき
る。又、学習方法についても、上記公開公報に開示され
ているものを使用することができる。
Various methods are conceivable for the construction of the above-mentioned neural network, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-6.
Those disclosed in JP-A-4788, JP-A-2-226382 and JP-A-2-228784 can be used. Also, as the learning method, the method disclosed in the above-mentioned publication can be used.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】このようなニューラル
ネットワーク 1を用いて、教師データが無限に存在す
るような問題、前述の逆キネマティクス問題を学習させ
る場合、例えば、ニューラルネットワークの入力に視角
座標(X,Y,Z, 〜) を与え、出力に関節角度 (θi)を教え
ることによって学習が可能になる。
When the neural network 1 is used to learn a problem in which teacher data exists infinitely, or the inverse kinematics problem described above, for example, the visual angle coordinates are input to the neural network. Learning is possible by giving (X, Y, Z, ~) and teaching the joint angle (θi) to the output.

【0014】然し、上記視角座標、即ち、XYZ〜座標
は、ロボットの腕の届く範囲内の3次元空間全体なの
で、該教師データは無限に生成できる。然し、この全空
間のデータを学習したのでは、少しも実用的でない。か
といって、少しの教師データしか学習させなければ、出
力すべき関節角度θi の精度が悪い。即ち、該教師デー
タの数が少ないと、該ニューラルネットワーク 1の補
間精度が低下する。
However, since the visual angle coordinates, that is, the XYZ coordinates are the entire three-dimensional space within the reach of the robot arm, the teacher data can be generated infinitely. However, learning all the data in this space is not practical at all. However, the accuracy of the joint angle θi to be output is poor if only a small amount of teacher data is learned. That is, when the number of the teacher data is small, the interpolation accuracy of the neural network 1 is lowered.

【0015】従って、教師データはできるだけ多い方
がよいが、該教師データが多くなると、学習に要する
時間が増大し、実用的でなくなる問題が発生する。本発
明は上記従来の欠点に鑑み、教師データが無限に存在
する問題を、ニューラルネットワ−クに学習させる際
に、できるだけ少ない教師データで、所望の精度を確
保することができるニューラルネットワークによる学習
方法を提供することを目的とするものである。
Therefore, it is preferable that the amount of teacher data is as large as possible. However, when the amount of teacher data is large, the time required for learning increases, which causes a problem of impracticality. In view of the above-mentioned conventional drawbacks, the present invention is a learning method by a neural network capable of ensuring a desired accuracy with the least amount of teacher data when learning the problem that the teacher data exists infinitely in the neural network. It is intended to provide.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】図1は、本発明の原理説
明図である。上記の問題点は下記の如くに構成したニュ
ーラルネットワークによる学習方法によって解決され
る。
FIG. 1 illustrates the principle of the present invention. The above problems can be solved by a learning method using a neural network configured as follows.

【0017】(1) 入力データに対する出力データの
教師データを学習して、出力データを出力するニュ
ーラルネットワ−ク 1において、入力データの空間
を、所定の精度で分割し、有限個の各分割点を入力デー
タとしたときの出力データに対する教師データを
作成し、上記ニューラルネットワ−ク 1に与えて学習す
るように構成する。
(1) In a neural network 1 which learns teacher data of output data with respect to input data and outputs the output data, the space of the input data is divided with a predetermined accuracy, and a finite number of division points are obtained. The teacher data for the output data when the input data is input is created, and is given to the neural network 1 for learning.

【0018】(2) 入力データに対する出力データの
教師データを学習して、出力データを出力するニュ
ーラルネットワ−ク 1において、乱数を用いて、入力デ
ータの空間を探索し、有限個の入力データを求め、
該求めた入力データに対する出力データの教師デー
タを作成して、上記ニューラルネットワ−ク 1に与え
て学習するように構成する。
(2) Learning the teacher data of the output data with respect to the input data, and outputting the output data In the neural network 1, a random number is used to search the space of the input data to find a finite number of input data. Seeking,
The learning data of the output data corresponding to the obtained input data is created and given to the neural network 1 for learning.

【0019】(3) 上記の学習方法において、学習の終了
後、該学習したデータとは別の,又は、同じ教師データ
を作成して、該学習したニューラルネットワ−ク 1の
精度の検査を行い、誤差が所望の精度より悪かった入力
データの周辺空間 (イ) に対して、分割精度を細かく
して、或いは、乱数を用いて、該入力データの空間を
探索して、各分割点, 或いは、探索点の入力データを
求め、該求めた入力データに対する出力データの教
師データを作成して、上記ニューラルネットワ−ク 1
に与えて学習することを繰り返して、学習するように構
成する。
(3) In the above learning method, after completion of learning, teacher data different from or the same as the learned data is created, and the accuracy of the learned neural network 1 is checked. , The margin of the input data whose error is worse than the desired precision (b), the division precision is made fine, or the space of the input data is searched by using a random number, and each division point, or , The input data of the search point is obtained, the teacher data of the output data for the obtained input data is created, and the neural network 1
It is configured to learn by repeating learning given to.

【0020】(4) 上記の学習方法において、該入力デー
タとして、ロボットの手先座標の視覚座標(X,Y,Z,
〜) データであり、学習する出力データとして、多関
節ロボットの関節角度 (θi)データであるように構成す
る。
(4) In the above learning method, as the input data, the visual coordinates (X, Y, Z,
The output data to be learned is the joint angle (θi) data of the multi-joint robot.

【0021】[0021]

【作用】即ち、本発明においては、入力データに対す
る出力データの教師データを学習して、出力データ
を出力するニューラルネットワ−ク 1において、無限
の入力データと, 対応する無限の教師データの存在
する問題 (キネマティクス問題) を解くのに、該入力デ
ータの空間を、例えば、所定の精度で分割し、有限個
の各分割点のデータ(例えば、座標)を入力データと
したときの出力データる対する教師データを作成
し、上記ニューラルネットワ−ク 1に与えて学習するよ
うにする。
That is, in the present invention, there is infinite input data and corresponding infinite teacher data in the neural network 1 for learning the teacher data of the output data with respect to the input data and outputting the output data. To solve the problem (kinematics problem), the space of the input data is divided, for example, with a predetermined precision, and the output data when the data (for example, coordinates) of a finite number of division points is used as the input data. Create teacher data for this and give it to the neural network 1 for learning.

【0022】上記無限の入力データと, 対応する無限
の教師データの存在する問題として、例えば、前述の
3次元空間の所定の位置を、多関節ロボットの手先で指
示させる場合があるが、この場合、該3次元空間をX,
Y,Z, 〜の各次元毎に、所定の精度で分割し、該分割
された有限の位置(X,Y,Z, 〜) を入力データとし、該
分割された位置(X,Y,Z, 〜) を該多関節ロボットの手先
(θi)で指示する際の、該多関節ロボットの各関節の角
度(θi)を、汎用計算機等で求めて、教師データを生
成して、上記ニューラルネットワークに上記入力データ
と, 教師データとを与えて学習する。
As a problem that the infinite input data and the corresponding infinite teacher data exist, for example, there is a case where the hand of the articulated robot is used to indicate a predetermined position in the above-mentioned three-dimensional space. , X in the three-dimensional space,
Y, Z, ... are divided for each dimension with a predetermined accuracy, and the divided finite positions (X, Y, Z, ...) are used as input data, and the divided positions (X, Y, Z , ~) Is the hand of the articulated robot
When instructing with (θi), the angle (θi) of each joint of the multi-joint robot is obtained by a general-purpose computer or the like, teacher data is generated, and the input data and the teacher data are input to the neural network. Give and learn.

【0023】上記の学習において、所定の補間精度が得
られない空間{図1の(イ)で示した領域}があると、
その空間に対して、上記分割精度を細かくして、対応す
る教師データを求めて、再度学習させることを、例え
ば、所定の補間精度が得られる迄繰り返すことにより、
上記無限の入力データと,対応する無限の教師データ
の存在する問題を効率的に学習することができるよう
になる。
In the above learning, if there is a space (a region shown in (a) of FIG. 1) where a predetermined interpolation accuracy cannot be obtained,
For the space, the division accuracy is made finer, the corresponding teacher data is obtained, and the learning is performed again, for example, by repeating until a predetermined interpolation accuracy is obtained,
It becomes possible to efficiently learn the problem in which the infinite input data and the corresponding infinite teacher data exist.

【0024】[0024]

【実施例】以下本発明の実施例を図面によって詳述す
る。前述の図1は、本発明の原理説明図であり、図2,
図3は、本発明の一実施例を説明する図であり、図2は
多関節ロボットの手先座標と、該手先座標の視角座標を
求めるカメラ(CAMERA1,2) との相対関係を示し、図3は
該手先座標が視角座標(X,Y, α,S:ここで、αは、例え
ば、慣性主軸の方向,Sは、物体の面積) で与えられたと
きのロボットの関節角度 (θ1,θ2,〜) をニューラルネ
ットワークで求める例を示しており、図4は本発明の他
の実施例を説明する図であって、手先座標の視覚座標を
所定の分解能で分割し、その分割点を入力データとし
て、ロボットの関節角度を求める場合を示し、図5〜図
10は教師データの求め方と,学習結果の例を示した図
であって、図5〜図7は乱数で多関節ロボットの関節角
度を与える場合を示し、図8〜図10は所定の分解能
(例えば、10度宛) で、該多関節ロボットの関節角度を
与える場合を示している。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. The above-mentioned FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a relative relationship between a hand coordinate of an articulated robot and a camera (CAMERA1, 2) for obtaining a visual angle coordinate of the hand coordinate. 3 is the joint angle of the robot when the hand coordinates are given by the visual angle coordinates (X, Y, α, S: where α is the direction of the principal axis of inertia, S is the area of the object) (θ1, .theta.2, .about.) is obtained by a neural network, and FIG. 4 is a diagram for explaining another embodiment of the present invention. Visual coordinates of hand coordinates are divided at a predetermined resolution, and the division points are The case where the joint angle of the robot is obtained as input data is shown. FIGS. 5 to 10 are diagrams showing how to obtain the teacher data and an example of the learning result. FIGS. 8 to 10 show a case where a joint angle of
(For example, addressed to 10 degrees) shows a case where the joint angle of the articulated robot is given.

【0025】本発明においては、入力データに対する
出力データの教師データを学習して、補間された出
力データを出力するニューラルネットワーク 1におい
て、入力データの空間{例えば、ロボットの手先座標
である視覚座標(X,Y,Z, α,S) }を、所定の精度で分割
し、各分割点の視覚座標(X,Y,Z, α,S) を入力データ
としたときの出力データに対する教師データ{例え
ば、多関節ロボットの関節角度 (θi)}を作成し、上
記ニューラルネットワーク 1に与えて学習する手段と,
該学習の終了後、該学習したデータとは、例えば、別の
教師データを作成して、該学習したニューラルネット
ワーク 1の精度の検査を行い、誤差が所望の精度より悪
かった入力データの周辺空間 (イ) に対して、分割精
度を細かくして、各分割点のデータを入力データとし
た時の出力データに対する教師データを作成して再
学習を行う手段が、本発明を実施するのに必要な手段で
ある。尚、全図を通して同じ符号は同じ対象物を示して
いる。
In the present invention, in the neural network 1 which learns the teacher data of the output data with respect to the input data and outputs the interpolated output data, the space of the input data {for example, the visual coordinates (the hand coordinates of the robot) (X, Y, Z, α, S)} is divided with a predetermined accuracy and the visual coordinates (X, Y, Z, α, S) of each division point are used as input data, and teaching data for output data { For example, a means for creating a joint angle (θi)} of an articulated robot and giving it to the neural network 1 for learning,
After the learning, the learned data is, for example, another teacher data is created, the accuracy of the learned neural network 1 is checked, and the peripheral space of the input data whose error is worse than the desired accuracy is obtained. In order to implement the present invention, a means for re-learning by making the division accuracy fine and creating teacher data for output data when the data at each division point is input data is necessary for (a). It is a means. The same reference numerals denote the same objects throughout the drawings.

【0026】前述のように、逆キネマティクスの問題
は、汎用計算機では解くことができないので、上記教師
データを、例えば、汎用計算機で求める場合には、順
キネマティクスの問題に置換して求める例で説明する。
As described above, since the problem of inverse kinematics cannot be solved by a general-purpose computer, for example, when the above-mentioned teacher data is obtained by a general-purpose computer, it is obtained by replacing with the problem of forward kinematics. Described in.

【0027】尚、順キネマティクスの問題として汎用計
算機で解く場合、上記多関節ロボットの関節の角度 (θ
i)を乱数で求めると、所定の視角座標が得られない場合
があり (このとき、該乱数で求めた関節の角度 (θi)は
破棄せざるを得ない) 、効率が悪いことがある。
When solving the problem of forward kinematics with a general-purpose computer, the joint angle (θ
If i) is obtained by a random number, a predetermined visual angle coordinate may not be obtained (at this time, the joint angle (θi) obtained by the random number has to be discarded), which may be inefficient.

【0028】従って、汎用計算機で、逆キネマティクス
の問題として解く手法が存在する場合には、該汎用計算
機で、視角座標(X,Y,Z, α,S) に対する関節角度 (θi)
を求める方が効率的であるので、該教師データの求め
方は、特に、限定する必要はない。
Therefore, when a general-purpose computer has a method for solving the problem of inverse kinematics, the general-purpose computer has a joint angle (θi) with respect to the visual angle coordinates (X, Y, Z, α, S).
Since it is more efficient to obtain, it is not necessary to specifically limit the method of obtaining the teacher data.

【0029】そこで、例えば、ロボットの手先座標であ
る視覚座標(X,Y,Z, 〜) を入力データとしてニューラ
ルネットワーク 1に与え、多関節ロボットの関節角度
(θi)を求める場合の教師データは、該多関節ロボッ
トの関節角度 (θi)を与えて、その時のロボットの先端
の座標(X,Y,Z, 〜) を、テレビカメラ等を使用して測定
するようにして、順キネマティクスの問題として解いて
おき、ニューラルネットワーク 1での学習時には、該ロ
ボットの先端座標(X,Y,Z, 〜) を入力データとし、出
力として該多関節ロボットの関節角度 (θi)を出力させ
ることで、逆キネマティクスの問題の問題を解くことが
できるようになる。
Therefore, for example, the visual coordinates (X, Y, Z, ...) which are the hand coordinates of the robot are given as input data to the neural network 1, and the joint angles of the multi-joint robot are given.
The teacher data for obtaining (θi) is given the joint angle (θi) of the multi-joint robot, and the coordinates (X, Y, Z, ~) of the robot tip at that time are calculated using a TV camera or the like. As a measurement, solve as a problem of forward kinematics, and at the time of learning with the neural network 1, the tip coordinates (X, Y, Z, ...) of the robot are used as input data and the output of the articulated robot is output. By outputting the joint angle (θi), we can solve the inverse kinematics problem.

【0030】以下、図1を参照しながら、図2〜図11
によって、本発明のニューラルネットワークによる学習
方法を説明する。学習装置により、種々のニューラルネ
ットワークが考えられるが、ここでは、3層階層型のニ
ューラルネットワーク 1を例にして、以下に、具体的な
学習方法を説明する。
2 to 11 while referring to FIG.
The learning method by the neural network of the present invention will be described below. Although various neural networks are conceivable depending on the learning device, a specific learning method will be described below by taking the three-layer hierarchical neural network 1 as an example.

【0031】先ず、該3層階層型ニューラルネットワー
ク 1の学習には、ある入力データと、その入力データ
が該ニューラルネットワーク 1に入力された時に出力
して欲しい理想値を、教師データとして与える必要が
ある。尚、該入力データと、理想値の出力データの
組合わせを教師データということがあるが、ここでは、
便宜上、ある入力データに対する理想値である出力デ
ータを教師データと呼ぶことにする。
First, in order to learn the three-layer hierarchical neural network 1, it is necessary to give certain input data and ideal values to be output when the input data is input to the neural network 1 as teacher data. is there. The combination of the input data and the ideal output data may be referred to as teacher data, but here,
For convenience, output data that is an ideal value for certain input data will be referred to as teacher data.

【0032】又、本実施例では、説明の便宜上、4次元
座標(X,Y, α,S) とするが、一般には、前述のように6
次元座標となる。該入力データと、出力データとの
組合わせは、上記キネマティクスの世界では無限に存在
するので、例えば、乱数を用いて、入力データ空間を探
索し、その時に出力して欲しい出力を求める。
In the present embodiment, the four-dimensional coordinates (X, Y, α, S) are used for convenience of explanation, but in general, as described above,
It becomes dimensional coordinates. Since there are an infinite number of combinations of the input data and the output data in the kinematics world, for example, random numbers are used to search the input data space, and the output desired to be output at that time is obtained.

【0033】図2,図3に示した実施例では、図2(a)
に示したように、多関節ロボットの各関節の角度 (θ1,
θ2,〜) を乱数で与えて、そのときのロボットの先端の
座標(X,Y, α,S) を図2(b1),(b2) で示したテレビカメ
ラ(CAMERA1,2) 等を用いて測定し、学習時には、図3に
示したように、該ニューラルネットワーク 1の入力側
に、上記多関節ロボットの先端の座標(X,Y, α,S) を入
力し、出力として、該多関節ロボットの各関節の角度
(θ1,θ2,〜) を出力するようにする。
In the embodiment shown in FIGS. 2 and 3, FIG.
As shown in, the angle (θ1,
θ2, ~) is given as a random number, and the coordinates (X, Y, α, S) of the robot tip at that time are shown using the TV camera (CAMERA1,2) shown in Fig. 2 (b1), (b2). At the time of learning, the coordinates (X, Y, α, S) of the tip of the articulated robot are input to the input side of the neural network 1 at the time of learning, and the output of the multi-joint robot is set as shown in FIG. Angle of each joint of joint robot
Output (θ1, θ2, ~).

【0034】図5は、上記のように乱数で、該多関節ロ
ボットの各関節の角度 (但し、θ1,θ2)を与え、その時
の該多関節ロボットのの先端の座標 (但し、X,Y)を求め
た例(但し、データ数:100)を示している。
FIG. 5 gives the angles (however, θ1 and θ2) of the joints of the articulated robot by random numbers as described above, and the coordinates of the tip of the articulated robot at that time (however, X and Y). ) Is obtained (however, the number of data: 100).

【0035】図6は、上記のようにして求めた多関節ロ
ボットの先端の座標(X,Y) をニューラルネットワーク 1
の入力データとして与え、前記座標(X,Y) に対応する
多関節ロボットの各関節の前記角度 (θ1,θ2)を教師デ
ータとして、学習 (例えば、5000回の学習) したとき
の、該教師データに対応する先端座標(X,Y)(Oで示
す) と,学習結果に対応する先端座標(X,Y)(*で示す)
を示したものである。そして、図7は、上記図6に示し
た教師データ (θ1,θ2)と、学習データ (θ1,θ2)
に対応する上記入力データである先端座標(X,Y) の例
(例えば、30例)を示した図である。
FIG. 6 shows the coordinate (X, Y) of the tip of the articulated robot obtained as described above, which is calculated by the neural network 1
Given as the input data of the teacher, and the angles (θ1, θ2) of the joints of the multi-joint robot corresponding to the coordinates (X, Y) are used as the teacher data, the teacher when learning (for example, 5000 times of learning), Tip coordinates (X, Y) (indicated by O) corresponding to the data and tip coordinates (X, Y) (indicated by *) corresponding to the learning result
Is shown. FIG. 7 shows the learning data (θ1, θ2) and the training data (θ1, θ2) shown in FIG.
Example of tip coordinate (X, Y) which is the above input data corresponding to
It is a figure showing (for example, 30 examples).

【0036】上記のように、乱数を用いなくても、図
4,図8〜図10に示したように、ロボットの関節角度
θi を所定の分解能、図8の例では、例えば、10度の分
解能で分割し、その分割点に対応する該ロボットの先端
の座標(X,Y) を求めるようにしてもよい。この分割点に
関しては、予め、必要な精度が分かっている場合には、
その必要な精度に応じて、細かく取る領域, 荒くてもよ
い領域などに分けるようにしてもよい。以上の操作によ
って得られたn(本例では、100 ) 個のデータを用いて
学習を行う。
As described above, even if the random number is not used, the joint angle θi of the robot is set to a predetermined resolution as shown in FIGS. 4 and 8 to 10, for example, 10 degrees in the example of FIG. It is also possible to divide by the resolution and obtain the coordinates (X, Y) of the tip of the robot corresponding to the division point. Regarding this division point, if the required accuracy is known in advance,
Depending on the required accuracy, it may be divided into finely divided regions, rough regions, and the like. Learning is performed using n (100 in this example) data obtained by the above operation.

【0037】学習時には、図4(b)(本図では、3次元座
標となっているが、上記図8〜図10では、便宜上、2
次元)に示したように、該ロボットの先端の座標(X,Y)
を、ニューラルネットワーク 1の入力データとして与
え、その出力データとして、該多関節ロボットの各関
節の角度 (θ1,θ2)を求めるようにして、上記逆キネマ
ティクスの問題を解くようにする。
At the time of learning, FIG. 4B (three-dimensional coordinates are used in this figure, but in FIG. 8 to FIG.
Dimension), the coordinates (X, Y) of the tip of the robot
Is given as input data of the neural network 1, and the angles (θ1, θ2) of the joints of the multi-joint robot are obtained as its output data to solve the inverse kinematics problem.

【0038】上記図8〜図10は、上記のようにして求
めた多関節ロボットの先端の座標 (但し、2次元の X,
Y) をニューラルネットワーク 1の入力データとして
与え、その出力データとして、該多関節ロボットの各
関節の角度 (θ1,θ2)を求めたものである。該図8〜図
10は、前述の乱数で、該多関節ロボットの各関節の角
度を求める例で示した図5〜図7に対応したものであ
る。詳細な説明は省略する。
8 to 10 show the coordinates of the tip of the articulated robot obtained as described above (however, two-dimensional X,
Y) is given as the input data of the neural network 1, and the angles (θ1, θ2) of each joint of the articulated robot are obtained as the output data. 8 to 10 correspond to FIGS. 5 to 7, which are examples of obtaining the angles of the joints of the articulated robot with the random numbers described above. Detailed description is omitted.

【0039】上記の学習後、学習したデータと同じ, 又
は、別の、例えば、m個の入力データと、該入力デー
タに対応した出力データの教師データとを作成
し、該学習の終了したニューラルネットワーク 1の精度
の検査を行う。
After the above learning, the same or different, for example, m input data as the learned data and the teacher data of the output data corresponding to the input data are created, and the learning-completed neural network is created. Check network 1 for accuracy.

【0040】これには、上記新しく作成した入力データ
を、該ニューラルネットワーク 1に入力し、出力され
るデータと、上記教師データとの比較を行う。その
結果、誤差が所望の精度より悪かった入力データの周
辺部{図1の領域(イ) 参照}では、該教師データに
対応する入力データより細かく,又は、多くの入力デ
ータと,教師データの対データを作成し、該新しく
追加された入力データと,教師データを元に、学習
していく。該追加データによる学習を、所望の精度が得
られるまで繰り返す。(図1参照) 以上のニューラルネットワーク 1による学習方法によっ
て、精度の必要な部分(イ) で必要な精度を持つニュー
ラルネットワーク 1が得られる。しかも、全て、入力デ
ータと,教師データとを乱数で行う場合に比べて、
少ない学習時間で学習が可能である。
To this end, the newly created input data is input to the neural network 1, and the output data is compared with the teacher data. As a result, in the peripheral portion of the input data in which the error is worse than the desired accuracy (see the area (a) in FIG. 1), the input data corresponding to the teacher data is finer or more input data and the teacher data Pair data is created and learning is performed based on the newly added input data and the teacher data. The learning with the additional data is repeated until the desired accuracy is obtained. (See FIG. 1) By the learning method by the neural network 1 described above, the neural network 1 having the required accuracy can be obtained in the portion (a) where the accuracy is required. Moreover, compared with the case where input data and teacher data are all random numbers,
You can study with less learning time.

【0041】このように、本発明のニューラルネットワ
ークの学習方法は、入力データに対する出力データ
の教師データを学習して、補間された出力データを
出力するニューラルネットワーク 1において、入力デー
タの空間{例えば、ロボットの手先座標である視覚座
標(X,Y,Z, 〜) }を、所定の精度で分割し、各分割点視
覚座標(X,Y,Z, 〜) を入力データとしたときの出力デ
ータに対する教師データ{例えば、多関節ロボットの
関節角度 (θi)}を作成し、上記ニューラルネットワ
ーク 1に与えて学習する手段と, 該学習の終了後、該学
習したデータとは、例えば、別の教師データを作成し
て、該学習したニューラルネットワーク1の精度の検査
を行い、誤差が所望の精度より悪かった入力データの
周辺空間(イ) に対して、分割精度を細かくして、各分
割点の視覚座標(X,Y,Z, 〜) を入力データとしたとき
の出力データに対する教師データを作成して再学習
を行うようにして、必要な部分 (イ) で必要な精度を持
つニューラルネットワーク1を得ることができるように
した所に特徴がある。
As described above, according to the learning method of the neural network of the present invention, in the neural network 1 for learning the teacher data of the output data with respect to the input data and outputting the interpolated output data, the space of the input data {eg, Output data when the visual coordinates (X, Y, Z, ~), which are the hand coordinates of the robot, are divided with specified accuracy and the visual coordinates (X, Y, Z, ~) at each division point are used as input data. Means for creating teacher data (for example, joint angle (θi) of articulated robot) for giving to the neural network 1 and learning, and the learned data after completion of the learning are, for example, different teachers. The data is created, the accuracy of the learned neural network 1 is checked, and the division accuracy is finely divided for the peripheral space (a) of the input data where the error is worse than the desired accuracy, and each Neurals with the required accuracy in the required part (a) are created by creating teacher data for the output data when the visual coordinates of points (X, Y, Z, ...) are used as input data and performing retraining. The feature is that the network 1 can be obtained.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
ニューラルネットワークによる学習方法は、教師データ
が無限に存在する問題を、ニューラルネットワ−クに学
習させるのに、入力データに対する出力データの教
師データを学習して、出力データを出力するニュー
ラルネットワ−クにおいて、入力データの空間{例え
ば、ロボットの手先座標である視覚座標(X,Y,Z, 〜) }
を、所定の精度で分割し、各分割点の視角座標(X,Y,Z,
〜) を入力データとしたときの出力データに対する
教師データ{例えば、多関節ロボットの関節角度 (θ
i)}を作成し、上記ニューラルネットワ−クに与えて
学習し、該学習の終了後、該学習したデータとは、例え
ば、別の教師データ (同じであっても良い) を作成し
て、該学習したニューラルネットワ−クの精度の検査を
行い、誤差が所望の精度より悪かった入力データの周辺
空間に対して、分割精度を細かくして、各分割点の視角
座標(X,Y,Z, 〜) を入力データとしたときの出力デー
タに対する教師データを作成して再学習を行うよう
にしたものであるので、汎用計算機による数値計算では
解くことができない、逆キネマティクス問題を、できる
だけ少ない教師データで、所望の精度を確保することが
できる効果がある。
As described above in detail, in the learning method by the neural network of the present invention, in order to make the neural network learn the problem of infinite teacher data, the output data of the input data In the neural network that outputs the output data by learning the teacher data, the space of the input data {for example, the visual coordinates (X, Y, Z, ...) which are the hand coordinates of the robot}
Is divided with a predetermined accuracy, and the visual angle coordinates (X, Y, Z,
~) Is used as input data for output data (for example, joint angle (θ
i)} is created and given to the neural network to learn, and after the learning is completed, another learned data (may be the same) is created from the learned data, The accuracy of the learned neural network is inspected, and the accuracy of division is finely divided with respect to the peripheral space of the input data whose error is worse than the desired accuracy, and the visual angle coordinates (X, Y, Z , ~) Is used as input data to create teacher data for output data and re-learning is performed, so there are as few inverse kinematics problems as possible that cannot be solved by numerical calculation by a general-purpose computer. The teacher data has the effect of ensuring the desired accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の原理説明図FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle of the present invention.

【図2】本発明の一実施例を説明する図(その1)FIG. 2 is a diagram explaining an embodiment of the present invention (No. 1).

【図3】本発明の一実施例を説明する図(その2)FIG. 3 is a diagram explaining an embodiment of the present invention (No. 2).

【図4】本発明の他の実施例を説明する図FIG. 4 is a diagram for explaining another embodiment of the present invention.

【図5】教師データの求め方と学習結果の例を示した図
(その1)
FIG. 5 is a diagram showing an example of how to obtain teacher data and learning results (No. 1)

【図6】教師データの求め方と学習結果の例を示した図
(その2)
FIG. 6 is a diagram showing an example of how to obtain teacher data and learning results (No. 2)

【図7】教師データの求め方と学習結果の例を示した図
(その3)
FIG. 7 is a diagram showing an example of how to obtain teacher data and learning results (Part 3)

【図8】教師データの求め方と学習結果の例を示した図
(その4)
FIG. 8 is a diagram showing an example of how to obtain teacher data and learning results (Part 4).

【図9】教師データの求め方と学習結果の例を示した図
(その5)
FIG. 9 is a diagram showing an example of how to obtain teacher data and learning results (No. 5)

【図10】教師データの求め方と学習結果の例を示した
図(その6)
FIG. 10 is a diagram showing an example of how to obtain teacher data and learning results (part 6).

【図11】ニューラルネットワ−クによる学習方法を説
明する図(その1)
FIG. 11 is a diagram (part 1) illustrating a learning method using a neural network.

【図12】ニューラルネットワ−クによる学習方法を説
明する図(その2)
FIG. 12 is a diagram (part 2) for explaining a learning method using a neural network.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ニューラルネットワ−ク 10 ニューロン
素子 入力データ 出力データ 教師データ X,Y,Z,α,S, 〜 視覚座標 θ1,θ2,〜 多関節ロボットの各関節の角度
1 Neural network 10 Neuron element Input data Output data Teacher data X, Y, Z, α, S, ~ Visual coordinates θ1, θ2, ~ Angle of each joint of multi-joint robot

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】入力データ () に対する出力データ
()の教師データ()を学習して、出力データ
() を出力するニューラルネットワ−ク(1) におい
て、 入力データ () の空間を、所定の精度で分割し、有限
個の各分割点のデータを入力データ()としたときの
出力データ()に対する教師データ () を作成し、
上記ニューラルネットワ−ク(1) に与えて学習すること
を特徴とするニューラルネットワ−クによる学習方法。
1. The output data () is learned by learning the teacher data () of the output data () with respect to the input data ().
In the neural network (1) that outputs (), the space of the input data () is divided with a predetermined precision, and the output data () when the data of each finite number of division points is used as the input data () Create teacher data () for
A learning method by means of a neural network, characterized in that the learning is performed by applying it to the neural network (1).
【請求項2】入力データ () に対する出力データ
()の教師データ()を学習して、出力データ
() を出力するニューラルネットワ−ク(1) におい
て、 乱数を用いて、入力データ () の空間を探索し、有限
個の入力データ ()を求め、該求めた入力データ ()
に対する出力データ()の教師データ () を作成
して、上記ニューラルネットワ−ク(1) に与えて学習す
ることを特徴とするニューラルネットワ−クによる学習
方法。
2. The output data () is learned by learning the teacher data () of the output data () with respect to the input data ().
In the neural network (1) that outputs (), a random number is used to search the space of the input data (), a finite number of input data () is obtained, and the obtained input data ()
A learning method using a neural network, which is characterized in that the teacher data () of the output data () for (1) is created and given to the neural network (1) for learning.
【請求項3】上記の学習方法において、学習の終了後、
該学習したデータとは別の,又は、同じ教師データ
()を作成して、該学習したニューラルネットワ−ク
(1) の精度の検査を行い、誤差が所望の精度より悪かっ
た入力データ () の周辺空間(イ)に対して、分割精
度を細かくして、或いは、乱数を用いて、該入力データ
() の空間を探索して、各分割点, 或いは、探索点の
入力データ () を求め、該求めた入力データ () に
対する出力データ()の教師データ () を作成し
て、上記ニューラルネットワ−ク(1) に与えて学習する
ことを繰り返して、学習することを特徴とする請求項
1,又は、請求項2に記載のニューラルネットワ−クに
よる学習方法。
3. In the above learning method, after completion of learning,
The learned neural network is created by creating teacher data () different from or the same as the learned data.
The accuracy of (1) is checked, and the input data whose error is worse than the desired accuracy is divided into small spaces or a random number is used for the input data () around the input data.
The space of () is searched to find the input data () at each division point or the search point, the teacher data () of the output data () for the obtained input data () is created, and the above neural network is created. -The learning method by the neural network according to claim 1 or 2, wherein the learning is performed by repeating learning by giving it to the (1).
【請求項4】上記の学習方法において、該入力データ
() として、ロボットの手先座標の視覚座標(X,Y,Z,
〜) データであり、学習する出力データ () として、
多関節ロボットの関節角度 (θi)データであることを特
徴とする請求項1,2,3に記載のニューラルネットワ
−クによる学習方法。
4. The input data in the above learning method
As (), the visual coordinates (X, Y, Z,
~) Data, and as the output data () to be learned,
4. The learning method by the neural network according to claim 1, wherein the learning data is joint angle (.theta.i) data of an articulated robot.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6466924B1 (en) 1997-12-02 2002-10-15 Denso Corporation Verification method of neural network and verification apparatus thereof
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