知能ロボットによる模倣の構成論的研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13GS0006
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 佐藤 知正 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 教授 (50235371)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森 武俊 東京大学, 大学院・情報学環, 助教授 (20272586) ; 國吉 康夫 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 助教授 (10333444) ; 稲葉 雅幸 東京大学, 大学院・情報学環, 教授 (50184726) ; 稲邑 哲也 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 講師 (20361545) ; 田所 諭 神戸大学, 工学部, 助教授 (40171730)
• Keywords: 模倣知能 / 構成論的アプローチ / 行動理解 / 動作認識 / 全身行動 / 観察学習 / 型真似模倣 / 動作模倣

Research Abstract

行動観察・認識システムの構築:
人の動作に関する知識を元に排他性・同時性・階層性などの動作概念間の構造を利用した日常動作の認識システムを実装した。また、認識対象である行動体の入出力関係を観測し、情報理論と統計理論に基づきその行動を支配する力学法則を厳密に推定する新たな手法を構築した。
行動生成・修正システム:
以下の4手法を実現した。(1)全身動作を言葉によって修正するための「副詞」に相当する概念の幾何学空間における表現手法とそれを応用した行動修正手法。(2)ヒューマノイドの手先を人間が持ち、文字通り手を取って行動をリアルタイムに修正しつつ行動を誘発する手法。(3)行動修正のための注意機構と、注意点として着目すべき対象の抽象化。(4)行動の経験蓄積と予測機構に基づく文脈と環境に沿った行動誘引機構。
模倣のモデル:
模倣においては、行為の達成の決め手となる情報を相手の行動の観察から抽出し、自己の行動の生成に活用することが重要であるが、その具体例としてダイナミック起き上がり動作を取り上げ、モーションキャプチャ、視覚認知の心理実験、身体動作空間の数値探索、等身大ヒューマノイドによる実行の各アプローチを統合し、決め手となる情報の具体的解明を進めた。また、人間がもっている類似度評価の機能を、姿勢に関する表現方法と各部位への注目度の2点に着目し解析し、従来の手法よりも人間の直感と合う定量的な姿勢類似度評価が可能となった。
行動模倣学習システム:
大まかな動作知識に基づき多指ハンドにより未知の対象物に働きかけ、その結果生じる運動を指の動きを通して観測し、これに統計的学習手法を適用することで、動作スキルを抽出・改善することを可能とした。.また、確率モデルに基づき机上動作の単位動作をクラスタリングにより自動的に抽出する手法により、各々に意味づけ可能な単位動作の取得を可能とした。さらに、不整地歩行する人間の足探り動作のプリミティブな動作スキルを運動・知覚・意図・環境からなるモデル上での表現を行い、レスキューロボットの模倣システム構築のために、特徴量ネットワークの動的な成長機構をFDNetとして実装し、ネットの編集システムを構成することによって足探りの認知モデルを用いて人間と同様の足探り動作を実現した。

Research Products

• [Publications] Tomomasa Sato, Yuichiro Genda, Hideyuki Kubodera, Taketoshi Mori, Tatsuya Harada: "Robot Imitation of Human Motion based on Qualitative Description from Multiple Measurement of Human and Environmental Data"Proceedings of the 2003 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. 2377-2384 (2003)
• [Publications] Masamichi Shimosaka, Taketoshi Mori, Tatsuya Harada: "Recognition of Human Daily Life Action and Its Performance Adjustment based on Support Vector Learning"The Third IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots. 1-17 (2003)
• [Publications] Rui Fukui, Hiroshi Morishita, Tomomasa Sato: "Expression Method of Human Locomotion Records for Path Planning and Control of Human-symbiotic Robot System based on Spacial Existence Probability Model of Humans"Proceedings of the 2003 IEEE International Conference on Robots and Automation. 4178-4184 (2003)
• [Publications] 佐藤 知正, 久保寺 秀幸, 源田 雄一郎, 森 武俊, 原田 達也: "人間動作の確率的表現・評価に基づく典型的動作軌道の獲得"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'03講演論文集. 1A1-3F-C4(1)-1A1-3F-C4(2) (2003)
• [Publications] 森 武俊, 星名 真幸, 森下 広, 原田 達也, 佐藤 知正: "センシングフロアによる人の識別・追跡"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'03講演論文集. 1A1-1F-A2(1)-1A1-1F-A2(2) (2003)
• [Publications] 森 武俊, 高田 有時, 野口 博史, 原田 達也, 佐藤 知正: "センシングルームにおける情報統合利用システム"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'03講演論文集. 1A1-1F-B6(1)-1A1-1F-B6(2) (2003)
• [Publications] 森 武俊, 下坂 正倫, 原田 達也, 佐藤 知正: "SVMカーネルバラメータ最適化を利用した日常動作認識における重要運動情報の発見"第21回日本ロボット学会学術講演会. 2J18 (2003)
• [Publications] 佐藤 知正, 久保寺 秀幸, 源田 雄一郎, 原田 達也, 森 武俊: "日常生活における人間動作の定性表現に基づく典型的作業の獲得"第21回日本ロボット学会学術講演会. 2J21 (2003)
• [Publications] 下坂 正倫, 森 武俊, 原田 達也, 佐藤 知正: "Support Vector Machineを利用した日常動作認識システムの実現"第21回日本ロボット学会学術講演会. 2J23 (2003)
• [Publications] 下坂 正倫, 森 武俊, 瀬川 友史, 原田 達也, 佐藤 知正: "FisherKernelを利用した日常動作の時系列認誠"第21回日本ロボット学会学術講演会. 2J24 (2003)
• [Publications] 原田 達也, 高松 洋亘, 田岡 創, 森 武俊, 佐藤 知正: "人間による動作模倣における動作困難性と必要提示部位"第21回日本ロボット学会学術講演会. 2J25 (2003)
• [Publications] 野口 博史, 森 武俊, 原田 達也, 佐藤 知正: "部屋環境内分散センサ管理利用のためのネットワークシステム"第21回日本ロボット学会学術講演会. 3K26 (2003)
• [Publications] 森 武俊, 瀬川 友史, 下坂 正倫, 佐藤 知正: "動作の階層構造に着目した隠れマルコフモデルによる日常動作認識"第4回計測自動制御学会システムインテグレーション部門学術講演会SI2003. 301-302 (2003)
• [Publications] Masayuki Inaba, Ikuo Mizuuchi, Ryosuke Tajima, Tomoaki Yoshikai, Daisuke Sato, Koichi Nagashima, Hirochika Inoue: "Building Spined Muscle-Tendon Humanoid"Robotics Research : The Tenth International Symposium. 113-130 (2003)
• [Publications] Ikuo Mizuuchi, Shigenori Yoshida, Masayuki Inaba, Hirochika Inoue: "The Development and Control of the Flexible-Spine of a Human-Form Robot"Advanced Robotics. Vol.17, No.2. 179-196 (2003)
• [Publications] T.Yoshikai, I.Mizuuchi, D.Sato, S.Toshida.M.Inaba, H.Inoue: "Behavior System Design and Implementation in Spined Musle-Tendon Humanoid 'Kenta'"Journal of Robotics and Mechatronics. Vol.15, No.2. 143-152 (2003)
• [Publications] Kei Okada, Masayuki Inaba, Hirochika Inoue: "Integration of Real-time Binocular Stereo Vision and Whole Body Information for Dynamic Walking Navigation of Humanoid Robot"Proceedings of International Conference on Multisensor Fusion and Integration for Intelligent Systems (MFI'03). 131-136 (2003)
• [Publications] Tomoaki Yoshikai, Shigenori Yoshida, Ikuo Mizuuchi, Daisuke Sato, Masayuki Inaba, Hirochika Inoue: "Multi-sensor guided behaviors in whole body tendon-driven humanoid "Kenta""Proceedings of the 2003 IEEE Conference on Multisensor Fusion and Integration for Intelligent Systems(MFI). 9-14 (2003)
• [Publications] Takashi Ogura, Kei Okada, Masayuki INABA, Hirochika INOUE: "Behavior Network Acquisition in Multisensor space for Whole-Body Humanoid"Proceedings of International Conference on Multisensor Fusion and Integration for Intelligent Systems. 317-322 (2003)
• [Publications] Tomohiro Kawaji, Kei Okada, Masayuki INABA, Hirochika INOUE: "Human Robot Interaction through Integrating Visual Auditory Information with Relaxation Method"Proceedings of International Conference on Multisensor Fusion and Integration for Intelligent Systems. 323-328 (2003)
• [Publications] Ikuo Mizuuchi, Tomoaki Yoshikai, Daisuke Sato, Shigenori Yoshida, Masayuki Inaba, Hirochika Inoue: "Behavior Developing Environment for the Large-DOF Muscle-Driven Humanoid Equipped with Numerous Sensors"Proceedings of the 2003 IEEE International Conference on Robotics & Automation. 1940-1945 (2003)
• [Publications] Kei Okada, Masayuki INABA, Hirochika INOUE: "Walking Navigation System of Humanoid Robot using Stereo Vision based Floor Recognition and Path Planning with Multi-Layered Body Image"Proceedings of the 2003 IEEE/RSJ Intl.Conference on Intelligent Robots and Systems. 2155-2160 (2003)
• [Publications] Kei Okada, Yasuyuki Kino, Masayuki INABA, Hirochika INOUE: "Visually-based Humanoid Remote Control System under Operator's Assistance and it's Application to Object Manipulation"Proceedings of Third IEEE International Conference on Humanoid Robots. 2003 (2003)
• [Publications] 水内郁夫, 和井田博則, 中西雄飛, 吉海智晃, 稲葉雅幸, 井上博允: "筋の追加・配置変更が容易な人間規範筋骨格型ロボットの腰脚部"第21回日本ロボット学会学術講演会講演論文集. 1C29 (2003)
• [Publications] 水内郁夫, 中西雄飛, 吉海智晃, 稲葉雅幸, 井上博允: "冗長筋骨格型ヒューマノイドの身体情報を獲得するソフトウェアシステム"第21回日本ロボット学会学術講演会講演論文集. 1C2a (2003)
• [Publications] 吉海智晃, 水内郁夫, 稲葉雅幸, 井上博允: "連続タスクにおける強化学習手法を用いたとヒューマノイドKentaの型模倣行動獲得"第21回日本ロボット学会学術講演会講演論文集. 2A28 (2003)
• [Publications] 池谷公志, 國吉康夫, 稲葉雅幸, 井上博允: "連想記憶モデルを用いた予測機構に基づく原初的視覚における注視行動のモデル化"第21回日本ロボット学会学術講演会講演論文集. 3B16 (2003)
• [Publications] 水内郁夫, 和井田博則, 吉海智晃, 中西雄飛, 稲葉雅幸, 井上博允: "筋骨格脊椎ヒューマノイドとその節駆動腰脚部の構成法に関する研究"第24回バイオメカニズム学術講演会SOBIM2003講演予稿集. 21-24 (2003)
• [Publications] 吉海 智晃, 西田 武史, 大竹 智尚, 水内 郁夫, 稲葉 雅幸, 井上博允: "冗長干渉駆動系の制御戦略模索のための筋配置可変型ハンドの開発"第24回バイオメカニズム学術講演会SOBIM2003予稿集. 29-32 (2003)
• [Publications] 吉田 成徳, 水内 郁夫, 岡田 慧, 金広 文男, 稲葉 雅幸, 井上博允: "モーションキャプチャデータの分節・学習・評価機構をプログラム可能な模倣システム"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'03講演論文集. 2A1-1F-F3 (2003)
• [Publications] 吉田 成徳, 水内 郁夫, 吉海 智晃, 佐藤 大輔, 稲葉 雅幸, 井上 博允: "注意行動遷移ネットワークABC-Netに基づくヒューマノイド行動記述"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'03講演論文集. 2P2-1F-E3 (2003)
• [Publications] 吉海智晃, 水内郁夫, 稲葉雅幸, 井上博允: "聴覚反応行動のための音情報処理系の構築と腱太における実装"ロボティクス・メカトロニクス講演会'03講演論文集. 2A1-1F-E4 (2003)
• [Publications] A.Nagakubo, Y.Kuniyoshi, G.Cheng: "The ETL-Humanoid System -- A High-Performance Full Body Humanoid System for Versatile Real World Interaction"Advanced Robotics. 17・2. 149-164 (2003)
• [Publications] Yasuo Kuniyoshi, Moriaki Shimozaki: "A Self-Organizing Neural Model for Context-Based Action Recognition"Proceedings of IEEE EMBS Conference on Neural Engineering. 442-444 (2003)
• [Publications] Yasuo Kuniyoshi, Yasuaki Yorozu, Masayuki Inaba, Hirochika Inoue: "From Visuo-Motor Self Learning to Early Imitation -- A Neura Architecture for Humanoid Learning"Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation. 3132-3139 (2003)
• [Publications] Tomoyuki Yamamoto, Yasuo Kuniyoshi: "Flexibility of Human Rising : towards understanding and design of complex dynamical behaviors"Proceedings of CLAWARO3. 27-34 (2003)
• [Publications] Moriaki Shimozaki, Yasuo Kuniyoshi: "Integration of Spatial and Temporal Contexts for Action Recognition by Self Organizing Neural Networks"Proceedings of IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems. 2385-2391 (2003)
• [Publications] Koji Terada, Yoshiyuki Ohmura, Yasuo Kuniyoshi: "Analysis and Control of Whole Body Dynamic Humanoid motion -Experiments on a Roll-and-Rise Motion"Proceedings of IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems. 1382-1387 (2003)
• [Publications] Yoshiyuki Ohmura, Koji Terada, Yasuo Kuniyoshi: "Analysis and Control of Whole Body Dynamic Humanoid Motion -- Experiments on a Roll-and-Rise Motion"Proceedings of International Conference on Humanoid Robotics. CD-ROM. (2003)
• [Publications] Y.Kuniyoshi, Y.Ohmura, K.Terada, T.Yamamoto, A.Nagakubo: "Exploiting the Global Dynamics Structure of Whole-Body Humanoid Motion - Getting the "Knack" of Roll-and-Rise Motion"Proceedings of International Symposium on Robotics Research. (2003)
• [Publications] 寺田耕志, 大村吉幸, 國吉康夫: "ヒューマノイドロボットのダイナミックな起き上がり運動の解析と制御"第21回日本ロボット学会学術講演会. 2A15 (2003)
• [Publications] 大村吉幸, 寺田耕志, 國吉康夫: "ヒューマノイドの全身ダイナミック動作の実現"第21回日本ロボット学会学術講演会. 2A16 (2003)
• [Publications] 池谷公志, 國吉康夫, 稲葉雅幸, 井上博允: "連想記憶モデルを用いた予測機構に基づく原初的視覚における注視行動のモデル化"第21回日本ロボット学会学術講演会. 3B16 (2003)
• [Publications] 深野亮, 小林匠, 篠原雄介, 國吉康夫: "多指ハンドによる物体への働きかけとなじみに基づく物体操作学習情報の抽出"第21回日本ロボット学会学術講演会. 3B19 (2003)
• [Publications] 米倉将吾, 國吉康夫: "行動戦略切り替えのための神経回路網における非線形共鳴マップの創発"第21回日本ロボット学会学術講演会. 3B35 (2003)
• [Publications] 大村吉幸, 國吉康夫: "ヒューマノイドの関節に内蔵されたトルクセンサを用いた関節フリー制御"第21回日本ロボット学会学術講演会. 3D18 (2003)
• [Publications] 岡本匡史, 國吉康夫: "時間差ヒストグラムと大津の方法を用いたブラインド音源分離"第21回日本ロボット学会学術講演会. 3F11 (2003)
• [Publications] 吉井強, 大津展之, 國吉康夫: "移動ロボットにおける随伴行動の適応的生成"第21回日本ロボット学会学術講演会. 3J26 (2003)
• [Publications] 國吉康夫: "ロボットの知能 -創発実体主義の挑戦-"計測と制御. 42・6. 497-503 (2003)
• [Publications] Masashi Konyo: "Wearable Haptic Interface Using ICPF Actuators for Tactile Feel Display in Response to Hand Movements"Journal of Robotics and Mechatronics. 15・2. 219-226 (2003)
• [Publications] Masashi Konyo: "Tactile Feel Display for Virtual Active Touch"Proceedings of the IEEE International Conference on Intelligent Robotics and Systems. 3744-3750 (2003)
• [Publications] Masashi Konyo: "Development of Velocity Sensor Using Ionic Polymer-Metal Composites"Proceedings of SPIE Smart Structure and Materials 2004 Electroactive Polymer Actuators and Devices. (発表予定). (2004)
• [Publications] Yoshihisa Koji: "Flat-distributed network architecture (FDNet) for rescue robots"Proceedings of the IEEE International Conference on Intelligent Robotics and Systems. 2392-2397 (2003)
• [Publications] Yoshihisa Koji: "Flat-distributed network architecture(FDNet) for rescue robots -FDNet and its implementation-"Proceedings of IEEE International Symposium an Computational Intelligence in Robotics and Automation. 235-240 (2003)
• [Publications] Kenichi TOKUDA: "Estimation of fragile ground by foot pressure sensor of legged robot"Proceedings of the 2003 IEEE/ASME AIM2003. 447-453 (2003)
• [Publications] 昆陽 雅司: "人間とロボットの共通認知モデルを介したアクティブタッチの模倣システム"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'03講演論文集. 1P1-3F-C3 (2003)
• [Publications] 小西 芳樹: "ICPFセンサを用いた触感センサの研究"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'03講演論文集. 1A1-3F-B7 (2003)
• [Publications] 昆陽 雅司: "ICPFアクチュエータを用いた触感デイスプレイの研究 第8報:柔らかさ呈示手法の検討"第21回日本ロボット学会学術講演会論文集. 3F33 (2003)
• [Publications] 小西 芳樹: "ICPFセンサに関する研究 第3報:触覚センサによる速度ベクトルの推定"第21回日本ロボット学会学術講演会論文集. 3E35 (2003)
• [Publications] 昆陽 雅司: "高分子ゲルアクチュエータを用いた皮膚表面刺激による柔らかさの呈示"計測自動制御学会第4回システムインテグレーション部門学術講演会論文集. 420-421 (2003)
• [Publications] 糀 幸久: "レスキューロボットのための水平分散アーキテクチャFDNet -第二報:時系列処理のための仕様と実装-"第21回日本ロボット学会学術講演会. 2B11 (2003)
• [Publications] 糀 幸久: "レスキューロボットのための水平分散アーキテクチャFDNet 第三報:レスキューロボットRoQにおける特徴量ネットワークの構成とその動作"計測自動制御学会第4回システムインテグレーション部門学術講演会論文集. 31-32 (2003)
• [Publications] 糀 幸久: "レスキューロボットのための水平分散アーキテクチャFDNetとその実装"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'03講演論文集. 2P1-3F-E2 (2003)
• [Publications] 延廣 秀之: "模倣動作生成のための動作特徴量の抽出と環境特徴量の推定"第21回日本ロボット学会学術講演会論文集. 2L15 (2003)
• [Publications] 延廣 秀之: "模倣ロボットのための特徴量ネットワーク設計 〜人間観察に基づく足探り動作特徴量の生成〜"計測自動制御学会第4回システムインテグレーション部門学術講演会論文集. 690-691 (2003)
• [Publications] Alain PUJOL: "FDNET Module development for an extensible architecture"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'03講演論文集. 2P1-3F-E4 (2003)
• [Publications] 徳田 献一: "レスキューロボットRoQのための分散センシングシステムの構築"計測自動制御学会第4回システムインテグレーション部門学術講演会論文集. 692-693 (2003)
• [Publications] Alain PUJOL: "レスキーロボットのための水平分散アーキテクチャFDNet 第四報 挙動視覚化システムの設計"計測自動制御学会第4回システムインテグレーション部門学術講演会論文集. 33-34 (2003)
• [Publications] 國吉康夫: "AI事典 第2版 (「模倣」および「環境との相互作用」の項目)"共立出版. 4 (2003)