2016 Fiscal Year Research-status Report
マルチタスク環境におけるCPGと強化学習を用いた多脚ロボットの行動獲得
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15K00355
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| Research Institution | Matsue National College of Technology |
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Principal Investigator |
堀内 匡 松江工業高等専門学校, 電子制御工学科, 准教授 (50294129)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 知能ロボティクス / ニューラルネットワーク / 強化学習 / 行動獲得 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，CPG（Central Pattern Generator）と強化学習を用いて，実機の多脚ロボットが障害物を回避しながら目標地点に到達するなどの複数タスクを遂行する歩行動作の獲得を実現する．そのために，それぞれのタスクを遂行する各行動モジュールをCPGと強化学習を用いて実現する．さらに，多脚ロボットの状況に応じて，行動モジュールの出力を統合する上位モジュールを導入したマルチタスク環境での行動学習システムを構築する．CPGは，生物におけるリズム運動を生成する神経振動子モデルであり，本研究では結合振動子系を用いて実現する．
昨年度に，本研究の第一目的である「CPGと強化学習を用いた多脚ロボットの目標到達の歩行動作獲得（行動モジュール1）」および第二目的である「CPGと強化学習を用いた多脚ロボットの障害物回避の歩行動作獲得（行動モジュール2）」をすでに実現している．
本年度は，本研究の第三目的である「複数の行動モジュールの出力を統合する機能の実現」を図り，四脚ロボットを対象として，シミュレーション環境および実機環境における実験を通して，その有効性を確認した．また，四脚ロボットに手のひらサイズの小型高性能コンピュータRaspberry PiとWebカメラを搭載し，画像処理と強化学習とCPGのすべての処理をロボット上で行う完全自律化を実現した．さらに，深層学習と強化学習を組み合わせた深層強化学習の導入についても検討を開始した．
これらの研究成果に関して，知能と情報（日本知能情報ファジィ学会誌），ICIC Express Letters Part B: Applications，電気学会電子・情報・システム部門大会，日本知能情報ファジィ学会中国・四国支部大会などにおいて，成果発表を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では，CPGと強化学習を用いて，実機の多脚ロボットが障害物を回避しながら目標地点に到達するなどの複数タスクを遂行する行動獲得の実現を目指している．昨年度に，本研究の第一目的である「CPGと強化学習を用いた多脚ロボットの目標到達の歩行動作獲得（行動モジュール1）」および第二目的である「CPGと強化学習を用いた多脚ロボットの障害物回避の歩行動作獲得（行動モジュール2）」を実現した．本年度は，本研究の第三目的である「複数の行動モジュールの出力を統合する機能の実現」を図り，四脚ロボットを対象として，シミュレーション環境および実機環境における実験を通して，その有効性を確認した．また，四脚ロボットに小型高性能コンピュータRaspberry PiとWebカメラを搭載し，すべての処理をロボット上で行う完全自律化を実現した．さらに，複数個体の自律型四脚ロボットを対象としたフォーメーション制御，ヘビ型ロボットの目標到達行動の獲得，深層学習と強化学習を組み合わせた深層強化学習の導入，などについて検討した．これらの成果の一部を雑誌論文（査読付論文）として投稿し，採録された．以上の本研究の進展を踏まえて，現在までの進捗状況は当初の計画以上に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，本研究の更なる発展の方向性として，凸凹のある不整地環境での実機実験，ロボカップサッカー小型リーグのフィールドなどを利用した広いフィールドでの実機実験，複数個体の自律型四脚ロボットを用いたロボット間の衝突回避と目標到達の行動獲得，深層強化学習の実機ロボットへの応用，などについて検討する．いずれの実機ロボットにおいても，小型高性能コンピュータRaspberry PiとWebカメラを搭載することにより，ロボットの完全自律化を図り，さまざまな場所で実機実験ができるようにする．
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Research Products
(12 results)
