2020 Fiscal Year Annual Research Report
Cooperative autonomous learning system for collaborative robots using task context learning and task memory management
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20J13760
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
北川 晋吾 東京大学, 情報理工学系研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2022-03-31
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| Keywords | ロボットマニピュレーション / 教示学習 / 遠隔操縦 / インターフェース / ヒューマンロボットインタラクション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和2年度は,対話的作業教示のための教示インターフェースの提案・設計・開発と,遠隔操縦教示のための遠隔操縦システムと作業記憶活用管理システムの開発を行った.以下にそれぞれの概要について記す.
まず本研究で開発した教示インターフェースは,これまでのロボットの手先座標を操縦するインターフェース(手先指向型インターフェース)とは異なり,対象物体の接触状況や位置・姿勢などの幾何物理拘束を直接表現する対象物体指向型インターフェースである.この教示インターフェースは各面に実装されている近接センサと中央に配置されたIMUを用いることでユーザ・環境からの接触と位置・姿勢変化を計測し,その計測データに基づいて教示インターフェースに対してユーザが表現している幾何物理拘束と同様の拘束を実現するようにロボットが対象物体を操作する.提案した教示インターフェースを用いることで，ユーザはあたかも対象物体が目の前にあるかのように,教示インターフェースに対して操作を行い,ロボットはユーザが教示インターフェースに対して行った操作をと同様の操作を対象物体に対して行うことができる.
さらに，本年度は対話的作業教示の中でも特に遠隔操縦に着目し,VRデバイスを用いた遠隔操縦における遠隔操縦システムを開発し,日本科学未来館から約10km離れた東京大学にある遠隔ロボットをロボット経験の少ない一般参加者に操縦してもらい,その操縦に基づく作業記憶を管理活用するシステムの基盤を構築した.本実験ではロボット経験の少ない一般参加者でもロボットを操縦しやすい視聴覚統合型遠隔操縦システムを開発し,遠隔操縦システムのユーザビリティを評価軸とした評価手法を提案した.
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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
令和２年度は，対話的作業教示のための教示インターフェースの提案・設計・開発と，遠隔操縦教示のための遠隔操縦システムと作業記憶活用管理システムの開発を行った．以下にそれぞれの進捗状況について記す．
本年度開発した対話的作業教示のための教示インターフェースは，これまでの力覚フィーどバック機能を有した手先指向型インターフェースとは異なり，目の前にあるデバイスをあたかも対象物体のように扱うことでロボットに作業を教示するものであり，これは直感的かつロボットと人間が対話的に作業を教示するために必須であると考える．このインターフェースを提案からロボットを用いた実証実験まで行えたことは，協調文脈学習の研究に大きく貢献していると考える．
さらに本年度開発した遠隔操縦システムと作業記憶活用管理システムは，本研究の目標であるロボットによる作業横断的学習システムの根幹となるシステムであり，開発したシステムの有効性を検証するためにロボット経験の少ない一般参加者を対象として実験を行い，評価手法を確立したことは作業記憶活用の研究に大きく貢献していると考える．
以上の理由から本年度の研究進捗は当初の計画以上の進展をみせていると評価できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策としては，本年度開発した教示インターフェースを遠隔操縦システムと作業記憶活用管理システムに統合することで，ロボット経験の少ない一般参加者や海外の研究協力者など多人数を対象とした検証実験を行う予定である．まず開発した教示インターフェースを改良・量産することで，物体・物体間や物体・環境間の幾何物理拘束のある更に複雑な作業の教示を行えるようにし，同時に遠隔操縦システムのユーザ補助機能を強化することでより複雑な作業を一般参加者が行えるようにする．そして，改良した教示インターフェースと遠隔操縦システムから効率的に収集されたロボット操作情報を教示指令として収集し，その教示指令からオンライン自律学習を行う遠隔操縦システムを構築することで，開発システムの人環境適応性を向上する．最終的には，人環境適応性を向上させることで本年度開発した作業記憶活用管理システムから，ロボットの動作や周囲環境の状況などの作業記憶を状況に応じて想起し，自律的に学習していく作業横断的学習システムを構築していく．
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