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2020 年度 実績報告書

自己と他者の動作データからの内部モデルの構築と行動則の獲得

計画研究

研究領域人工知能と脳科学の対照と融合
研究課題/領域番号 16H06565
研究機関京都大学

研究代表者

森本 淳  京都大学, 情報学研究科, 教授 (10505986)

研究期間 (年度) 2016-06-30 – 2021-03-31
キーワードロボティクス / 機械学習
研究実績の概要

脳に学んだ計算原理に基づいて自己や他者の動作データから身体や外界の内部モデルを構築するロボット学習アルゴリズムの開発をおこなった。制御対象のモデルが既知(つまり計算機内に表現可能)であり、時間の制約がなくオフラインでの制御器の導出が許される場合は、モデル予測制御を用いたアプローチが多自由度ロボットの制御に有用である。しかし、実環境でのロボットのリアルタイム制御をおこなう場合においては、特に衝突や接触などの実環境を反映したモデルを計算機内に表現することがむずかしく、また制御周期内に制御器導出のための最適化計算が収まらないなどの問題があり、一般には逐次的に最適制御問題を解くアプローチのそのままの活用は容易ではない。本年度おいては、脳の階層的な制御システムを参考に、上位階層においてモデル予測制御により多様な動作目的にあわせた制御器を導出することを可能としながら、中間の階層においてモーションキャプチャした人の動作データからパターン生成器を構成、動作生成の探索範囲を誘導、下位階層においては短い制御周期での計算が可能な目標軌道追従制御を導入することを提案した。これによって、前年度まで開発した手法に比べ、上位階層での最適化のための計算時間を長く取ることができるようになり、ヒューマノイドロボットをはじめとする多自由度ロボットにおいてリアルタイムでより多様な動作生成が可能な方法論となった。下位階層での柔軟な関節制御の実現は実システムへの実装過程における接触・衝突の扱いの難しさを緩和する。学習試行を通じてその柔軟さを適応させながら、モデル予測制御に用いる内部モデルを更新するアルゴリズムの実装により、ヒューマノイドロボットモデルにおいて多様な動作生成を達成した。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 3件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] ヨージェフ・ステファン研究所(スロベニア)

    • 国名
      スロベニア
    • 外国機関名
      ヨージェフ・ステファン研究所
  • [雑誌論文] Implicit Contact Dynamics Modeling With Explicit Inertia Matrix Representation for Real-Time, Model-Based Control in Physical Environment2022

    • 著者名/発表者名
      Takeshi D. Itoh, Koji Ishihara, Jun Morimoto
    • 雑誌名

      Neural Computation

      巻: 34 ページ: 360-377

    • DOI

      10.1162/neco_a_01465

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Deep learning, reinforcement learning, and world models2022

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Matsuo, Yann LeCun, Maneesh Sahani, Doina Precup, David Silver, Masashi Sugiyama, Eiji Uchibe, Jun Morimoto
    • 雑誌名

      Neural Networks

      巻: 152 ページ: 267-275

    • DOI

      10.1016/j.neunet.2022.03.037

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Composing an Assistive Control Strategy Based on Linear Bellman Combination From Estimated User's Motor Goal2021

    • 著者名/発表者名
      Jun-ichiro Furukawa, Jun Morimoto
    • 雑誌名

      IEEE Robotics and Automation Letters

      巻: 6 ページ: 1051 - 1058

    • DOI

      10.1109/LRA.2021.3051562

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Collaborative Filtering Approach Toward Plug-and-Play Myoelectric Robot Control2021

    • 著者名/発表者名
      Jun-ichiro Furukawa, Shinya Chiyohara, Tatsuya Teramae, Asuka Takai, Jun Morimoto
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Human-Machine Systems

      巻: 51 ページ: 514-523

    • DOI

      10.1109/THMS.2021.3098115

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Parallel and hierarchical neural mechanisms for adaptive and predictive behavioral control2021

    • 著者名/発表者名
      Tom Macpherson, Masayuki Matsumoto, Hiroaki Gomi, Jun Morimoto, Eiji Uchibe, Takatoshi Hikida
    • 雑誌名

      Neural Networks

      巻: 144 ページ: 507-521

    • DOI

      10.1016/j.neunet.2021.09.009

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 全身のダイナミクスを考慮した最適制御2021

    • 著者名/発表者名
      石原 弘二, 森本 淳
    • 雑誌名

      日本ロボット学会誌

      巻: 39 ページ: 597-600

    • DOI

      10.7210/jrsj.39.597

  • [雑誌論文] Phase portraits as movement primitives for fast humanoid robot controls2020

    • 著者名/発表者名
      Guilherme Maeda, Okan Koc, Jun Morimoto
    • 雑誌名

      Neural Networks

      巻: 129 ページ: 109-122

    • DOI

      10.1016/j.neunet.2020.04.007

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Training of deep neural networks for the generation of dynamic movement primitives2020

    • 著者名/発表者名
      Rok Pathic, Barry Ridge, Andrej Gams, Jun Morimoto, Ales Ude
    • 雑誌名

      Neural Networks

      巻: 127 ページ: 121-131

    • DOI

      10.1016/j.neunet.2020.04.010

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Quaternion-Based Trajectory Optimization of Human Postures for Inducing Target Muscle Activation Patterns2020

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Teramae, Takamitsu Matsubara, Tomoyuki Noda, Jun Morimoto
    • 雑誌名

      IEEE Robotics and Automation Letters

      巻: 5 ページ: 6607 - 6614

    • DOI

      10.1109/LRA.2020.3015460

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Computationally Affordable Hierarchical Framework for Humanoid Robot Control2021

    • 著者名/発表者名
      Koji Ishihara, Jun Morimoto
    • 学会等名
      2021 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)
    • 国際学会
  • [学会発表] MPC for humanoid control2020

    • 著者名/発表者名
      Koji Ishihara, Jun Morimoto
    • 学会等名
      Robotics Science and Systems (RSS) Workshop, Robotics Retrospectives
  • [産業財産権] ロボット制御装置、ロボット制御方法、および、プログラム2021

    • 発明者名
      石原 弘二、森本 淳
    • 権利者名
      石原 弘二、森本 淳
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2021-96353

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公開日: 2022-12-28  

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