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2010 年度 実績報告書

機械学習を用いた環境相互作用の未知な対象物操作の学習制御

研究課題

研究課題/領域番号 22700198
研究機関東京農工大学

研究代表者

小林 祐一  東京農工大学, 大学院・工学研究院, 特任准教授 (60373304)

キーワードロボット行動学習 / 物体操作 / 接触モードの切り替り / 最適制御・強化学習 / モデル予測制御 / 物体抱え上げ操作
研究概要

対象とする対象物がロボットアームのリンク上で接触するような物体抱え上げタスクをモデル化し,Matlab上で運動方程式および接触に関する線形相補性条件を実装し,シミュレーションを構築した.対象とする対象物操作問題としては,対象物とマニピュレータ,対象物と環境の間に滑りや転がりが発生するような操作問題として,物体の抱え上げ動作と回転動作の2種類をモデル化・実装した.
構築された操作問題の制御獲得法として,モデル予測制御にもとづく方法と強化学習にもとづく方法の2種類を開発した.どちらの方法でも,対象物とロボットハンドの接触点での(滑り・転がり・静止など)接触モードの切り替わりを推定するための学習手法として,機械学習の一手法であるサポートベクターマシン(SVM)を適用した.物体操作の動作を試行錯誤しながら,接触モードの切り替わり情報をサンプルとして収集し,どのような制御入力に対して接触モードが変化するかを,サンプルにもとづいて学習したSVMにより推定できることが確認された.この接触モード推定器と最適制御法である強化学習・モデル予測制御とを組み合わせることで,望ましい接触モードを維持した物体操作が可能であることをシミュレーションで確認した.モデル予測制御とSVMの推定結果を組み合わせるために,サンプルデータのクラスタリング方法を考案し,線形不等式の形で表現できる線形SVMでのモード識別法を提案した.これにより,強化学習を用いる場合と比較して,より少ない試行錯誤の量で望ましい軌道に追従する制御の導出が可能であることが確認できた.

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2011 2010

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] Learning of whole arm manipulation with constraint of contact mode maintaining2010

    • 著者名/発表者名
      Nobuyuki Kawarai, Yuichi Kobayashi
    • 雑誌名

      Journal of Robotics and Mechatronics

      巻: 22/4 ページ: 542-550

    • 査読あり
  • [学会発表] 空間認知のための画像特徴による身体図式獲得2011

    • 著者名/発表者名
      染井貴之
    • 学会等名
      第38回知能システムシンポジウム
    • 発表場所
      神戸大学(シンポジウム資料として公表済み オンラインで開催)
    • 年月日
      2011-03-17
  • [学会発表] 近似関数の局所特徴に基づいた対象物操作獲得のための探索戦略2011

    • 著者名/発表者名
      植松重之
    • 学会等名
      第38回知能システムシンポジウム
    • 発表場所
      神戸大学(シンポジウム資料として公表済み オンラインで開催)
    • 年月日
      2011-03-16
  • [学会発表] SVMによる接触モード推定を用いたオンライン対象物操作学習2011

    • 著者名/発表者名
      高崎雄太
    • 学会等名
      第23回自律分散システム・システムシンポジウム
    • 発表場所
      北海度札幌市,北海道大学中央キャンパス
    • 年月日
      2011-01-28
  • [学会発表] 接触モード境界推定に基づいたモデル予測制御による対象物操作2010

    • 著者名/発表者名
      篠田真也
    • 学会等名
      第11回システムインテグレーション部門講演会
    • 発表場所
      宮城県仙台市,東北大学川内キャンパス
    • 年月日
      2010-12-24

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公開日: 2012-07-19  

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