人間の操作スキルに基づく自律型移動ロボットの進化的走行制御スキル獲得に関する研究

基于人类操作技能的自主移动机器人进化行走控制技能习得研究

基本信息

批准号：
14750372
负责人：
安野卓
金额：
$ 2.24万
依托单位：
The University of Tokushima
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題は,環境認識システムとして超音波センサとCCDカメラを用いた自律型移動ロボットに対し,走行制御スキルをファジィ/ニューラルネットワーク複合システムにより進化的に獲得することを目的としている.平成15年度においては研究の第3段階と最終段階として以下の検討を行った.研究の第3段階では,平成14年度に開発した走行制御スキルの進化的獲得手法の有用性について,実験結果の分析および考察により種々の検討を行った.まず,従来のシステムで獲得したオペレータの操作スキルとロボット自身の進化により獲得した走行制御スキルを比較し,その類似性より,本研究課題で提案した動的危険度と静的危険度が,走行制御スキルの進化的獲得において有用な評価基準であることを示した.研究の最終段階では,環境認識システムとして主要設備の一つとして購入したCCDカメラを用いた画像処理装置を実装し,画像情報からオペレータの操作スキルを獲得する手法について検討した.また,ロボットの自己位置推定システムについても検討した.本研究課題において試作した小型自律型移動ロボットは,主要設備の一つとして購入した無線通信ユニットを搭載し,外界センサ(超音波センサとCCDカメラ)から得られる環境情報と制御信号を,ホストコンピュータ間で双方向送信できるようになっている.しかしながら,CCDカメラから得られる原画像情報を直接パソコンレベルでリアルタイム処理するのは困難であったため,ここではオペレータがロボットを操作可能な最低レベルまで画像情報を簡単化(二値化および低解像度化)した.そして,その情報を見ながらオペレータがロボットを操作したときの操作データ(時系列データ)を教師データとして獲得した.さらに,画像情報を入力データとする階層型ニューラルネットワーク(NN)により,オペレータと同様な状況判断を出力するようバックプロバゲーションアルゴリズムにより学習させた.オフライン学習により得られたNNを試作した自律型移動ロボットに実装した結果,良好な障害物回避行動および目標到達行動が実現できることを確認した.また,地磁気と超音波センサを利用した自己位置推定システムを提案し,十分な精度は得られなかったものの,絶対座標系における自己位置もある程度素推定可能であるという見通しを得ることができた.本研究課題に対し,初年度で得られた成果は電気学会論文誌に掲載され,一定の評価を得た.今後は,最終年度に行われた研究成果も同様に学術論文としてまとめる予定である.最後に,本補助金の援助を与えて下さったことに対し謝意を表し,研究成果の報告とする.

该研究主题旨在使用超声传感器和CCD摄像机作为环境识别系统来不断地获取自动移动机器人的旅行控制技能。 2003年，以下研究被研究为研究的第三阶段也是最后一个阶段。在研究的第三阶段，进行了各种研究，包括通过分析和考虑实验的结果，在2002年开发的驱动控制技能的进化采集方法的实用性。首先，我们比较了传统系统中获得的操作技巧以及通过机器人本身的发展获得的驾驶控制技能，并根据相似之处解释了相似之处。该主题提出的动态和静态风险是驱动控制技能进化的有用评估标准。在研究的最后阶段，实施了使用CCD摄像头作为主要设备之一作为环境识别系统之一的图像处理设备，并还检查了一种从图像信息中获取操作员操作技能的方法。还检查了机器人的自定位估计系统。该研究主题中原型的小型自动移动机器人配备了一个无线通信单元，该单元作为主要设备之一，并且在宿主计算机之间进行了双向的环境信息和控制信号。但是，由于很难直接处理从PC级别的CCD摄像机获得的原始图像信息，因此将图像信息简化（分别和减少分辨率）至操作员可以操作机器人的最低级别。然后，当操作员在查看信息时操作机器人操作时，操作员获取了操作数据（时间序列数据）。此外，数据是由层次神经网络（NN）培训的，该层次神经网络（NN）使用图像信息作为输入数据，使用反向发展算法来输出与操作员类似的情境判断。使用了离线学习，NNS是在原型自动移动机器人中实施的，并确认可以实现良好的避免障碍和达到目标。我们还提出了使用地磁和超声传感器的自定位估计系统，尽管没有获得足够的精度，但我们能够获得前景，即绝对坐标系统中的自定位可以在一定程度上估算。本研究主题第一年获得的结果发表在《电气工程师学会杂志》上，并获得了一定的评估。将来，我们计划编译最后一年进行的研究结果以及学术论文。最后，我们对这笔赠款的协助表示感谢，并报告了研究结果。