計測自動制御学会東北支部第163同研究集会（1998．10．1即
資料番号16ユー12

人間とロボットの協同作業における知的理解システムに関する研究
A StudyofBehaviorRecognitionSystem
On Man−rObot CooperativeTaskExecution○福士哲■，稲葉雅章−，郭海蛇♯，中尾和夫−，阿部健一★

OSatoruFukushi■，MasaakiInaba＋，GuoHaiiiaが，KazuoNakao＋，Ⅰ（enichiAbe＋＊東北大学工学部＊rIbhokuUniversity
キーワード：行動理解（helmviorrecognition），人間一口ポット協同作業（mBLJl−rObotcooperativetA占kexecutioA），知識レベル（knowredgel亡Yel），動作レベル（motionleYel）

連絡先：〒980＿77 仙台市青葉区荒巻字音葉東北大学工学部電気工学科大規模システムステージ工学講座
福士菅．TbL．：（022）217−7．084．Fax．＝（022）263−g163，E−mail＝hkuBhi●1且r即叩■．eC−i．t＝OhoktL＆C，jp

1． はじめにポットの協同作業形態の構築を目的としている。
提案するシステムは、人間が動作介入で行ったこロボットは通常、作業計画をたて、プログラミとを理解・学習する機能を持つことによって同じングヤティーチンデなどの教示を得て作業を実行

例外に対する回復方法を、身につけることができしている。その作業中に作業が計画通りに進まずると期待される。に、エラーとなって作業が停止する要因はいくつかある。ロボットシステムの機械的な故障、センサ

2．知的理解システムの誤差、障害物、対象物の形状の変更、対象物の位置の変更などがある。この中で、人間による動本研究で導入を捷案している知的理解システ

作介入で回復可能なものも多々あり、このようなムは、人間の動作介入での行動を理解・学習する要因をエラーとは区別Lて本稿では例外と呼ぷ。

機能があり、これにより、人間の動作介入の回数人間とロボットが協同作業1Iを行うことによっを減らすことができ、また、多様な作業に対応できるロボットシステムが構築できる。

てこのような例外は回復できる。しかし、学習機能を持たないため同じ例外発生時でも人間が何度知的理解システム導入前後の比較を示したのも動作介入しなければならない。本研究では、知がFig．1である。知的理解システムを導入する前的理解システムによる学習権能を持った人間とロは例外発生時は、人間が何度も動作介入しなけれ−1−

作列作成部分、行動理解機能部分で構成される。
学習機能を持たない場合

この中で、行動理解機能部分は本研究で新たに導入した部分であり、有効性を以下で確認する。環
境知識は、対象物データと設備データである。これらは、対象物と作業環境の位置、姿勢、ロボットアームと対象物体の付着関係等である。動作レベ
ルは、実際の動作実行である。システムの働きは、

十■デーナのt書

まず、動作計画から基本動作の列で記述しロボッ
知的理解磯儲導入時トプログラムを作成する。それに従って作業を行なうが、例外が発生すると人間が動作介入によって回復する。この人間の動作介入を理解し、基本動作列で記述する。次に、意図認識アルゴリズムを用いて軌作計画と人間の動作介入での基本動作列を意図記譜し、意図認識結果を比較して例外回
口■ッ一群■■薫行

復動作を作成する。

Fig．1知的理解システム導入前後の人間の介入例

4．問題設定ばならない。しかし、知的理解システム導入後は、知的理解システムの有効性を確認するために、一度、人間が動作介入するとその内容をロボット

以下の問題を考える。計画通りの作業を、Aからが理解・学習し、次回、同じような例外発生時はロボットが自動的に例外を回復できると期待きれる。

乱 システム構成

三Eユ

知的理解システムを導入した人間とロボットの協同作業方式のシステム構成を、Fig．2に示す。こFig．3問題設定

知tレベル

Zヘアロックを運ぶこととする。例外として、ブロックがAではなくBにある場合を考える。
■作レベル

4．1動作計画
基本動作モデルは、

Fig．2人間・ロボット協同作業システム構硬

1）move（自由空間での移動）
2）乱pprOaCh（対象物への接近）のシステムの知識レベルは、動作知識と環境知識

3）depart（対象物から牡れる）に分けられる。動作知識は動作計画部分、基本勤2−

の抽出を行なう。意図認識の結果は、Fig．4，Fig．5

4）gT乱写p（対象物をつかむ）である。

5）ullgr孔関P（対象物を離す）′′￣■￣￣、ヽ 一■￣、・−ヽである。この5つの基本動作モデルを用いて作業′′■■■￣■■￣■、、 「て一一㌔こア■￣7丁を記述する。作業は、H＝†α1→呵‡と表される。

IIl壬

ここで、叫車＝1，‖，7）は、基本動作を意味する。
Fig．4動作計画
TT10tJe紬A

α2叩p叩即九占Jo亡鳥

α3卯・α叩hJロC員：

α4＝一口Ueねgα与椚I・卯一胴pbro亡たα￠

加匹rf朗口止αT…0γeわ耳mlle♪ogffi口和

α−α1α−− ∴ Ⅴ 一lt

I≧lI

Figt古人間の動作介入

4．4 比較とロボットプログラムの変更

この動作列をロボットプログラムとして実装

動作計画時の意図認識の結果と、例外発生時、する。

人間の動作介入の際の動作の意図認識の結果を比較して例外を回復できるようにプログラムを変更

4．2 人間の動作介入の動作別の抽出する。意臨が全く違う時は、その部分をそのまま例外（当初の計画とは違う要因）が発生した場置き換える。意図が同じ時は、さらにその中の基合は、人間が動作介入をして例外を回復し、人間本動作レベルまで比較して変更する。この比較との動作介入の動作列を抽出する。その方法は、遠ロボットプログラムの変更の方法はまだ熟考でき隔操作による方法2）、人間の実演による方法コ）などていないので、今後の課題とする。この場合のプがある。ここでの、人間の動作介入から得られるログラムの変更は、以下のようになる。

基本動作列はⅣ＝1可→α与1と表される。
叫 ＝（m−rロ〃eねA）可T−−邸eね叫lαl

日子ロIJeね月

α2 ＝ 叩prロα亡九射ロCた
叩pI・0配Jl抽亡た′ α2αユ ＝ タr朋p占加点
卯・α叩bJ打た1 αユ

α4 ＝ TTl抑eねg†沌∂即eねg

J α4α与 ＝ Ⅲ〟rα叩占Jロビた
Jα与J α8l…gr（l叩bJocた

叫 ＝ d叩肝亡bhcた
dep t‖由仁た

α丁 ＝Illロ即eわ月■即¶．efI朋fff州
J αT＝．抑ピ毎月■卯1I−ef）朋ifゴロ柁

5．まとめと今後の課題

4．3 意図認識

知的理解システムによる人間とロボットの協同

次に、動作計画と人間の動作介入の基本動作列作業方式を構築することによって、例外（当初のを、意図認識アルゴリズム4）を用いて意図グループ−3−I．

計画とは違う要因）に対応でき、人間の作業代行回数が減少でき多様な作業に対応できるロボットシステムの構想を示Lた。今後は、シミュレーション実験を行ない、さらにロボットアームの実機で知的理解システムの有効性を確認する。

参考文献
1）佐藤知正，松井使括，平井成興＝人間との協同作業を特徴とする遠隔作業ロボットシステム，日本ロボット学会誌周一5．602ノ613（1991）
2）平井成興，佐藤知正＝テレロボットにおけるワール
ドモデル管理のための操縦行動の理解機能，日本ロボット学会畝丁−6J14／724（1989）

3）国吉康夫，井上博，稲葉雅章：人間が実演して見せる作業の実時間視覚認識とそのロボット赦示への応用，日本ロボット学会誌，9−ユ，295／30ユ（1991）
4）WealI．Yared，ThomasB．Sheridan：PlanRecogni−tion and Generalizationi瓜Command LanglLageSwit）1Application toTeleroboti亡＄，IEEETRANS−OⅣSYSTEMS，MAN．AND
ACTrONCYBERⅣETICS，21−2，327／3ユ8（1991）−4−