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JP6978722B2 - Learning device, learning control method, and its program - Google Patents
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Description

本発明は、学習装置、学習制御方法、及びそのプログラムに関する。 The present invention relates to a learning device, a learning control method, and a program thereof.

従来から、ニューラルネットワークなどの人工知能技術(以下、「AI技術」という。)に関する研究が、幅広く行われている(例えば、特許文献1参照)。特に、深層学習(Deep Learning)と呼ばれるAI技術の台頭により、例えば画像による対象物の認識技術は、ここ数年で認識率が急速に向上し、画像の分類については人の認識率を超えるレベルに到達しつつある。深層学習の技術は、画像の認識のみではなく、音声認識、個人認証、行動予測、文章の要約、自動翻訳、監視、自動運転、故障予測、センサデータの分析、楽曲のジャンル判定、コンテンツ生成、セキュリティシステム、その他幅広い分野への応用が期待されている。 Conventionally, research on artificial intelligence technology such as neural networks (hereinafter referred to as "AI technology") has been widely conducted (see, for example, Patent Document 1). In particular, with the rise of AI technology called deep learning, for example, the recognition rate of object recognition technology using images has improved rapidly in the last few years, and the level of image classification exceeds the human recognition rate. Is reaching. Deep learning technology is not limited to image recognition, but also voice recognition, personal authentication, behavior prediction, sentence summarization, automatic translation, monitoring, automatic driving, failure prediction, sensor data analysis, song genre judgment, content generation, It is expected to be applied to security systems and a wide range of other fields.

深層学習などの機械学習においては、機械に学習を実施させて所定の能力を獲得させることができる。このとき、機械学習を行う学習装置では、所定の能力を獲得するまで、学習する動作を繰り返し実行する。 In machine learning such as deep learning, it is possible to have a machine perform learning to acquire a predetermined ability. At this time, the learning device that performs machine learning repeatedly executes the learning operation until a predetermined ability is acquired.

例えば、特許文献1には、ロボットの学習制御方法について開示されている。特許文献1に記載の学習制御方法においては、人が予め設定したロボット動作の目標となる目標軌道と、ロボットが実際に動作した場合の実軌道との間に生じる誤差に基づき、ロボットの駆動部へ供給する入力値を修正する。 For example, Patent Document 1 discloses a learning control method for a robot. In the learning control method described in Patent Document 1, the driving unit of the robot is based on an error that occurs between a target trajectory that is a target of robot motion preset by a person and an actual trajectory when the robot actually operates. Correct the input value supplied to.

特開平6−289918号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-289918

自動車のエンジンや走行の制御、あるいは化学プラント等の、数多くのセンサ情報に基づいてアクチュエータを制御するような学習装置においては、制御とセンサ情報の出力とが互いに影響を与えるため、制御方法を獲得するために、より複雑な学習を行う必要がある。したがって、このような複雑な学習を行う学習装置において、特許文献1のように、人が予め制御量の目標値を設定することは容易ではない。他方で、目標値を設定せずに学習装置に学習を行わせた場合、非常に多くのトライエラーを繰り返す必要があり、効率が悪い。 In learning devices that control actuators based on a large number of sensor information, such as automobile engine and driving control, or chemical plants, control and sensor information output affect each other, so a control method is acquired. In order to do so, we need to do more complicated learning. Therefore, in a learning device that performs such complicated learning, it is not easy for a person to set a target value of a controlled amount in advance as in Patent Document 1. On the other hand, if the learning device is made to perform learning without setting a target value, it is necessary to repeat a large number of trial errors, which is inefficient.

そこで、本発明は、人の手を介さずに、学習装置が学習目的を達成するのに要する時間を短縮するための技術を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a technique for shortening the time required for a learning device to achieve a learning purpose without human intervention.

本発明の一側面に係る学習装置は、所定のタスクに係る一連の動作の制御を学習する学習装置であって、タスクを複数の場面に分割し、分割された前記場面それぞれにおいて、一連の動作のうち当該場面において行われる部分動作を特定する分類部と、分割された場面ごとに、部分動作の制御を学習する部分学習部と、を備える。 The learning device according to one aspect of the present invention is a learning device that learns the control of a series of operations related to a predetermined task, divides the task into a plurality of scenes, and performs a series of operations in each of the divided scenes. Among them, a classification unit for specifying a partial motion performed in the scene and a partial learning unit for learning the control of the partial motion for each divided scene are provided.

上記構成によれば、学習装置は、学習に係る一連の動作を、分割された場面に応じてより小さい単位に分類することができる。これによって、場面ごとに学習を行うことができるため、より短期間で学習目的を達成することが可能になる。 According to the above configuration, the learning device can classify a series of actions related to learning into smaller units according to the divided scenes. As a result, learning can be performed for each scene, so that the learning purpose can be achieved in a shorter period of time.

また、学習装置は、部分動作の分類結果を出力する出力部を備えてもよい。この態様によると、学習した部分動作の分類を他の学習装置においても活用することができる。 Further, the learning device may include an output unit that outputs the classification result of the partial operation. According to this aspect, the classification of the learned partial motion can be utilized in other learning devices.

また、学習装置は、分類された部分動作又は分割された場面を、タスクの進行順に応じて並び替える制御部を、備えてもよい。この態様によると、分類された部分動作を、タスクに応じた場面順に並べ替えて学習することができる。 Further, the learning device may include a control unit that rearranges the classified partial movements or the divided scenes according to the progress order of the tasks. According to this aspect, the classified partial movements can be rearranged and learned in the order of scenes according to the task.

また、本発明の一側面に係る自動走行制御学習装置は、所定のコースを周回する車両の自動走行に係る一連の動作について制御を学習する自動走行制御学習装置であって、所定の基準位置に対する前記コース上の位置又は向きに基づいて、コースを複数の場面に分割しと、分割された場面それぞれにおいて、一連の動作のうち当該場面において行われる部分動作を特定する分類部と、分割された場面ごとに部分動作の制御を学習する部分学習部と、を備える。 Further, the automatic driving control learning device according to one aspect of the present invention is an automatic driving control learning device that learns control about a series of movements related to automatic driving of a vehicle orbiting a predetermined course, and is with respect to a predetermined reference position. The course is divided into a plurality of scenes based on the position or orientation on the course, and each of the divided scenes is divided into a classification unit that specifies a partial movement performed in the scene among a series of movements. It is equipped with a partial learning unit that learns the control of partial movements for each scene.

また、本発明の一側面に係るロボット制御学習装置は、所定のワークを把持して、当該ワークの形状に応じた載置場所に積み上げるタスクに係る一連の動作について制御を学習するロボット制御学習装置であって、タスクの学習中に係る動作の変位量に基づいて、タスクを複数の場面に分割し、分割された場面それぞれにおいて、一連の動作のうち当該場面において行われる部分動作を特定する分類部と、分割された場面ごとに部分動作の制御を学習する部分学習部と、を備える。 Further, the robot control learning device according to one aspect of the present invention is a robot control learning device that learns control about a series of operations related to a task of grasping a predetermined work and stacking it in a mounting place according to the shape of the work. Therefore, the task is divided into a plurality of scenes based on the displacement amount of the movement related to the learning of the task, and in each of the divided scenes, a classification that specifies a partial movement performed in the scene among a series of movements. It includes a unit and a partial learning unit that learns the control of partial motion for each divided scene.

また、本発明の一側面に係る学習方法は、制御部を備えるコンピュータが実行する、所定のタスクに係る一連の動作の制御を学習する学習方法であって、制御部が、タスクを複数の場面に分割し、分割された場面それぞれにおいて、一連の動作のうち当該場面において行われる部分動作を特定するステップと、分割された場面ごとに、部分動作の制御を学習するステップと、を実行する。 Further, the learning method according to one aspect of the present invention is a learning method for learning the control of a series of operations related to a predetermined task executed by a computer provided with a control unit, and the control unit performs a task in a plurality of situations. In each of the divided scenes, a step of specifying a partial operation performed in the scene and a step of learning the control of the partial operation are executed for each divided scene.

また、本発明の一側面に係るプログラムは、所定のタスクに係る一連の動作の制御を学習するコンピュータに、タスクを複数の場面に分割し、分割された場面それぞれにおいて、一連の動作のうち当該場面において行われる部分動作を特定する手順、及び分割された場面ごとに、部分動作の制御を学習する手順、を実行させる。 Further, the program according to one aspect of the present invention divides a task into a plurality of scenes on a computer that learns control of a series of movements related to a predetermined task, and in each of the divided scenes, the said one of the series of movements. The procedure for specifying the partial motion performed in the scene and the procedure for learning the control of the partial motion for each divided scene are executed.

また、本発明の一側面に係る装置は、所定のタスクを実行する装置であって、装置が所定のタスクを行う場面に関する情報をセンシングする第1センサと、アクチュエータと、アクチュエータからの制御によって行われる装置の動作に関する情報をセンシングする第2センサと、第1センサ及び第2センサから出力されるセンサ値に基づいてアクチュエータを制御する制御部と、上記の学習装置によって行われた学習結果を記憶する記憶部と、
を備え、制御部は、記憶部に記憶された学習結果に基づいて、第1センサ及び第2センサから出力されるセンサ値に応じた制御量を決定する。
Further, the device according to one aspect of the present invention is a device that executes a predetermined task, and is controlled by a first sensor that senses information about a scene in which the device performs a predetermined task, an actuator, and an actuator. The second sensor that senses information about the operation of the device, the control unit that controls the actuator based on the sensor values output from the first sensor and the second sensor, and the learning result performed by the above learning device are stored. Memory unit and
The control unit determines the control amount according to the sensor values output from the first sensor and the second sensor based on the learning result stored in the storage unit.

また、本発明の一側面に係る自動走行制御装置は、所定のコースを周回する自動走行制御装置であって、車両の所定のコースにおける位置及び向きに関する情報をセンシングする第1センサと、車両の駆動を制御するアクチュエータと、アクチュエータによる車両の制御状態をセンシングする第2センサと、第1センサ及び第2センサから出力されるセンサ値に基づいてアクチュエータを制御する制御部と、上記の学習装置によって行われた学習結果を記憶する記憶部と、を備え、制御部は、記憶部に記憶された学習結果に基づいて、第1センサ及び前記第2センサから出力されるセンサ値に応じた制御量を決定する。 Further, the automatic travel control device according to one aspect of the present invention is an automatic travel control device that orbits a predetermined course, and is a first sensor that senses information on a position and orientation of the vehicle on a predetermined course, and a vehicle. The actuator that controls the drive, the second sensor that senses the control state of the vehicle by the actuator, the control unit that controls the actuator based on the sensor values output from the first sensor and the second sensor, and the above learning device. A storage unit for storing the performed learning result is provided, and the control unit is a control amount according to the sensor values output from the first sensor and the second sensor based on the learning result stored in the storage unit. To determine.

本発明によれば、人の手を介さずに、学習装置が学習目的を達成するのに要する時間を短縮するための技術を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a technique for shortening the time required for a learning device to achieve a learning object without human intervention.

第1実施形態における学習装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structure of the learning apparatus in 1st Embodiment. 第1実施形態における学習装置によって制御される車両が自動走行するコースを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the course in which the vehicle controlled by the learning device in 1st Embodiment automatically travels. 第1実施形態における学習装置の処理の概略を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline of the processing of the learning apparatus in 1st Embodiment. 第1実施形態における学習装置の詳細構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structure of the learning apparatus in 1st Embodiment. 第1実施形態における学習装置の処理の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the details of the processing of the learning apparatus in 1st Embodiment. 第1実施形態における学習装置の処理の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the details of the processing of the learning apparatus in 1st Embodiment. 第1実施形態における学習装置の処理の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the details of the processing of the learning apparatus in 1st Embodiment. 第1実施形態における学習装置の処理の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the details of the processing of the learning apparatus in 1st Embodiment. 第1実施形態における学習装置のハードウェア構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the hardware composition of the learning apparatus in 1st Embodiment. 第2実施形態における学習装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structure of the learning apparatus in 2nd Embodiment.

[第1実施形態]
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。さらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. Further, the following embodiments are examples for explaining the present invention, and the present invention is not intended to be limited only to the embodiments thereof. Further, the present invention can be modified in various ways as long as it does not deviate from the gist thereof.

<1.システム概要>
図1乃至図3を参照して本実施形態におけるシステムの概要について説明する。
図1は、本実施形態に係る学習装置1の概略構成を示すブロック図である。学習装置1は、所定のタスクを学習するものである。本実施形態に係る学習装置1は、一例として自動走行制御車両(以下、単に「車両」ともいう。)90に搭載され、所定のコース(図2参照)を自動走行するための車両90の制御を学習する。このとき学習装置1には、例えばオペレータ等から学習データが与えられる。学習データは、例えば次のような学習目的と学習要件とを含むデータである。
<1. System overview>
The outline of the system in this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the learning device 1 according to the present embodiment. The learning device 1 learns a predetermined task. The learning device 1 according to the present embodiment is mounted on an automatic driving control vehicle (hereinafter, also simply referred to as “vehicle”) 90 as an example, and controls the vehicle 90 for automatically traveling on a predetermined course (see FIG. 2). To learn. At this time, learning data is given to the learning device 1 by, for example, an operator or the like. The learning data is data including, for example, the following learning objectives and learning requirements.

(学習目的)
・所定時間以内にコースを10周してゴールする。
(学習要件)
・コースアウトしない
・周回方向は時計回り
・ゴールする
・初期段階レベルでは「コースを1周してゴールする」
(Learning purpose)
・ Complete 10 laps of the course within the specified time to reach the goal.
(Learning requirements)
・ Do not go out of the course ・ Clockwise in the lap direction ・ Goal ・ At the initial stage level, “Go around the course once”

なお、タスクは、学習に係る動作(本実施形態での「学習に係る動作」は、車両90の自動走行に必要な各種制御である。なお、当該各種制御によって車両90が実行する動作と考えてもよい。)で達成したいことであり、本実施形態ではコースを周回することである。また、学習目的はタスクが達成すべき水準であり、本実施形態では、上記のとおり「所定時間以内にコースを10周してゴールすること」である。そうすると、本実施形態では、初期段階レベルの学習では、タスクが行えるようになることが、学習要件として与えられているとも考えられる。 It should be noted that the task is an operation related to learning (the "operation related to learning" in the present embodiment is various controls necessary for the automatic traveling of the vehicle 90. It is considered that the operation is executed by the vehicle 90 by the various controls. It may be achieved.), And in this embodiment, it is to go around the course. In addition, the purpose of learning is the level at which the task should be achieved, and in the present embodiment, as described above, "to finish 10 laps of the course within a predetermined time". Then, in the present embodiment, it is considered that the learning requirement is that the task can be performed in the learning at the initial stage level.

また、以下の説明では、学習装置1はPC(Personal Computer)やサーバ装置などのコンピュータによって構成されるものとして説明するが、これに限定されず、例えば、プロセッサ、RAM、ROMを有する任意の組込装置によって実現されてもよい。また、各装置において実装される構成はソフトウェアによって実現される構成に限定されない。各装置に含まれる任意の構成は、ハードウェアによって実現される構成でもよい。例えば後述するニューラルネットワーク22はカスタムLSI(Large-Scale Integration)やFPGA(Field-Programmable Gate Array)等の電子回路によって構成されてもよい。 Further, in the following description, the learning device 1 will be described as being composed of a computer such as a PC (Personal Computer) or a server device, but the learning device 1 is not limited to this, and is not limited to this, for example, any set having a processor, RAM, and ROM. It may be realized by a built-in device. Further, the configuration implemented in each device is not limited to the configuration realized by software. Any configuration included in each device may be a configuration realized by hardware. For example, the neural network 22 described later may be configured by an electronic circuit such as a custom LSI (Large-Scale Integration) or an FPGA (Field-Programmable Gate Array).

図1に示すように、学習装置1は、制御部10と、機械学習部20と、動作分類部30と、記憶部40とを有している。 As shown in FIG. 1, the learning device 1 has a control unit 10, a machine learning unit 20, an operation classification unit 30, and a storage unit 40.

制御部10は、車両90において、学習装置1外に設けられた制御用センサ91、アクチュエータ92、状態検知用センサ93と接続されている。制御部10は、制御用センサ91、及び状態検知用センサ93からの出力に応じて、アクチュエータ92を制御して、車両90の自動走行を実施する。 The control unit 10 is connected to the control sensor 91, the actuator 92, and the state detection sensor 93 provided outside the learning device 1 in the vehicle 90. The control unit 10 controls the actuator 92 in response to the outputs from the control sensor 91 and the state detection sensor 93 to automatically drive the vehicle 90.

制御用センサ91は、車両90の自動走行制御を行うためのセンサ群である。例えば制御用センサ91は、車載カメラやレーザ等の車外障害物検出センサ、路面状態検出センサ等から構成される。他方で、状態検知用センサ93は、自動走行している車両90の制御状態を検出するセンサ群である。例えば状態検知用センサ93は、振動センサや騒音センサ、燃料消費量検出センサ、車速センサ、加速度センサ、ヨーレートセンサ等から構成される。 The control sensor 91 is a group of sensors for automatically controlling the traveling of the vehicle 90. For example, the control sensor 91 is composed of an in-vehicle camera, an external obstacle detection sensor such as a laser, a road surface condition detection sensor, and the like. On the other hand, the state detection sensor 93 is a group of sensors that detect the control state of the automatically traveling vehicle 90. For example, the state detection sensor 93 is composed of a vibration sensor, a noise sensor, a fuel consumption detection sensor, a vehicle speed sensor, an acceleration sensor, a yaw rate sensor, and the like.

アクチュエータ92は、車両90を自動走行させるために制御部10によって制御される。アクチュエータ92は、例えばアクセルアクチュエータ、ブレーキアクチュエータ、及び操舵アクチュエータ等から構成される。アクセルアクチュエータは、制御部10からの制御信号に応じてスロットル開度を制御することによって車両の駆動力を制御する。ブレーキアクチュエータは、制御部10からの制御信号に応じてブレーキペダルの操作量を制御することにより、車両の車輪に対する制動力の制御を行う。操舵アクチュエータは、制御部10からの制御信号に応じて電動パワーステアリングシステムの操舵アシストモータの駆動を制御して、車両の操舵作用の制御を行う。 The actuator 92 is controlled by the control unit 10 in order to automatically drive the vehicle 90. The actuator 92 is composed of, for example, an accelerator actuator, a brake actuator, a steering actuator, and the like. The accelerator actuator controls the driving force of the vehicle by controlling the throttle opening degree according to the control signal from the control unit 10. The brake actuator controls the braking force on the wheels of the vehicle by controlling the operation amount of the brake pedal according to the control signal from the control unit 10. The steering actuator controls the driving of the steering assist motor of the electric power steering system in response to the control signal from the control unit 10 to control the steering action of the vehicle.

次に、図3を参照して学習装置1が学習を行う手順を大まかに説明する。なお、各ステップの処理の詳細については、後述する。図3は、学習装置1が学習を行う際の、処理フローの概略を示すフローチャートである。まず、学習初期段階(S1)として、タスクが行えるようになること(すなわち初期段階の学習要件を満たした動作ができるようになること)を目的に学習が行われる。本実施形態における学習装置1は、所定のコースを自動走行するための制御を学習するため、初期段階としては、「コースを1周してゴールすること」が学習要件として与えられている。 Next, the procedure for the learning device 1 to perform learning will be roughly described with reference to FIG. The details of the processing of each step will be described later. FIG. 3 is a flowchart showing an outline of a processing flow when the learning device 1 performs learning. First, as the initial stage of learning (S1), learning is performed for the purpose of being able to perform a task (that is, being able to perform an operation that satisfies the learning requirements of the initial stage). Since the learning device 1 in the present embodiment learns the control for automatically traveling a predetermined course, "to go around the course and reach the goal" is given as a learning requirement at the initial stage.

初期段階レベルの目的をクリアすると、次に動作の分類(S2)が行われる。この段階では、S1の学習初期段階で行った学習内容を解析することにより、タスクを所定のパラメータに基づいて複数に分割(以下では、分割されたタスクを「場面」ともいう。)し、分割された場面それぞれにおいて、タスクに係る一連の動作のうち当該場面において行われる動作(以下、「部分動作」ともいう。)。タスクを分割する所定のパラメータは、例えばタスクの学習中に係る動作の変位量や、タスクの学習中に係る動作を実行する環境(タスクの開始時点からの経過時間や、タスクの開始場所からの位置等)である。本実施形態では、所定のパラメータとして、タスクの開始場所からの位置(タスクの学習中に係る動作を実行する環境)を用いる。すなわち、本実施形態では、学習装置1は、コース上の位置に基づいて、タスクを場面に分割し、分割した場面に対応するコース単位で行われる動作に基づいて、学習に係る一連の動作が場面に分類される。場面に応じて分類された部分動作単位で学習を行うことで、学習の効率化を図ることができる。なお、学習の効率化とは、例えば学習開始から学習目的の達成までの所要時間の短縮化を意味してもよい。 After clearing the purpose of the initial stage level, the operation classification (S2) is performed next. At this stage, by analyzing the learning content performed in the initial stage of learning in S1, the task is divided into a plurality of parts based on predetermined parameters (hereinafter, the divided tasks are also referred to as "scenes") and divided. In each of the scenes performed, the movement performed in the scene among a series of movements related to the task (hereinafter, also referred to as "partial movement"). Predetermined parameters for dividing a task are, for example, the displacement amount of the operation related to the learning of the task, the environment for executing the operation related to the learning of the task (elapsed time from the start time of the task, and the start location of the task). Position, etc.). In the present embodiment, the position from the start place of the task (environment for executing the operation related to the learning of the task) is used as a predetermined parameter. That is, in the present embodiment, the learning device 1 divides the task into scenes based on the position on the course, and a series of movements related to learning are performed based on the movements performed in the course units corresponding to the divided scenes. It is classified into scenes. By learning in partial motion units classified according to the situation, it is possible to improve the efficiency of learning. The efficiency of learning may mean, for example, shortening the time required from the start of learning to the achievement of the learning purpose.

動作を分類すると、次のステップとして、分類した部分動作ごとに、学習続行不能状態に至る制御の学習(S3)が行われる。ここで、学習続行不能状態とは、学習によって学びたい動作が続行不能になる状態をいう。本実施形態では、学習続行不能状態とは、例えば、コースアウトする、壁等にクラッシュして動けなくなる、故障する等の状態である。学習続行不能状態に至る制御を予め学習することによって、のちのステップで最適な制御を学習するうえで、学習続行不能状態に陥ることを避けて学習を行うことができる。これによってより効率的に学習を行うことが可能になる。 When the motions are classified, as the next step, learning of control (S3) leading to a state in which learning cannot be continued is performed for each classified partial motion. Here, the state in which learning cannot be continued means a state in which the movement to be learned cannot be continued by learning. In the present embodiment, the state in which learning cannot be continued is, for example, a state in which the student goes out of the course, crashes into a wall or the like and becomes stuck, or breaks down. By learning the control leading to the learning continuation impossible state in advance, it is possible to avoid falling into the learning continuation impossible state in learning the optimum control in a later step. This makes it possible to perform learning more efficiently.

学習最終段階(S4)では、学習の最適化が行われる。この段階では、場面ごとに分類して学習した部分動作を組み合わせた上で、動作の開始から終了までを最適に行う学習が行われる。本実施形態では、最終段階の学習として、所定時間以内にコースを10周してゴールする学習が行われる。 In the final stage of learning (S4), learning is optimized. At this stage, learning is performed in which the partial movements learned by classifying each scene are combined, and then the movements are optimally performed from the start to the end. In the present embodiment, as the final stage of learning, learning to complete 10 laps of the course within a predetermined time is performed.

<2.詳細処理>
次に、図4乃至図8を参照して、各ステップにおける学習装置1の処理の詳細について説明する。図4は本実施形態に係る学習装置1の詳細な構成を示すブロック図である。図4に示すように、機械学習部20は、学習データ入出力部21と、ニューラルネットワーク22と、学習結果出力部23とから構成される。また、動作分類部30は、制御データ抽出部31と、動作分類結果抽出部32とから構成される。
以下では、図3のステップごとに、各部の処理の詳細について説明する。
<2. Detailed processing>
Next, the details of the processing of the learning device 1 in each step will be described with reference to FIGS. 4 to 8. FIG. 4 is a block diagram showing a detailed configuration of the learning device 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, the machine learning unit 20 includes a learning data input / output unit 21, a neural network 22, and a learning result output unit 23. Further, the motion classification unit 30 is composed of a control data extraction unit 31 and an motion classification result extraction unit 32.
In the following, the details of the processing of each part will be described for each step of FIG.

(2−1.学習初期段階)
図5は、図3に示したS1の学習初期段階における詳細な処理フローを示すフローチャートである。まず、学習の初期段階(第1学習)において、学習データ入出力部21が学習データを受け付ける(S101)。学習データは、例えば上述した学習目的及び学習要件を含むデータである。
(2-1. Initial stage of learning)
FIG. 5 is a flowchart showing a detailed processing flow in the initial stage of learning of S1 shown in FIG. First, in the initial stage of learning (first learning), the learning data input / output unit 21 receives the learning data (S101). The learning data is, for example, data including the above-mentioned learning purpose and learning requirement.

次のステップ(S102)では、機械学習が行われる。本実施形態では、個々の制御動作を制限するための条件は予め指定されていないため、学習装置1自らが制御動作を学習することになる。具体的には、制御部10は、ランダムな制御量をアクチュエータ92に対して設定して動作させる。このとき車両90は当然コースに沿って走行することはできないので、コースアウト等をしながらでたらめな走行をすることになる。制御部10は、ランダムに与えた制御量に対する制御用センサ91及び状態検知用センサ93から出力(以下、「センサ値」ともいう。)を読み取り、これらのデータ(制御量及びセンサ値)を記憶部40に記憶させる。ニューラルネットワーク22は、記憶部40を参照して、記憶された制御量とセンサ値とを読み取り、学習要件に適応する制御動作をDeep Learningにより学習する(S102)。 In the next step (S102), machine learning is performed. In the present embodiment, since the conditions for limiting the individual control operations are not specified in advance, the learning device 1 itself learns the control operations. Specifically, the control unit 10 sets a random control amount for the actuator 92 and operates the actuator 92. At this time, since the vehicle 90 cannot naturally run along the course, the vehicle 90 will run randomly while going off the course. The control unit 10 reads an output (hereinafter, also referred to as “sensor value”) from the control sensor 91 and the state detection sensor 93 for a randomly given control amount, and stores these data (control amount and sensor value). Store in part 40. The neural network 22 refers to the storage unit 40, reads the stored control amount and the sensor value, and learns the control operation adapted to the learning requirement by Deep Learning (S102).

学習要件には、初期段階レベルの目的として、「コースを1周してゴールすること」が設定されている。したがって、学習装置1においては、例えば制御用センサ91からの出力に基づいてコースを1周してゴールしたと判断した時点で、機械学習が初期段階レベルに達したと判定し(S103:Y)、初期段階の学習を終了する。 In the learning requirements, "to go around the course and reach the goal" is set as the purpose of the initial stage level. Therefore, in the learning device 1, it is determined that the machine learning has reached the initial stage level at the time when it is determined that the goal has been reached by making one round of the course based on the output from the control sensor 91, for example (S103: Y). , Finish the initial learning.

(2−2.動作の分類)
図6は、図3に示したS2の動作の分類における詳細な処理フローを示すフローチャートである。まず、動作の分類処理を行うに当たり、制御データ抽出部31が学習初期段階終了時点における、制御用センサ91のセンサ値と、これに対するアクチュエータ92の制御量及び状態検知用センサ93のセンサ値とを記憶部40から抽出する(S201)。制御データ抽出部31は、抽出した各値をニューラルネットワーク22に対して学習データとして入力する。
(2-2. Classification of movement)
FIG. 6 is a flowchart showing a detailed processing flow in the operation classification of S2 shown in FIG. First, in performing the motion classification process, the control data extraction unit 31 determines the sensor value of the control sensor 91 at the end of the learning initial stage, the control amount of the actuator 92, and the sensor value of the state detection sensor 93. Extract from the storage unit 40 (S201). The control data extraction unit 31 inputs each extracted value to the neural network 22 as learning data.

次に、ニューラルネットワーク22は、制御データ抽出部31により入力された学習データに基づいて、機械学習を行う(S202)。このとき、ニューラルネットワーク22では、周回動作を所定の個数に分割された場面に分類する。 Next, the neural network 22 performs machine learning based on the learning data input by the control data extraction unit 31 (S202). At this time, the neural network 22 classifies the orbiting motion into a predetermined number of scenes.

ニューラルネットワーク22による周回動作の場面への分類処理についてより詳細に説明する。ニューラルネットワーク22は、周回動作の場面への分類を場面ベクトルと動作ベクトルとに基づいて行う。場面ベクトルは、本実施形態では、車両90が行うタスクの場面を表す。場面ベクトルは、例えば、制御用センサ91が出力するセンサ値(例えばスタート地点からの位置(又は距離)、及びスタート地点からの方向)から取得される。一例として、スタート地点を原点とするx、y座標を想定した場合、地点lにおける場面ベクトルは、(lxy)で表すことが可能である。 The process of classifying the orbiting motion into the scene by the neural network 22 will be described in more detail. The neural network 22 classifies the orbiting motion into scenes based on the scene vector and the motion vector. In the present embodiment, the scene vector represents a scene of a task performed by the vehicle 90. The scene vector is acquired from, for example, a sensor value output by the control sensor 91 (for example, a position (or distance) from the start point and a direction from the start point). As an example, assuming x and y coordinates with the starting point as the origin, the scene vector at the point l can be represented by (l x , y).

他方、動作ベクトルは、走行する車両90の制御状態を表す。動作ベクトルは、例えば状態検知用センサ93が出力するセンサ値(例えば速度や加速度、角速度、角加速度等である)から取得される。一例として、ある地点lでの動作ベクトルは、当該地点lでの速度v、加速度aを用いて(vl、al)で表される。 On the other hand, the motion vector represents the control state of the traveling vehicle 90. The motion vector is acquired from, for example, a sensor value (for example, speed, acceleration, angular velocity, angular acceleration, etc.) output by the state detection sensor 93. As an example, the motion vector at a certain point l is represented by (v l , a l) using the velocity v and the acceleration a at the point l.

ニューラルネットワーク22は、場面ベクトル(lxy)に基づいて、タスクを場面に分割し、動作ベクトル(vl、al)に基づいて、分割した場面ごとに当該場面で学習すべき動作の分類を学習する。これによって、学習装置1は、自身が今どの場面にいるかを判定することで、場面に応じた部分動作の制御を学習することができる。一例としてニューラルネットワーク22は、場面ベクトルが表す位置に加え、動作ベクトルの変化点に着目することで、車両90の動作の加速・減速・方向転換等を把握し、当該変化点に基づいて、一連の動作を場面に応じた動作に分類することができる。また、例えばニューラルネットワーク22は、動作ベクトルの類似度に基づいて、動作の分類を学習することも可能である。 The neural network 22 divides the task into scenes based on the scene vector (l x , y ), and based on the motion vector (v l , a l ), the motion to be learned in the scene for each divided scene. Learn classification. As a result, the learning device 1 can learn the control of the partial motion according to the scene by determining which scene the learning device 1 is currently in. As an example, the neural network 22 grasps the acceleration / deceleration / change of direction of the motion of the vehicle 90 by paying attention to the change point of the motion vector in addition to the position represented by the scene vector, and is a series based on the change point. It is possible to classify the movements of the above into movements according to the situation. Further, for example, the neural network 22 can learn the classification of motion based on the similarity of motion vectors.

図2に示したコースの例では、タスクは、コース上の位置に基づいて、ア〜オの5つの場面に分割される。各場面に分類される部分動作は例えば以下のとおりである。
場面ア:第1ストレート部分動作(例えば次の第1コーナーに差し掛かる際の減速のタイミングや走行位置等の制御である。)
場面イ:第1コーナー部分動作(例えばコーナーでのハンドル操作や、第2ストレートへ進入するに際した加速のタイミング等の制御である。)
場面ウ:第2ストレート部分動作(例えば次の第2コーナーに差し掛かる際の減速のタイミングや走行位置等の制御である。)
場面エ:第2コーナー部分動作(例えばコーナーでのハンドル操作や、第3ストレートへ進入するに際した加速のタイミング等の制御である。)
場面オ:第3ストレート部分動作(例えば第1ストレートに進入するに際した加速等の制御である。)
In the example of the course shown in FIG. 2, the task is divided into five scenes from A to O based on the position on the course. The partial operations classified into each scene are as follows, for example.
Scene a: First straight partial operation (for example, control of deceleration timing, running position, etc. when approaching the next first corner)
Scene a: Partial movement of the first corner (for example, control of steering wheel operation at a corner, acceleration timing when entering the second straight, etc.)
Scene c: Second straight partial operation (for example, control of deceleration timing, running position, etc. when approaching the next second corner)
Scene d: Partial movement of the second corner (for example, control of steering wheel operation at the corner, acceleration timing when entering the third straight, etc.)
Scene E: Partial movement of the third straight (for example, control of acceleration when entering the first straight)

なお、ニューラルネットワーク22は、分割した場面を、タスクの進行順に応じて並び替えが可能であることが好ましい。例えば、本実施形態においては、ニューラルネットワーク22は、コース上の位置が、車両90の進行方向に沿って、タスクの開始位置(スタート位置)から近い順に場面を並べ替えることができる。 It is preferable that the neural network 22 can rearrange the divided scenes according to the order of progress of the tasks. For example, in the present embodiment, the neural network 22 can rearrange the scenes in the order in which the positions on the course are closer to the start position (start position) of the task along the traveling direction of the vehicle 90.

動作分類結果抽出部32は、ニューラルネットワーク22が学習した部分動作の分類を抽出し、記憶部40に記憶させる(S203)。このとき、学習結果出力部23は、部分動作の分類に係る学習結果を出力することが可能である。これによって、ニューラルネットワーク22は、例えば同様の構成を備える別の学習装置1’から、部分学習の分類結果を学習データとして受け付けることで、部分動作の分類に係る学習を省略することができる。 The motion classification result extraction unit 32 extracts the classification of the partial motion learned by the neural network 22 and stores it in the storage unit 40 (S203). At this time, the learning result output unit 23 can output the learning result related to the classification of the partial motion. As a result, the neural network 22 can omit the learning related to the classification of the partial motion by receiving the classification result of the partial learning as the learning data from, for example, another learning device 1'having the same configuration.

(2−3.学習続行不能状態に至る制御の学習)
図7は、図3に示したS3の学習続行不能状態に至る制御の学習(第2学習)における詳細な処理フローを示すフローチャートである。まず、学習データ入出力部21は、記憶部40を参照し、S2の処理において分類された部分動作のうち、いずれかの部分動作を選択し、当該部分動作に必要なアクチュエータ92への制御量を抽出する。さらに学習データ入出力部21は、記憶部40を参照し抽出した制御量において制御を実行し、その結果、学習続行不能状態に至ったか否かを例えば状態検知用センサ93からの出力等に基づいて判定する。学習データ入出力部21は、抽出した制御量とその結果、学習続行不能状態に至ったか否かの情報を学習データとして読み出し、ニューラルネットワーク22に学習データとして与える。ニューラルネットワーク22は、与えられた学習データのもと、Deep Learningにより学習を行う(S301)。
(2-3. Learning of control leading to a state where learning cannot be continued)
FIG. 7 is a flowchart showing a detailed processing flow in the learning (second learning) of the control leading to the learning continuation impossible state of S3 shown in FIG. First, the learning data input / output unit 21 refers to the storage unit 40, selects one of the partial operations classified in the processing of S2, and controls the actuator 92 required for the partial operation. To extract. Further, the learning data input / output unit 21 executes control with the controlled amount extracted with reference to the storage unit 40, and as a result, whether or not the learning continuation impossible state is reached is based on, for example, the output from the state detection sensor 93. To judge. The learning data input / output unit 21 reads out the extracted control amount and the information as a result of whether or not the learning continuation impossible state is reached as learning data, and gives it to the neural network 22 as learning data. The neural network 22 performs learning by Deep Learning based on the given learning data (S301).

このとき、学習結果出力部23は、学習続行不能状態に至る制御の学習結果を出力することが可能である。これによって、ニューラルネットワーク22は、例えば同様の構成を備える別の学習装置1’から、学習続行不能状態に至った制御を学習データとして受け付けて追加学習を行うことができる(S302)。これによってより効率の良い学習を行うことができる。なお、S302の処理は必須の処理ではない。 At this time, the learning result output unit 23 can output the learning result of the control leading to the learning continuation impossible state. As a result, the neural network 22 can receive, for example, from another learning device 1'having a similar configuration, the control that has reached the state in which learning cannot be continued as learning data, and can perform additional learning (S302). This makes it possible to perform more efficient learning. The process of S302 is not an essential process.

学習装置1は、S301(及びS302)の処理を、分類されたすべての部分動作について実施する(S303)。 The learning device 1 performs the processing of S301 (and S302) for all the classified partial operations (S303).

必須ではないが、学習装置1は、分類されたすべての部分動作について学習続行不能状態に至る制御を学習した後に、一連の動作を通じて再度学習を行うことも可能である(S304)。これによって、より速い周回制御を行うことが可能になる。 Although not essential, the learning device 1 can also learn again through a series of movements after learning the control leading to the learning continuation impossible state for all the classified partial movements (S304). This makes it possible to perform faster lap control.

このように、本実施形態に係る学習装置1が、分類された部分動作について、まず学習続行不能状態に至る制御を学習することによって、その後の学習において、当該制御を避けて学習することが可能になる。これによって、より効率的な学習を行うことができる。 As described above, the learning device 1 according to the present embodiment can learn the classified partial motions by first learning the control leading to the state in which learning cannot be continued, thereby avoiding the control in the subsequent learning. become. This makes it possible to perform more efficient learning.

(2−4.最適化学習)
図8は、図3に示したS4の最適化学習(第3学習)における詳細な処理フローを示すフローチャートである。最適化学習では、S3までのステップで行った学習の最適化を図ることにより、学習開始時に学習データとして与えられた学習目的(本実施形態においては、「所定時間以内にコースを10周してゴールする」ことである。)を達成するための学習を行う。最適化学習においては、S3で学習した学習続行不能状態に至る制御を除外して学習が行われる。このとき、学習データ入出力部21は、記憶部40を参照して、学習初期段階(図3のS1)において入力された学習データ(オペレータが設定したものである)を抽出する。また、学習データ入出力部21は、さらに記憶部40を参照して学習続行不能状態に至る制御を学習した後のニューラルネットワーク22の状態を抽出する。学習データ入出力部21は、抽出したこれらのデータを制御部10に設定する。
(2-4. Optimization learning)
FIG. 8 is a flowchart showing a detailed processing flow in the optimization learning (third learning) of S4 shown in FIG. In the optimized learning, the learning purpose given as learning data at the start of learning by optimizing the learning performed in the steps up to S3 (in the present embodiment, "10 laps of the course within a predetermined time". To achieve the goal. ”). In the optimized learning, the learning is performed excluding the control leading to the learning continuation impossible state learned in S3. At this time, the learning data input / output unit 21 refers to the storage unit 40 and extracts the learning data (set by the operator) input in the initial stage of learning (S1 in FIG. 3). Further, the learning data input / output unit 21 further refers to the storage unit 40 to extract the state of the neural network 22 after learning the control leading to the learning continuation impossible state. The learning data input / output unit 21 sets these extracted data in the control unit 10.

制御部10では、設定された上述のデータに基づいて、アクチュエータ92に対する制御量を出力し、これに対する制御用センサ91及び状態検知用センサ93のセンサ値を取得する。制御部10は、与えた制御量及び、これに対して出力されたセンサ値を記憶部40に記憶させる。 The control unit 10 outputs a control amount for the actuator 92 based on the set data described above, and acquires the sensor values of the control sensor 91 and the state detection sensor 93 for the control amount. The control unit 10 stores the given control amount and the sensor value output to the control amount in the storage unit 40.

ニューラルネットワーク22は、上記の処理において制御部10が記憶させた制御量及びセンサ値を読み出して、Deep Learningにより学習を行う(S401)。これによってニューラルネットワーク22は、学習続行不能状態に至る制御を学習した状態で、動作の開始から終了まで(すなわち、コースのスタートからゴールまで)をとおして、学習要件に適応する制御動作をより効率よく学習することができる。学習全体の最適化がなされるまでS401の処理が繰り返し行われる(S402)。最適化学習の結果は、学習結果出力部23によって抽出され、記憶部40に記憶される。これによって、最適化学習では、学習続行不能状態に至る制御を除外して学習を行うことができる。 The neural network 22 reads out the control amount and the sensor value stored in the control unit 10 in the above process, and performs learning by deep learning (S401). As a result, the neural network 22 becomes more efficient in the control operation that adapts to the learning requirement from the start to the end of the operation (that is, from the start to the goal of the course) in the state where the control leading to the learning continuation impossible state is learned. You can learn well. The process of S401 is repeated until the entire learning is optimized (S402). The result of the optimization learning is extracted by the learning result output unit 23 and stored in the storage unit 40. As a result, in the optimized learning, the learning can be performed by excluding the control leading to the learning continuation impossible state.

このように、本実施形態に係る学習装置1によると、学習装置1自身が、学習に係る動作を、部分動作に分類して学習を行うことができる。これによって分類した動作ごとに個別最適化を図ることができるため、より効率よく学習を行うことができる。さらに、本実施形態に係る学習装置1によると、部分動作の制御を学習するに際して、まず学習続行不能状態に至る制御を学習する。これによって、人があらかじめ動作ごとに細かく条件を設定することなく、効率よく学習を行うことができる。 As described above, according to the learning device 1 according to the present embodiment, the learning device 1 itself can classify the movements related to learning into partial movements and perform learning. As a result, individual optimization can be achieved for each classified operation, so learning can be performed more efficiently. Further, according to the learning device 1 according to the present embodiment, when learning the control of the partial motion, first, the control leading to the learning continuation impossible state is learned. As a result, it is possible for a person to efficiently perform learning without setting detailed conditions for each operation in advance.

(ハードウェア構成)
図9を参照しながら、上述してきた学習装置1をコンピュータ800により実現する場合のハードウェア構成の一例を説明する。なお、それぞれの装置の構成は、複数台の装置に分けて実現することもできる。
(Hardware configuration)
With reference to FIG. 9, an example of the hardware configuration in the case where the learning device 1 described above is realized by the computer 800 will be described. It should be noted that the configuration of each device can be realized by dividing it into a plurality of devices.

図9に示すように、コンピュータ800は、プロセッサ801、メモリ803、記憶装置805、入力インタフェース部(入力I/F部)807、データインタフェース部(データI/F部)809、通信インタフェース部(通信I/F部)811、及び表示装置813を含む。 As shown in FIG. 9, the computer 800 includes a processor 801 and a memory 803, a storage device 805, an input interface unit (input I / F unit) 807, a data interface unit (data I / F unit) 809, and a communication interface unit (communication). The I / F unit) 811 and the display device 813 are included.

プロセッサ801は、メモリ803に記憶されているプログラムを実行することによりコンピュータ800における様々な処理を制御する。例えば、プロセッサ801がメモリ803に記憶されているプログラムを実行することで、学習装置1の制御部10、機械学習部20、及び動作分類部30などが実現可能となる。 The processor 801 controls various processes in the computer 800 by executing a program stored in the memory 803. For example, by executing the program stored in the memory 803 by the processor 801, the control unit 10, the machine learning unit 20, the operation classification unit 30, and the like of the learning device 1 can be realized.

メモリ803は、例えばRAM(Random Access Memory)等の記憶媒体である。メモリ803は、プロセッサ801によって実行されるプログラムのプログラムコードや、プログラムの実行時に必要となるデータを一時的に記憶する。 The memory 803 is a storage medium such as, for example, a RAM (Random Access Memory). The memory 803 temporarily stores the program code of the program executed by the processor 801 and the data required when the program is executed.

記憶装置805は、例えばハードディスクドライブ(HDD)やソリッドステートドライブ等の補助記憶装置、フラッシュメモリ等の不揮発性の記憶媒体である。記憶装置805は、オペレーティングシステムや、上記各構成を実現するための各種プログラムを記憶する。このようなプログラムやデータは、必要に応じてメモリ803にロードされることにより、プロセッサ801から参照される。例えば上述の記憶部40は、記憶装置805によって実現される。 The storage device 805 is, for example, an auxiliary storage device such as a hard disk drive (HDD) or a solid state drive, or a non-volatile storage medium such as a flash memory. The storage device 805 stores an operating system and various programs for realizing each of the above configurations. Such programs and data are referenced from the processor 801 by being loaded into the memory 803 as needed. For example, the above-mentioned storage unit 40 is realized by the storage device 805.

入力I/F部807は、管理者からの入力を受け付けるためのデバイスである。入力I/F部807の具体例としては、キーボードやマウス、タッチパネル、各種センサ、ウェアラブル・デバイス等が挙げられる。入力I/F部807は、例えばUSB(Universal Serial Bus)等のインタフェースを介してコンピュータ800に接続されても良い。 The input I / F unit 807 is a device for receiving an input from the administrator. Specific examples of the input I / F unit 807 include a keyboard, a mouse, a touch panel, various sensors, a wearable device, and the like. The input I / F unit 807 may be connected to the computer 800 via an interface such as USB (Universal Serial Bus).

データI/F部809は、コンピュータ800の外部からデータを入力するためのデバイスである。データI/F部809の具体例としては、各種記憶媒体に記憶されているデータを読み取るためのドライブ装置等がある。データI/F部809は、コンピュータ800の外部に設けられることも考えられる。その場合、データI/F部809は、例えばUSB等のインタフェースを介してコンピュータ800へと接続される。 The data I / F unit 809 is a device for inputting data from the outside of the computer 800. Specific examples of the data I / F unit 809 include a drive device for reading data stored in various storage media. It is also conceivable that the data I / F unit 809 is provided outside the computer 800. In that case, the data I / F unit 809 is connected to the computer 800 via an interface such as USB.

通信I/F部811は、コンピュータ800の外部の装置と有線又は無線により、インターネットNを介したデータ通信を行うためのデバイスである。通信I/F部811は、コンピュータ800の外部に設けられることも考えられる。その場合、通信I/F部811は、例えばUSB等のインタフェースを介してコンピュータ800に接続される。 The communication I / F unit 811 is a device for performing data communication via the Internet N by wire or wirelessly with an external device of the computer 800. It is also conceivable that the communication I / F unit 811 is provided outside the computer 800. In that case, the communication I / F unit 811 is connected to the computer 800 via an interface such as USB.

表示装置813は、各種情報を表示するためのデバイスである。表示装置813の具体例としては、例えば液晶ディスプレイや有機EL(Electro−Luminescence)ディスプレイ、ウェアラブル・デバイスのディスプレイ等が挙げられる。表示装置813は、コンピュータ800の外部に設けられても良い。その場合、表示装置813は、例えばディスプレイケーブル等を介してコンピュータ800に接続される。 The display device 813 is a device for displaying various information. Specific examples of the display device 813 include a liquid crystal display, an organic EL (Electro-Luminescence) display, a display of a wearable device, and the like. The display device 813 may be provided outside the computer 800. In that case, the display device 813 is connected to the computer 800 via, for example, a display cable or the like.

[第2実施形態]
第1実施形態では、学習装置1が自動走行制御車両90に用いられる例について説明した。しかし、学習装置1が適用される装置は、第1実施形態に示した例に限定されず、種々の装置に適用することができる。本実施形態では、ピックアンドプレース動作を行うことをタスクとする、ロボットの制御に適用する例について説明する。なお、第2実施形態では、第1実施形態との差異点を中心に説明する。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, an example in which the learning device 1 is used for the automatic driving control vehicle 90 has been described. However, the device to which the learning device 1 is applied is not limited to the example shown in the first embodiment, and can be applied to various devices. In this embodiment, an example applied to the control of a robot whose task is to perform a pick-and-place operation will be described. In the second embodiment, the differences from the first embodiment will be mainly described.

まず、図10を参照して本実施形態に係るシステム構成について第1実施形態との違いを説明する。学習装置1の構成は第1実施形態と同様である。他方で、学習装置1外の構成について、本実施形態では、制御用センサ91’は、ピックアンドプレース動作を行うためのセンサ群から構成される。具体的には、ワーク検出センサ(画像センサ)、ロボット把持用力覚センサ等から構成される。また、制御用センサ91’は、画像認識アルゴリズムを有しており、把持するワークの形状を認識することができる。その他の学習装置1外の構成は第1実施形態と同様である。 First, the difference between the system configuration according to the present embodiment and the first embodiment will be described with reference to FIG. The configuration of the learning device 1 is the same as that of the first embodiment. On the other hand, regarding the configuration outside the learning device 1, in the present embodiment, the control sensor 91'is composed of a group of sensors for performing a pick-and-place operation. Specifically, it is composed of a work detection sensor (image sensor), a robot gripping force sensor, and the like. Further, the control sensor 91'has an image recognition algorithm and can recognize the shape of the workpiece to be gripped. Other configurations outside the learning device 1 are the same as those in the first embodiment.

次に、本実施形態に係る学習と第1実施形態に係る学習の違いについて説明する。
本実施形態に係るタスクであるピックアンドプレース動作は、以下の手順で行われる動作をいう。
1.ワーク形状を認識して把持する。
2.把持したワークを持ち上げる。
3.ワーク形状に応じた所定の位置へ持ち上げたワークを移動させる。
4.ワーク形状ごとに筒内に積み上げる。
Next, the difference between the learning according to the present embodiment and the learning according to the first embodiment will be described.
The pick-and-place operation, which is a task according to the present embodiment, refers to an operation performed by the following procedure.
1. 1. Recognize and grip the work shape.
2. 2. Lift the gripped work.
3. 3. The lifted work is moved to a predetermined position according to the shape of the work.
4. Stack each work shape in the cylinder.

また、本実施形態に係るロボット制御の学習において、与えられる学習目的と学習要件とは次のとおりである。 Further, in the learning of robot control according to the present embodiment, the learning objectives and learning requirements given are as follows.

(学習目的)
・3種類の異なる形状(例えば、円柱ワーク、四角柱ワーク、及び三角柱ワークの3種類である。)をしたワークがバラ積みされたコンテナから、ピックアンドプレース動作により、所定時間以内にワーク形状に応じた入口を有する筒(円形、四角形、三角形)に、毎10個のワークを積み上げる。
(学習要件)
・所定位置以外にワークを載置しない
・ワーク形状ごとに10個のワークを筒の中で積み上げる
・初期レベルでは「1個のワークを、適切なワーク形状の筒の中に積む」
(Learning purpose)
-From a container in which works with three different shapes (for example, three types of cylindrical work, quadrangular prism work, and triangular prism work) are stacked separately, the work shape is changed to the work shape within a predetermined time by pick-and-place operation. Stack 10 workpieces in a cylinder (circle, quadrangle, triangle) with corresponding entrances.
(Learning requirements)
・ Do not place the work in any position other than the specified position. ・ Stack 10 works for each work shape in the cylinder. ・ At the initial level, "Put one work in the cylinder of the appropriate work shape."

本実施形態では、タスクは、ワークを形状に応じた筒に積み上げることである。また、本実施形態では、学習するピックアンドプレース動作は、第1の実施形態において、車両90が走行するコースを分類するのと同様の手順で、当該ピックアンドプレース動作も分類処理されてもよい。例えば、本実施形態では、タスクは、タスクの学習中に係る動作の変位量に基づいて、ワークを把持する動作に応じた場面、ワークを運ぶ動作に応じた場面、ワークを積み上げる動作に応じた場面、に分割される。 In this embodiment, the task is to stack the workpieces in a cylinder according to the shape. Further, in the present embodiment, the pick-and-place motion to be learned may be classified by the same procedure as that for classifying the course on which the vehicle 90 travels in the first embodiment. .. For example, in the present embodiment, the task corresponds to the scene corresponding to the movement of gripping the work, the scene corresponding to the movement of carrying the work, and the movement of stacking the work based on the displacement amount of the movement related to the learning of the task. The scene is divided into.

また、本実施形態において、学習続行不能状態とは、例えばワークが筒内に入らなくなる状態をいう。したがって、学習続行不能状態に至る制御の学習段階において、学習される制御は、例えば次のとおりである。
・載置場所を間違える(ワークの形状と筒の入り口の形状が異なる)
・ワークを積み上げる向きを間違える(ワークの形状の向きと筒の形状の向きとが異なる)
Further, in the present embodiment, the state in which learning cannot be continued means, for example, a state in which the work cannot enter the cylinder. Therefore, in the learning stage of the control leading to the state in which learning cannot be continued, the control to be learned is, for example, as follows.
・ Wrong place of placement (the shape of the work and the shape of the entrance of the cylinder are different)
・ The direction in which the workpieces are stacked is incorrect (the orientation of the workpiece and the orientation of the cylinder are different).

本実施形態に係る学習装置1では、上記の学習続行不能状態に至る制御を予め学習することによって、ワーク形状と筒の形状を適切に認識することや、ワークを把持する際の向きについて予め学習することができる。これによって、最終段階の学習では、学習続行不能状態に至ることを避けることができるため、より学習の効率化を図ることができる。
その他の構成は第1実施形態と同様である。
In the learning device 1 according to the present embodiment, by learning in advance the control leading to the above-mentioned learning continuation impossible state, the shape of the work and the shape of the cylinder are appropriately recognized, and the orientation when gripping the work is learned in advance. can do. As a result, in the final stage of learning, it is possible to avoid a state in which learning cannot be continued, so that learning efficiency can be further improved.
Other configurations are the same as those of the first embodiment.

以上、本発明の一実施形態について説明した。なお、本実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更ないし改良され得るものである。例えば、上述の処理フローにおける各ステップは処理内容に矛盾を生じない範囲で各ステップの一部を省略したり、各処理ステップの順番を任意に変更して又は並列に実行することができる。 The embodiment of the present invention has been described above. It should be noted that the present embodiment is for facilitating the understanding of the present invention, and is not for limiting the interpretation of the present invention. Further, the present invention can be changed or improved without deviating from the gist thereof. For example, each step in the above-mentioned processing flow can omit a part of each step within a range that does not cause a contradiction in the processing contents, or can arbitrarily change the order of each processing step or execute them in parallel.

上述の実施形態では、本発明に係るシステムを利用して、深層学習などのAI技術によって機械が獲得した能力の管理を行う例について説明したが、本発明はこれに限定されず、幅広い分野に適用することができる。例えば、製品の良品と不良品の識別、食品、機械部品、化学製品、薬品などのさまざまな工業分野、漁業分野、農業分野、林業分野、サービス業、医療や健康分野に適用することができる。また、組込分野の製品にAI技術を適用する場合や社会システム等のIT技術を活用したシステム、ビッグデータの分析、幅広い制御装置における分類処理等に本発明を適用してもよい。 In the above-described embodiment, an example in which the system according to the present invention is used to manage the capacity acquired by the machine by AI technology such as deep learning has been described, but the present invention is not limited to this and covers a wide range of fields. Can be applied. For example, it can be applied to the identification of good and defective products, various industrial fields such as food, machine parts, chemical products, chemicals, fishery field, agriculture field, forestry field, service industry, medical and health field. Further, the present invention may be applied to a case where AI technology is applied to a product in the embedded field, a system utilizing IT technology such as a social system, big data analysis, classification processing in a wide range of control devices, and the like.

なお、本明細書において、「部」や「手段」、「手順」とは、単に物理的構成を意味するものではなく、その「部」等が実行する処理をソフトウェアによって実現する場合も含む。また、1つの「部」や「手段」、「手順」、装置が実行する処理が2つ以上の物理的構成や装置により実現されても、2つ以上の「部」等や装置が行う処理が1つの物理的手段や装置により実現されてもよい。 In addition, in this specification, a "part", a "means", and a "procedure" do not simply mean a physical configuration, but also include a case where a process executed by the "part" or the like is realized by software. Further, even if one "part", "means", "procedure", or a process executed by the device is realized by two or more physical configurations or devices, the process performed by two or more "parts" or the device. May be realized by one physical means or device.

また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
(付記1)
少なくとも1つのハードウェアプロセッサを備え、
前記ハードウェアプロセッサは、
所定のタスクに係る一連の動作の制御を学習する場合に、
前記タスクを複数の場面に分割し、分割された前記場面それぞれにおいて、前記一連の動作のうち当該場面において行われる部分動作を特定し、
分割された前記場面ごとに、前記部分動作の制御を学習する。
(付記2)
少なくとも1つ以上のハードウェアプロセッサによって、
所定のタスクに係る一連の動作の制御の学習を行うステップであって、
前記タスクを複数の場面に分割し、分割された前記場面それぞれにおいて、前記一連の動作のうち当該場面において行われる部分動作を特定するステップと、
分割された前記場面ごとに、前記部分動作の制御を学習するステップと、
を実行する学習方法。
In addition, some or all of the above embodiments may be described as in the following appendix, but are not limited to the following.
(Appendix 1)
Equipped with at least one hardware processor
The hardware processor is
When learning to control a series of actions related to a given task,
The task is divided into a plurality of scenes, and in each of the divided scenes, a partial operation performed in the scene is specified in the series of operations.
The control of the partial motion is learned for each of the divided scenes.
(Appendix 2)
By at least one hardware processor
It is a step to learn the control of a series of movements related to a predetermined task.
A step of dividing the task into a plurality of scenes and specifying a partial operation performed in the scene among the series of operations in each of the divided scenes.
A step of learning the control of the partial motion for each of the divided scenes,
How to learn to perform.

1 学習装置
10 制御部
20 機械学習部
21 学習データ入力部
21 学習データ入出力部
22 ニューラルネットワーク
23 学習結果出力部
30 動作分類部
31 制御データ抽出部
32 動作分類結果抽出部
40 記憶部
90 自動走行制御車両
91 制御用センサ
92 アクチュエータ
93 状態検知用センサ
1 Learning device 10 Control unit 20 Machine learning unit 21 Learning data input unit 21 Learning data input / output unit 22 Neural network 23 Learning result output unit 30 Operation classification unit 31 Control data extraction unit 32 Operation classification result extraction unit 40 Storage unit 90 Automatic running Control vehicle 91 Control sensor 92 Actuator 93 State detection sensor

Claims (9)

所定のタスクに係る一連の動作の制御を学習する学習装置であって、
初期段階の学習要件を満たした動作ができるようになるまで学習させたときの制御量及びセンサ値から取得される、位置及び向きに関する情報又は動作に関する情報に基づいて、前記タスクを複数の場面に分割し、分割された前記場面それぞれにおいて、前記一連の動作のうち当該場面において行われる部分動作を特定する分類部と、
特定された前記部分動作ごとに、学習によって学びたい動作が続行不能になる状態に陥ることを回避するように、前記部分動作の制御を予め学習させ、その後、分割された前記場面ごとに、前記部分動作の制御を学習する部分学習部と、
を備える学習装置。
A learning device that learns the control of a series of movements related to a predetermined task.
Based on the position and orientation information or motion information obtained from the control amount and sensor value when learning is performed until the motion that meets the learning requirements of the initial stage can be performed, the task is applied to multiple scenes. In each of the divided scenes, a classification unit that specifies a partial operation performed in the scene in the series of operations, and a classification unit.
The control of the partial motion is learned in advance so that the motion to be learned cannot be continued due to the learning for each of the specified partial motions, and then the divided scenes are described. A partial learning unit that learns the control of partial movements,
A learning device equipped with.
前記学習装置は、
前記部分動作の分類結果を出力する出力部をさらに備える
請求項1に記載の学習装置。
The learning device is
The learning device according to claim 1, further comprising an output unit that outputs the classification result of the partial operation.
前記学習装置は、
分類された前記部分動作又は分割された前記場面を、前記タスクの進行順に応じて並び替える制御部を、
さらに備える、請求項1に記載の学習装置。
The learning device is
A control unit that rearranges the classified partial movements or the divided scenes according to the progress order of the tasks.
The learning device according to claim 1, further comprising.
所定のコースを周回する車両の自動走行に係る一連の動作について制御を学習する自動走行制御学習装置であって、
初期段階の学習要件を満たした動作ができるようになるまで学習させたときの制御量及びセンサ値から取得される位置及び向きに関する情報を用いて定められる所定の基準位置に対する前記コース上の位置又は向きに基づいて、前記コースを複数の場面に分割し、分割された前記場面それぞれにおいて、前記一連の動作のうち当該場面において行われる部分動作を特定する分類部と、
特定された前記部分動作ごとに、学習によって学びたい動作が続行不能になる状態に陥ることを回避するように、前記部分動作の制御を予め学習させ、その後、分割された前記場面ごとに前記部分動作の制御を学習する部分学習部と、
を備える自動走行制御学習装置。
It is an automatic driving control learning device that learns control about a series of operations related to automatic driving of a vehicle that goes around a predetermined course.
The position on the course or the position on the course with respect to a predetermined reference position determined by using the information on the position and orientation acquired from the control amount and the sensor value when learning is performed until the operation satisfying the learning requirements in the initial stage can be performed. Based on the orientation, the course is divided into a plurality of scenes, and in each of the divided scenes, a classification unit that specifies a partial movement performed in the scene among the series of movements, and a classification unit.
The control of the partial motion is learned in advance so that the motion to be learned cannot be continued due to the learning for each of the specified partial motions, and then the portion is divided for each of the divided scenes. A partial learning unit that learns motion control,
An automatic driving control learning device equipped with.
所定のワークを把持して、当該ワークの形状に応じた載置場所に積み上げるタスクに係る一連の動作について制御を学習するロボット制御学習装置であって、
初期段階の学習要件を満たした動作ができるようになるまで学習させたときの制御量及びセンサ値から取得される動作に関する情報を用いて定められる前記タスクの学習中に係る動作の変位量に基づいて、前記タスクを複数の場面に分割し、分割された前記場面それぞれにおいて、前記一連の動作のうち当該場面において行われる部分動作を特定する分類部と、
特定された前記部分動作ごとに、学習によって学びたい動作が続行不能になる状態に陥ることを回避するように、前記部分動作の制御を予め学習させ、その後、分割された前記場面ごとに前記部分動作の制御を学習する部分学習部と、
を備えるロボット制御学習装置。
It is a robot control learning device that learns control about a series of operations related to a task of grasping a predetermined work and stacking it in a placement place according to the shape of the work.
Based on the displacement amount of the movement during learning of the task, which is determined by using the control amount when learning until the movement satisfying the learning requirements in the initial stage and the information about the movement obtained from the sensor value are used. The task is divided into a plurality of scenes, and in each of the divided scenes, a classification unit that specifies a partial operation performed in the scene among the series of operations, and a classification unit.
The control of the partial motion is learned in advance so that the motion to be learned cannot be continued due to the learning for each of the specified partial motions, and then the portion is divided for each of the divided scenes. A partial learning unit that learns motion control,
A robot control learning device equipped with.
制御部を備えるコンピュータが実行する、所定のタスクに係る一連の動作の制御を学習する学習方法であって、
前記制御部が、
初期段階の学習要件を満たした動作ができるようになるまで学習させたときの制御量及びセンサ値から取得される、位置及び向きに関する情報又は動作に関する情報に基づいて、前記タスクを複数の場面に分割し、分割された前記場面それぞれにおいて、前記一連の動作のうち当該場面において行われる部分動作を特定するステップと、
特定された前記部分動作ごとに、学習によって学びたい動作が続行不能になる状態に陥ることを回避するように、前記部分動作の制御を予め学習させ、その後、分割された前記場面ごとに、前記部分動作の制御を学習するステップと、
を実行する学習方法。
It is a learning method for learning the control of a series of operations related to a predetermined task, which is executed by a computer equipped with a control unit.
The control unit
Based on the position and orientation information or motion information obtained from the control amount and sensor value when learning is performed until the motion that meets the learning requirements of the initial stage can be performed, the task is applied to multiple scenes. In each of the divided scenes, a step of specifying a partial operation performed in the scene in the series of operations, and a step of specifying the partial operation performed in the scene.
The control of the partial motion is learned in advance so that the motion to be learned cannot be continued due to the learning for each of the specified partial motions, and then the divided scenes are described. Steps to learn the control of partial movement,
How to learn to perform.
所定のタスクに係る一連の動作の制御を学習するコンピュータに、
初期段階の学習要件を満たした動作ができるようになるまで学習させたときの制御量及びセンサ値から取得される、位置及び向きに関する情報又は動作に関する情報に基づいて、前記タスクを複数の場面に分割し、分割された前記場面それぞれにおいて、前記一連の動作のうち当該場面において行われる部分動作を特定する手順、及び
特定された前記部分動作ごとに、学習によって学びたい動作が続行不能になる状態に陥ることを回避するように、前記部分動作の制御を予め学習させ、その後、分割された前記場面ごとに、前記部分動作の制御を学習する手順、
を実行させるプログラム。
To a computer that learns to control a series of actions related to a given task,
Based on the position and orientation information or motion information obtained from the control amount and sensor value when learning is performed until the motion that meets the learning requirements of the initial stage can be performed, the task is applied to multiple scenes. In each of the divided scenes, a procedure for specifying a partial operation performed in the scene in the series of operations, and a procedure for specifying a partial operation performed in the scene.
The control of the partial motion is learned in advance so that the motion to be learned cannot be continued due to the learning for each of the specified partial motions, and then the divided scenes are described. Procedures for learning to control partial movements,
A program to execute.
請求項1乃至3の何れか一項に記載された学習装置を搭載し、かつ所定のタスクを実行する装置であって、
前記装置が所定のタスクを行う場面に関する情報をセンシングする第1センサと、
アクチュエータと、
前記アクチュエータからの制御によって行われる前記装置の動作に関する情報をセンシングする第2センサと、
前記第1センサ及び前記第2センサから出力されるセンサ値に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部と
備え、
前記制御部は、
部分学習部により学習された学習結果に基づいて、前記第1センサ及び前記第2センサから出力されるセンサ値に応じた制御量を決定する、
装置。
A device equipped with the learning device according to any one of claims 1 to 3 and performing a predetermined task.
A first sensor that senses information about a scene in which the device performs a predetermined task,
Actuator and
A second sensor that senses information about the operation of the device controlled by the actuator, and
A control unit that controls the actuator based on the sensor values output from the first sensor and the second sensor .
Equipped with a,
The control unit
Based on the learning result of the learning by prior Symbol partial learning unit, determines a control amount corresponding to the sensor value output from the first sensor and the second sensor,
Device.
請求項1乃至3の何れか一項に記載された学習装置を搭載し、かつ所定のコースを周回する車両を制御する自動走行制御装置であって、
前記車両の前記所定のコースにおける位置及び向きに関する情報をセンシングする第1センサと、
前記車両の駆動を制御するアクチュエータと、
前記アクチュエータによる前記車両の制御状態をセンシングする第2センサと、
前記第1センサ及び前記第2センサから出力されるセンサ値に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部と
備え、
前記制御部は、
部分学習部により学習された学習結果に基づいて、前記第1センサ及び前記第2センサから出力されるセンサ値に応じた制御量を決定する、
自動走行制御装置。
An automatic traveling control device equipped with the learning device according to any one of claims 1 to 3 and controlling a vehicle orbiting a predetermined course.
A first sensor that senses information about the position and orientation of the vehicle on the predetermined course,
The actuator that controls the drive of the vehicle and
A second sensor that senses the control state of the vehicle by the actuator,
A control unit that controls the actuator based on the sensor values output from the first sensor and the second sensor .
Equipped with a,
The control unit
Based on the learning result of the learning by prior Symbol partial learning unit, determines a control amount corresponding to the sensor value output from the first sensor and the second sensor,
Automatic driving control device.
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