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2012/7/14 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 1

賢いロボットの作り方～自分で考えて行動するロボットをつくる～

関東学院大学理工学部（届出設置書類提出中）

准教授元木誠

本日の講義内容

知能ロボットと人工知能人工知能の分類人工知能を搭載したロボット車輪型移動ロボットを賢くしてみましょう！今後の知能ロボット研究

夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 2 2012/7/14

周囲の状況を認識し，自分で考えて行動するロボットのことを知能ロボットといいます。

知能ロボットは賢さのレベルによって作り方が違います。生物の脳をモデルにしたシステム（ニューラルネットワーク）で

作る方法を紹介します！

知能ロボットと人工知能知能ロボットとは？

周囲の情報をもとに自分で考え行動するロボットこと。人工知能を搭載しています。技術は、身近なところで応用されています。

人工知能の特徴人間と同じように、自らの考えと行動を成長させ、発展させることができる！！「学習」と「進化」という二つの方法があります。学習「見本」データと照合することで最も適切な行動を導き、その行動の結果から内部情報を修正していく方法。

進化ある行動に対する評価値を設定し、最も評価値の高い行動だけを残していく方法。


ニューラルネットワーク脳の神経回路の仕組みを数学モデルにしたもの

脳の神経回路

入手した情報を信号にして伝達していきます。一つの信号が次のニューロン（神経細胞）に伝わり、さらに次々と複雑に伝達することで情報処理を行います。

数式にしてコンピュータ処理することで、センサで感知した情報を、人間と同じように処理する人工知能をつくることができる！！


樹状突起

神経細胞

軸索

シナプス

この仕組みを利用

ニューラルネットワークを用いた人工知能ニューラルネットワークを使うと・・・例えば、「障害物をよける」といった単純な反応行動を実現できます。もう少し複雑な行動を行うためには・・・例えば、「一つ目の角を右折し、二つ目の角を左折する」といった計画行動には、「パルスニューラルネットワーク」という仕組みが使用されます。


樹状突起

神経細胞

軸索

シナプス

より複雑で高度な行動を実現するためには・・・ニューラルネットワークを使うと・・・ ⇒ 単純な反応行動パルスニューラルネットワーク ⇒ もう少し高度な計画行動さらに、より高度な行動を行うためには・・・例えば、「人と対話をする」などの相互理解が必要な行動には、別の機能が使われます。

いくつかの人工知能システムを使い分けることによって、より人間に近い行動が可能になります。

もしかしたら、人間が考えつかない「最良の方法」を、人工知能が教えてくれる日が来るかも・・・


夢ナビホームページより

人工知能の分類（知能ロボットの場合）反応行動・・・障害物回避，注視反応など

外界の事象を感じ，素早く反応するような行動。

計画行動・・・目標到達・帰還行動など環境の地図や事物の知識と現在の状態とを照らし合わせつつ，一定の目的に向かって遂行する行動。

適応行動・・・ニューラルネットワークの学習，強化学習など経験を通じて自己の行為を改良することで目的を達成する行動。

協調行動・・・協調運搬，役割分担など一定の評価軸から見たとき，複数のロボットが1体ロボットの行動よりも高い評価を達成する集団行動。

相互理解・・・行為理解，模倣など他者や自分の状況，振舞い，意図，感情などを理解したり，それに基づき意思疎通を行う知能。



ロボットの行動決定～反応行動～（1） Bioloidに自律行動させる

頭の中央赤外線反射率感知センサに反応があれば挨拶する。拍手の回数に応じてロボットも同じ回数だけ拍手をする。


ロボットの行動決定～反応行動～（2）スタート

直立姿勢に

中央センサ値＞50？挨拶モーションを再生

ＹＥＳ

ＮＯ

ＹＥＳ

音感知回数!=0？

終了

ＮＯ

拍手モーションを音感知回数だけ繰り返し再生

音感知回数←0

判断ポイント


ロボットの行動決定～計画行動～（1）二足歩行ロボットが自律的にボールを探索し，ゴールとボールの位置関係を考慮してゴールにボールをシュートする

lower layer

motor

approach modulearound module

state1 state2 action

sensor

environment

state action

unification module

selection of modules

upper layer

evaluation

evaluation

r

r

r’

sl1 sl2

su

su

al

au

au

state3

shoot module

sl3


ロボットの行動決定～計画行動～（2）二足歩行ロボットが自律的にボールを探索し，ゴールとボールの位置関係を考慮してゴールにボールをシュートする


視覚センサで目標物（緑色の球）を探索し，追従するように学習

ロボットの行動決定～適応行動～

人工知能を搭載したロボット PALRO（パルロ）（1）富士ソフト

知能化技術を集約した小型ヒューマノイドロボット人に情報やサービスを提供するパーソナルホームコンシェルジュとして開発身長約39cm、体重約1.6Kg


https://www.palrogarden.net/

ハードウェア

ネットワーク接続


https://www.palrogarden.net/

人工知能を搭載したロボット PALRO（パルロ）（2）富士ソフト

車輪型移動ロボットを賢くしてみましょう！（1）

e-puck（ＡＡＩジャパン社）各種センサを搭載近接赤外線センサ 8個光センサ 8個 C-MOSカメラ 3軸加速度センサマイク 3個

2個のステッピングモータで左右の車輪を駆動 dsPICプロセッサ（microchip社）


motoki

長方形

車輪型移動ロボットを賢くしてみましょう！（2）


シミュレータ実環境（4倍速）

ニューラルネットワークを搭載する！ロボットを障害物にぶつからないようにニューラルネットワークを利用して行動させる。各種センサ値と１ステップ前の出力値をネットワークへ入力する。

ネットワークから左右の車輪モータへの出力値が出力される。

ネットワークを進化で賢くする！モータへ出力

センサ値

ニューラルネットワーク

知能ロボットシミュレータ・・・ロボットを行動やニューラルネットワークの状態をコンピュータで解析する

2012/7/14 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 21

ニューラルネットワークで計画行動を作ってみよう！

指示板の色で4種類の環境を区別して，それぞれのゴールまで移動する。


普通のニューラルネットワークの場合


パルスニューラルネットワークの場合


今後の知能ロボット研究センサ・コンピュータ・モータは、さらに高度に多機能に

より高度な人工知能（AI）の搭載

技巧的な動きが可能（ダンスや、弦楽器の演奏など）会話能力や自動的な学習能力も獲得言葉を理解常識を理解感情を理解

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アカデミックロードマップ


ロボット分野アカデミックロードマップ株式会社日本総合研究所、社団法人日本ロボット学会、社団法人人工知能学会、日本人間工学会「ロボット分野に関するアカデミック・ロードマップ報告書」より

本日の講義内容おわり


2025年には、もっと賢いロボットが生活に普及しているはず?!

医療、介護、重労働、危険な作業、災害などの場面で活躍するロボットを想像してみましょう!

周囲の状況を認識し，自分で考えて行動するロボットのことを知能ロボットといいます。

知能ロボットは賢さのレベルによって作り方が違います。生物の脳をモデルにしたシステム（ニューラルネットワーク）で

作る方法を紹介しました！

賢いロボットの作り方yumenavi.info/douga/2012/doc/37164.pdfbioloidに自律行動させる...

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