特許 7249928 触覚情報推定装置、触覚情報推定方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-23

(45)【発行日】2023-03-31

(54)【発明の名称】触覚情報推定装置、触覚情報推定方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/08 20060101AFI20230324BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20230324BHJP

【ＦＩ】

B25J13/08 A

B25J13/08 Z

G01L5/00 101Z

【請求項の数】 26

(21)【出願番号】P 2019203393

(22)【出願日】2019-11-08

(62)【分割の表示】P 2019155913の分割

【原出願日】2018-01-16

(65)【公開番号】P2020023050

(43)【公開日】2020-02-13

【審査請求日】2021-01-14

(73)【特許権者】

【識別番号】515130201

【氏名又は名称】株式会社Ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100118876

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 順生

(74)【代理人】

【識別番号】100202429

【弁理士】

【氏名又は名称】石原 信人

(72)【発明者】

【氏名】高橋 城志

(72)【発明者】

【氏名】タン ジェスロ エリーゼア タンウイジヤヤ

【審査官】臼井 卓巳

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－２４５３２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０５５５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】再公表特許第２００６／０３０５７０（ＪＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／０８ー２１／００

Ｇ０１Ｌ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の物体を操作するエンドエフェクタと、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
少なくとも前記第１の物体の視覚情報をニューラルネットワークに入力することにより、前記第１の物体の操作に用いる情報を取得し、
取得した前記情報に基づいて、前記第１の物体を操作するように前記エンドエフェクタを制御し、
前記ニューラルネットワークは、第２の物体の視覚情報と前記第２の物体の触覚情報を用いて学習されたものであり、
前記第１の物体の視覚情報は、前記第１の物体の表面のテクスチャ情報を含み、
前記第２の物体の視覚情報は、前記第２の物体の表面のテクスチャ情報を含み、
前記ニューラルネットワークは、前記ニューラルネットワークに前記第２の物体の視覚情報を入力することにより、前記第２の物体の触覚情報が生成されるように学習されたものであり、
前記情報は、前記ニューラルネットワークを用いて生成された、前記第１の物体の視覚情報と前記第１の物体の触覚情報とを紐付ける特徴量に基づいて取得される、
物体操作装置。

【請求項2】

前記情報は、前記ニューラルネットワークの中間層からの出力に基づいて取得されたものである、
請求項１に記載の物体操作装置。

【請求項3】

前記情報は、前記ニューラルネットワークを用いて生成された視触覚特徴量に基づいて取得されたものである、
請求項１又は請求項２に記載の物体操作装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記視触覚特徴量を２次元又は３次元の空間にマッピングした結果を出力する、
請求項３に記載の物体操作装置。

【請求項5】

前記ニューラルネットワークは、前記第２の物体の視覚情報を入力すると前記第２の物体の触覚情報を出力するに学習されたオートエンコーダを用いて生成されたモデルである、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の物体操作装置。

【請求項6】

前記ニューラルネットワークは、前記第２の物体の視覚情報を入力すると前記第２の物体の触覚情報を出力するに学習されたオートエンコーダを用いて生成されたエンコーダである、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の物体操作装置。

【請求項7】

前記情報は、少なくとも前記第１の物体の触覚情報又は前記第１の物体の特性情報のいずれかの情報を含む、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の物体操作装置。

【請求項8】

前記制御部は、取得した前記情報に基づいて、前記エンドエフェクタで前記第１の物体を把持する把持力を決定する、
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の物体操作装置。

【請求項9】

前記情報は、前記エンドエフェクタの制御信号である、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の物体操作装置。

【請求項10】

前記制御部は、前記エンドエフェクタが前記第１の物体を操作していない状態で、少なくとも前記第１の物体の視覚情報を前記ニューラルネットワークに入力することにより、前記情報を取得する、
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の物体操作装置。

【請求項11】

前記ニューラルネットワークは、触覚センサで取得した前記第２の物体の触覚情報を用いて学習されたものである、
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の物体操作装置。

【請求項12】

前記第２の物体の触覚情報は、複数の圧力情報を含む、
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の物体操作装置。

【請求項13】

前記ニューラルネットワークは、前記第２の物体の触覚情報の時系列を用いて学習されたものである、
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の物体操作装置。

【請求項14】

前記制御部は、前記第１の物体の視覚情報に基づいて、前記第１の物体の把持位置を推定する、
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の物体操作装置。

【請求項15】

前記制御部は、推定された前記第１の物体の把持位置に基づいて、前記情報を取得する、
請求項１４に記載の物体操作装置。

【請求項16】

前記第１の物体の触覚情報を取得する触覚センサを更に備える、
請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の物体操作装置。

【請求項17】

前記情報は、前記第１の物体の視覚情報及び前記触覚センサで取得された前記第１の物体の触覚情報を前記ニューラルネットワークに入力することにより取得された情報である、
請求項１６に記載の物体操作装置。

【請求項18】

前記制御部は、前記触覚センサで取得された前記第１の物体の触覚情報に基づいて、前記エンドエフェクタによる前記第１の物体の操作方法を更新する、
請求項１６又は請求項１７に記載の物体操作装置。

【請求項19】

前記制御部は、前記第１の物体の把持位置又は前記エンドエフェクタの把持力の少なくとも一方を更新する、
請求項１８に記載の物体操作装置。

【請求項20】

前記制御部は、強化学習を用いて前記更新を実行する、
請求項１８又は請求項１９に記載の物体操作装置。

【請求項21】

前記第１の物体の視覚情報を取得する視覚センサが前記エンドエフェクタに備えられている、
請求項１乃至請求項２０のいずれか１項に記載の物体操作装置。

【請求項22】

前記第１の物体の視覚情報は、前記第１の物体の画像情報であり、
前記第２の物体の視覚情報は、前記第２の物体の画像情報である、
請求項１乃至請求項２１のいずれか１項に記載の物体操作装置。

【請求項23】

前記第１の物体の視覚情報は、前記第１の物体のデプス情報を含み、
前記第２の物体の視覚情報は、前記第２の物体のデプス情報を含む、
請求項１乃至請求項２２のいずれか１項に記載の物体操作装置。

【請求項24】

前記第１の物体の操作は、前記第１の物体の把持であり、
前記エンドエフェクタは、把持部である、
請求項１乃至請求項２３のいずれか１項に記載の物体操作装置。

【請求項25】

制御部が、
少なくとも第１の物体の視覚情報をニューラルネットワークに入力することにより、前記第１の物体の操作に用いる情報を取得し、
取得した前記情報に基づいて、前記第１の物体を操作するようにエンドエフェクタを制御する、
物体操作方法であって、
前記ニューラルネットワークは、第２の物体の視覚情報と前記第２の物体の触覚情報を用いて学習されたものであり、
前記第１の物体の視覚情報は、前記第１の物体の表面のテクスチャ情報を含み、
前記第２の物体の視覚情報は、前記第２の物体の表面のテクスチャ情報を含み、
前記ニューラルネットワークは、前記ニューラルネットワークに前記第２の物体の視覚情報を入力することにより、前記第２の物体の触覚情報が生成されるように学習されたものであり、
前記情報は、前記ニューラルネットワークを用いて生成された、前記第１の物体の視覚情報と前記第１の物体の触覚情報とを紐付ける特徴量に基づいて取得される、
物体操作方法。

【請求項26】

１又は複数のプロセッサにより実行されると、
少なくとも第１の物体の視覚情報をニューラルネットワークに入力することにより、前記第１の物体の操作に用いる情報を取得し、
取得した前記情報に基づいて、前記第１の物体を操作するようにエンドエフェクタを制御する、
方法を実行させるプログラムであって、
前記ニューラルネットワークは、第２の物体の視覚情報と前記第２の物体の触覚情報を用いて学習されたものであり、
前記第１の物体の視覚情報は、前記第１の物体の表面のテクスチャ情報を含み、
前記第２の物体の視覚情報は、前記第２の物体の表面のテクスチャ情報を含み、
前記ニューラルネットワークは、前記ニューラルネットワークに前記第２の物体の視覚情報を入力することにより、前記第２の物体の触覚情報が生成されるように学習されたものであり、
前記情報は、前記ニューラルネットワークを用いて生成された、前記第１の物体の視覚情報と前記第１の物体の触覚情報とを紐付ける特徴量に基づいて取得される、
プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、触覚情報推定装置、触覚情報推定方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

今日、視覚情報、音声情報、動作情報等の複数の情報を扱った機械学習についての研究が広く行われている。触覚センサから入力された力の検知といった情報を用いて物体の制御を行う研究も広く行われている。

【0003】

しかしながら、これらの研究結果においては、人間が経験的に行う動作、例えば、視覚情報から物体の滑りづらい箇所を判定するといった、得られた視覚情報から触覚情報を取得することが困難である。このため、人間が普段行うように、物体を見て、その物体の滑りづらい箇所を判断し、判断結果に基づいて物体の把持を行うと言った動作をロボットにさせることは難しい課題である。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【文献】野田邦昭、他３名、"深層ニューラルネットワークを用いたロボット行動のマルチモーダル総合学習(Multimodal Integration Learning of Robot Behavior using Deep Neural Networks)"、(蘭)、ロボット及び自立システム(Robotics and Autonomous Systems)、2014年6月、p.721-p.736

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで、本発明の実施形態は、視覚情報から触覚情報を推定する、触覚情報推定装置、触覚情報推定方法及びプログラムを提案する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一実施形態に係る触覚情報推定装置は、物体の視覚情報と、前記視覚情報に紐付けられた触覚情報とに基づいて、前記視覚情報及び前記触覚情報に関する特徴量である視触覚特徴量を自己組織化する中間層を備えるモデルを生成する、モデル生成部と、前記モデルを介して自己組織化された前記視触覚特徴量を抽出する、視触覚特徴量抽出部と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

一実施形態によれば、物体の視覚情報から当該物体の触覚情報を推定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一実施形態に係る触覚情報推定装置の機能を示すブロック図。

【図2】一実施形態に係る自己組織化された空間の一例を示す図。

【図3】一実施形態に係る学習フェーズの流れを示すフローチャート。

【図4】一実施形態に係る推定フェーズの流れを示すフローチャート。

【図5】一実施形態に係る触覚情報推定装置の機能を示すブロック図。

【図6】物体を把持する様子を模式的に示す図。

【図7】一実施形態に係る把持情報取得部を模式的に示す図。

【図8】一実施形態に係る触覚情報推定装置の機能を示すブロック図。

【図9】一実施形態に係る推定フェーズの流れを示すフローチャート。

【図10】一実施形態に係る推定フェーズの流れを示すフローチャート。

【図11】一実施形態に係る触覚情報推定装置の機能を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（第１実施形態）
本実施形態は、視覚情報を入力すると、触覚情報を推定して出力する触覚情報推定装置について説明する。この触覚情報推定装置は、視覚情報から触覚情報を推定した結果だけではなく、視覚情報から触覚情報を生成する生成モデルを出力するようにしてもよい。以下、図面を参照して、詳しく説明する。

【0010】

図１は、本実施形態に係る触覚情報推定装置１の機能を示すブロック図である。触覚情報推定装置１は、視覚センサ１００と、触覚センサ１０２と、入力部１０４と、モデル生成部１０６と、出力部１０８と、視触覚特徴量抽出部１１０と、を備える。

【0011】

視覚センサ１００は、物体の視覚情報を取得する。例えば、視覚センサ１００は、カメラを備えており、画像情報として物体の視覚情報を取得し、入力部１０４へと入力する。カメラは、カラー画像として画像を取得するものであってもよいし、グレースケール画像として画像を取得するものであってもよい。また、視覚センサ１００からのデプス情報を含む画像情報を取得するようなＲＧＢ－Ｄカメラ等のデバイスを搭載していてもよい。

【0012】

触覚センサ１０２は、物体の触覚情報を取得する。例えば、触覚センサ１０２は、アレイ状に配置された複数の圧点センサを備えていてもよい。これらの複数の圧点センサは、軟性のシリコーン等で覆われ、面として圧力を感知できるようにしてもよい。別の例として、一般的に流通しているシート状、フィルム状のタクタイルセンサを用いるようにしてもよい。

【0013】

触覚センサ１０２のさらに別の例として、可撓性を有し、透過性であるシリコーン等の物質を物体と接触させる接触部として備え、当該接触部の変位をカメラ等で撮影し、当該撮影状態に基づいて面としての圧力を取得するセンサであってもよい。変位を撮影するカメラは、ステレオカメラであってもよいし、超音波等により表面の凹凸を判断できるようなデバイスであってもよい。

【0014】

上述した例のように、触覚センサ１０２は、点として取得された圧力情報を面の圧力情報として取得できるセンサであればよい。また、必ずしも面としての圧力情報を同じタイミングにおいて取得できるセンサではなくてもよく、１点以上の点の圧力情報を取得できるセンサにより物体の面上の点をスキャンして各点における圧力情報を感知することにより、面としての圧力情報を取得できるものであってもよい。

【0015】

触覚センサ１０２は、上記のように、物体の表面から、触覚センサ１０２へと与えられる圧力を測定するものであってもよい。別の例としては、物体の内部からの反発力を計測できるようなセンサであってもよい。

【0016】

入力部１０４は、モデルを生成する学習フェーズ（以下、単に学習フェーズと記載する。）において、視覚センサ１００が感知した視覚情報及び触覚センサ１０２が感知した触覚情報をセンサ信号として受信する。受信したセンサ信号は、モデル生成部１０６へと出力される。

【0017】

なお、視覚センサ１００又は触覚センサ１０２の少なくとも１つは、触覚情報推定装置１の外部に設けられている別の装置であってもよい。この場合、入力部１０４は、当該外部の視覚センサ及び／又は当該外部の触覚センサからの信号を受信し、モデル生成部１０６へと出力する。このように、入力部１０４は、触覚情報推定装置１内のセンサ信号の受信を行うのみならず、外部からの信号の入力を受け付けるようにしてもよい。

【0018】

別の例として、モデル生成の過程においては、入力部１０４を介さずに、視覚センサ１００及び触覚センサ１０２が、モデル生成部１０６へと感知したセンサ信号をそれぞれ入力するようにしてもよい。さらには、入力部１０４の一部として視覚センサ１００又は触覚センサ１０２の少なくとも１つが備えられていてもよい。

【0019】

一方、触覚情報を推定する推定フェーズ（以下、単に推定フェーズと記載する。）において、入力部１０４は、視覚情報を視覚センサ１００から入力される。上述したように、視覚センサ１００は、触覚情報推定装置１の内部に備えられていてもよいし、外部にある視覚センサから視覚情報を入力されるものであってもよい。さらには、外部にあるファイルサーバ等からネットワーク等を介して視覚情報が入力されるものであってもよい。入力された視覚情報は、視触覚特徴量抽出部１１０へと送信される。

【0020】

モデル生成部１０６は、入力された視覚情報及び視覚情報に紐付けされた触覚情報に基づいて、視覚情報及び触覚情報が入力されると視覚情報及び触覚情報が出力されるモデルを生成する。このモデルは、例えば、ＣＮＮ（Convolutional Neural Network：畳み込みニューラルネットワーク）、ＦＮＮ（Feedforward Neural Network：順伝搬型ニューラルネットワーク）等の学習モデルに基づいて生成されるモデルである。別の例としては、視覚情報が入力されると触覚情報が出力されるモデルを生成してもよい。

【0021】

入出力情報の別の例として、生成されるモデルは、視覚情報及び触覚情報が入力されると、触覚情報を出力するモデル、又は、視覚情報が入力されると、視覚情報及び触覚情報を出力するモデルであってもよい。

【0022】

このように、生成されるモデルは、視覚情報及び当該視覚情報に紐付けられた触覚情報に基づいて生成され、視覚情報と触覚情報とを紐付ける特徴量である視触覚特徴量に関する情報が自己組織化により自動生成されるものであればよい。

【0023】

モデル生成部１０６は、生成されたモデルを出力部１０８及び視触覚特徴量抽出部１１０へと送信する。なお、触覚情報推定装置１の外部においてモデルを使用しない場合には、必ずしも出力部１０８へと出力しなくてもよい。学習フェーズにおいては、生成されたモデルのロス、勾配等のパラメータを出力部１０８から出力し、モデルの学習状況をユーザが確認できるようにしてもよい。

【0024】

出力部１０８は、学習フェーズにおいては、モデル生成部１０６から出力されたモデルを外部へと出力する。このように外部へとモデルを出力することにより、他の触覚情報推定装置においても同じモデルを用いることが可能となる。一方で、推定フェーズにおいては、視覚情報から変換された触覚情報、視触覚特徴量等を出力する。

【0025】

視触覚特徴量抽出部１１０は、学習フェーズにおいては、モデル生成部１０６に基づいて、自己組織化された視触覚特徴量を取得し、視触覚特徴量の自己組織化された空間を生成する。この自己組織化された空間は、通常のクラス分類及びカテゴリ分類等とは異なり、軸にそって連続的又は離散的に状態が変化するように形成される空間である。

【0026】

図２は、視触覚特徴量抽出部１１０が抽出した視触覚特徴量を可視化したものの一例を示す図である。図２の例においては、触覚を示す特徴量として、滑りやすさと硬さとの関係を示している。縦軸は、滑りやすさを示し、原点Ｏに近いほど滑りやすく、原点Ｏから遠くなるほど滑りにくいことを示している。一方、横軸は、硬さを示し、原点Ｏに近いほど固く、原点Ｏから遠くなるほど柔らかいことを示している。

【0027】

上記の軸に対する説明を加えたのが図中における領域内の説明である。例えば、図において、原点Ｏに近い領域は、物体が滑りやすく、かつ、硬い領域である。垂直方向が原点Ｏから遠く、水平方向が原点Ｏから近い領域は、滑りにくく、かつ、硬い領域である。同様に、滑りやすく、かつ、柔らかい領域と、滑りにくく、かつ、柔らかい領域とが図に示すように存在する。

【0028】

図示する上で、楕円状の領域を示しているが、上述したように軸に沿って連続的又は離散的に特徴量が変化するものであり、これらの領域は明確に区別可能であるものではない。すなわち、この視触覚特徴量抽出部１１０が行う自己組織化は、一般的なクラス分類及びカテゴライゼーションではなく、硬さ及び滑りやすさ等の指標が軸に沿って変化していくものである。

【0029】

これらの分類は、滑りやすさと硬さに限定するものではなく、触覚特徴量としてさらに別の指標を備えていてもよい。別の指標を備える場合には、２次元で表される空間ではなく、３次元以上の高次元の状態を表す空間となる。２次元である場合にも、滑りやすさと硬さに限定されるものではなく、出力する情報の目的に応じて適切なものを用いるようにしてもよい。

【0030】

また、滑りやすさと硬さの指標であっても、モデル生成部１０６が生成したモデルの中間層における次元により、２次元空間において明確に表現できない可能性がある。このような場合には、滑りやすさ及び硬さの指標を、３次元以上の空間で表現できるように自己組織化するようにしてもよい。

【0031】

このように、視触覚特徴量抽出部１１０は、生成されたモデルに基づいて、自己組織化された視触覚特徴量を抽出する。

【0032】

推定フェーズにおいて、視触覚特徴量抽出部１１０は、例えば、モデル生成部１０６がオートエンコーダによりモデルを生成した場合、当該モデルのエンコーダ部分を用いて入力された視覚情報をエンコードする。そして、自己組織化された空間においていずれの位置に当該エンコードされた情報が存在するかにより、視触覚特徴量を抽出する。抽出された視触覚特徴量は、出力部１０８を介して出力される。

【0033】

次に、フローチャートを用いて、学習フェーズの動作について説明する。図３は、触覚情報推定装置１の学習フェーズにおける動作を示すフローチャートである。

【0034】

まず、入力部１０４を介して、視覚センサ１００及び触覚センサ１０２から視覚情報及び触覚情報をそれぞれ取得する（Ｓ１００）。例えば、触覚センサ１０２により物体の触覚情報を取得しているタイミングにおいて、当該物体の画像を視覚情報として取得し、当該視覚情報及び当該触覚情報が入力部１０４を介して触覚情報推定装置１に入力される。上述したように、入力部１０４を介さず、視覚センサ１００及び触覚センサ１０２は、各々が取得した情報をモデル生成部１０６へと送信するようにしてもよい。

【0035】

別の例として、ユーザが入力部１０４を介して、視覚センサ１００及び触覚センサ１０２がそれぞれのセンサ情報を感知するタイミングを指定して視覚情報及び触覚情報を取得するようにしてもよい。この場合、入力部１０４には、ユーザが指示を入力するためのユーザインターフェースが備えられていてもよい。さらに別の例として、あらかじめ取得された視覚情報及び当該視覚情報に紐付けられた触覚情報を、入力部１０４を介して入力するようにしてもよい。あらかじめ取得された情報は、ファイルサーバ等に記憶されているものであってもよい。

【0036】

視覚センサ１００は、上述したように、例えば、カメラであり、カメラで撮影した画像を視覚情報として入力部１０４から入力する。画像情報は、カラーで取得された場合には、グレースケールへと変換して入力するようにしてもよい。また、照明等の光の当たり方を排除するため、領域ごとに輝度、明度、彩度、又は、コントラスト、ダイナミックレンジ等の調節をして入力するようにしてもよい。一例として、視覚センサ１００は、物体の表面のテクスチャ情報を視覚情報として取得し、入力部１０４へと入力する。これら学習の前処理は、視覚センサ１００で行われるに限られず、入力部１０４や、その他のモジュールにおいて行われてもよい。

【0037】

触覚センサ１０２は、上述したように、例えば、アレイ状に配置された複数の圧点センサを備えたセンサである。このような複数の圧点センサを備えたセンサである場合、触覚センサ１０２が物体へと所定の力で押しつけられたときに、個々のセンサが感知したデータをまとめたものを触覚情報として入力部１０４から入力する。より具体的には、触覚センサ１０２が物体へと所定の力で押しつけられた場合の圧点センサの１つ１つが感知した圧力情報を２次元に配置することにより、面としての圧力情報を感知するようにする。言い換えると、画像における画素に対応するものが、圧点センサであるとし、面としての圧力情報を触覚情報として入力する。

【0038】

ここで、所定の力とは、例えば、物体に触れたことを感知した後に、触覚センサ１０２に物体から与えられる外力であってもよい。別の例として、触覚センサ１０２がグリッパ等のフィンガーに備えられている場合には、当該フィンガー間の距離を所定の距離にするように制御した場合に、触覚センサ１０２に物体から与えられる力であってもよい。このように、様々な物体に接触する場合において、同様の状態で感知できるようにしておけばよい。

【0039】

このようにすることにより、硬い物体だけではなく、柔らかい物体又は変形する物体に対しても適切に触覚情報を取得することができる。

【0040】

さらに、触覚センサ１０２を、上記の状態から触覚センサ１０２の圧点が並んでいる方向と平行方向へと所定距離移動させ、移動中に掛かる圧力の感知情報又は移動後の位置における圧力の感知情報を触覚情報として追加してもよい。このように所定の距離を動かした情報を感知することにより、所定の力を加えて取得できる硬さ情報の他に、所定の距離を動かした場合における各圧点センサの感知に基づいて、物体表面の滑りやすさの情報を取得することも可能である。移動中の感知情報を取得する場合には、所定距離の移動をさせることのみならず、所定の力を与えて移動させて圧力情報を触覚情報として取得するようにしてもよい。移動中の感知情報を取得する場合、触覚情報を時系列に沿った情報として取得するようにしてもよい。

【0041】

触覚センサ１０２から入力される情報は、これには限られず、１つの圧力センサを用いて当該情報を触覚情報としてもよいし、シート状のタクタイルセンサの場合には、当該タクタイルセンサの仕様に基づいて感知した触覚情報を入力部１０４から入力するようにしてもよい。

【0042】

上記説明したように、入力部１０４へと入力される視覚情報及び触覚情報は、画素数或いは圧点数の要素を有するテンソル（例えば、ベクトル又はマトリクス）で表される高次元のデータとなる。触覚情報として所定距離移動させた場合の情報を取得する場合には、圧点数の要素数を有する２つ以上のマトリクス、すなわち、移動しない状態のマトリクス及び移動している又は移動後の状態のマトリクスを触覚情報として用いて学習させてもよい。移動中の時系列に沿った情報を取得している場合には、入力する触覚情報は、３次元のマトリクスとしてもよいし、多チャンネルのマトリクスとしてもよい。

【0043】

次に、モデル生成部１０６は、視覚情報及び触覚情報が入力されると視覚情報及び触覚情報を出力するモデルを生成する（Ｓ１０２）。モデル生成部１０６は、例えば、オートエンコーダを用いることにより当該モデルを生成する。オートエンコーダを用いる場合、視覚情報及び触覚情報をモデルへと入力し、当該視覚情報及び当該触覚情報が取得できるようなネットワークを学習により生成する。生成されるモデルは、上述したように、ＣＮＮに基づいたモデルでもよいし、ＦＮＮ等の他のネットワークモデルであってもよい。

【0044】

入出力の双方に視覚情報及び触覚情報を用いる場合には、視覚情報として画像を、触覚情報として圧点センサが取得した圧力情報を用い、これらのデータを別のチャネルのデータとしてＣＮＮを実装してもよい。圧力情報が時系列的に取得される場合、上述したように当該時系列に並んだ圧力情報をそれぞれ別のチャネルとしたＣＮＮとして生成モデルを実装してもよいし、３次元のマトリクスとして入力されるように実装してもよい。他のネットワークを用いる場合には、視覚情報及び触覚情報のデータが、例えば、それぞれの画素値が入力される入力層及びそれぞれの圧点値が出力される出力層を実装してもよい。

【0045】

学習においては、活性化関数は、恒等写像でもよいし、非恒等写像でもよい。また、損失関数として、２乗誤差を用いてもよいし、他の線形又は非線形の誤差関数を用いてもよい。訓練データに対して適切にミニバッチを構成して学習をするようにしてもよい。最適化のアルゴリズムとしては、Ｍｏｍｅｎｔｕｍ、Ａｄａｍ等を用いてもよいし、これには限られず、他の最適化アルゴリズムを用いてもよい。

【0046】

別の例として、視覚情報が入力されると、触覚情報が出力されるようなネットワークを学習によりモデルとして生成してもよい。モデルとしては、上記と同様に、ＣＮＮ又はＦＮＮ等のネットワークに基づいたモデルを生成する。さらに、特徴量を抽出できるように、中間層において、２次元等の低次元となるような層を有するようなネットワークを構成してもよい。この場合、モデル生成部１０６は、例えば、入力層に視覚情報が入力されると、当該視覚情報に紐付けられた触覚情報を出力するモデルを、教師付学習を行うことにより生成する。

【0047】

上述したように、入力を視覚情報及び触覚情報、出力を触覚情報とするモデル、又は、入力を視覚情報、出力を視覚情報及び触覚情報とするモデルであり、中間層として低次元となる層を有するモデルを生成してもよい。これらのモデルも、教師付学習を行うことにより生成するが可能である。

【0048】

次に、視触覚特徴量抽出部１１０は、モデル生成部１０６が生成したモデルに基づいて、視覚情報及び触覚情報を結びつける視触覚特徴量を抽出する（Ｓ１０４）。この視触覚特徴量は、例えば、モデルに入力された視覚情報が触覚情報へとどのような影響を与えるかという特徴量を生成されたネットワークの中間層を取得することにより抽出する。

【0049】

Ｓ１０２において生成されたモデルの中間層は、視覚情報と触覚情報の間の特徴量を低次元で表現したものとなる。そこで、視触覚特徴量抽出部１１０は、この中間層に基づいて、自己組織化された視触覚特徴量の空間を抽出し、出力する。また、このＳ１０４において、視触覚特徴量抽出部１１０は、視覚情報が入力されると触覚情報を出力するモデルを生成してもよい。

【0050】

視触覚特徴量抽出部１１０は、一例として、モデル生成部１０６がＣＮＮに基づいてオートエンコーダによりモデルを生成した場合、すなわち、所謂畳み込みオートエンコーダによりモデルを生成した場合、当該モデルにおけるコード部分の層である中間層を取得する。取得した中間層は、モデルに入力される視覚情報及び触覚情報という高次元（画素数、圧点数）のデータに対し、圧縮された低次元の特徴量を示す層である。モデル生成部１０６は、中間層における次元を２次元又は３次元等の低次元まで圧縮することにより、特徴量を可視化できるようにモデルを生成してもよい。この場合、視触覚特徴量抽出部１１０は、この中間層を抽出することにより、自己組織化された特徴量を抽出する。

【0051】

モデル生成部１０６が生成するモデルはこのように２次元等の低次元にするように生成される必要は無く、例えば、１６×１６次元といったより高次元の中間層を有するように生成されてもよい。このように中間層が２次元等ほど低次元ではない場合、視触覚特徴量抽出部１１０は、生成されたモデルの中間層を抽出し、この中間層に対してその入出力が一致するように、オートエンコーダにより低次元に落とし込むエンコーダを生成し、視触覚特徴量を抽出するようにしてもよい。

【0052】

低次元の特徴量は、例えば、図２のように示される。図２においては、滑りやすさと硬さが２次元の軸にそって空間を形成している。視触覚特徴量抽出部１１０は、特徴量を自己組織化することにより、これらの指標を軸とした空間を形成する。上述したように、この空間は２次元である必要は無く、３次元以上の次元の空間として形成されてもよい。

【0053】

例えば、触覚センサ１０２と物体が接触している状態において、触覚センサ１０２の少なくとも一部が物体に対して速度を有するように移動している、一例として、触覚センサ１０２が物体の表面をなぞるように移動している場合、触覚センサ１０２が取得するデータは、時系列に沿った情報となる。この場合、硬さは法線方向、滑りやすさは平面方向の成分として、触覚情報を取得することが可能となる。このように触覚情報を取得することにより、硬さ及び滑りやすさが考慮された視触覚特徴量が自己組織化によりマッピングされることとなる。

【0054】

別の例として、畳み込みオートエンコーダにおけるエンコーダ部分を用いてオートエンコーダでは、エンコードの層において、種々の特徴量が抽出される。このエンコードの層に基づいて、硬さ及び滑りやすさの指標をマッピングするようにしてもよい。視触覚特徴量抽出部１１０は、このエンコーダの層を用いて、ＦＮＮの学習をして新たなネットワークを生成し、特徴量を抽出するようにしてもよい。この場合、新たなネットワークの生成において教師付学習を行ってもよく、このようにすることにより、明示的に硬さ及び滑りやすさについての特徴量を抽出することが可能である。

【0055】

上述したいずれの場合に対しても、モデル生成部１０６が生成したモデルを用いてファインチューニングをするようにしてもよい。視触覚特徴量抽出部１１０は、生成されたモデルを用いてファインチューニングをすることにより、視覚情報を入力すると、硬さ及び滑りやすさといった視触覚特徴量を抽出する新たなモデルを生成してもよい。

【0056】

このように、ユーザが明示的にラベリングを行うことなく、ＣＮＮのオートエンコーダを形成することにより取得した視覚情報及び触覚情報から自己組織化により硬さ及び滑りやすさを指標とした視触覚特徴量を抽出することも可能であるし、また、自己組織化された中間層を用いて教師付学習を実行することにより明示的に硬さ及び滑りやすさを指標とした視触覚特徴量を抽出することも可能である。

【0057】

なお、自己組織化された特徴量の空間は、硬さ、滑りやすさといった明確に人間に分かるような情報であるとは限られない。しかしながら、上述のように、視覚情報に対して硬さと、滑りやすさとを含むような情報を触覚センサ１０２が取得しておくことにより、自己組織化により、硬さと滑りやすさとを何らかの指標として含む、自己組織化された空間を形成することが可能となる。

【0058】

すなわち、図２のように視触覚特徴量が空間として形成されることは必須ではなく、例えば、２次元の空間が形成された場合には、横軸、縦軸ともに人間が直接的には感知できない指標（例えば、視覚情報に対する、硬さと滑りやすさとが線形又は非線形に組み合わされた指標）として形成されてもよい。換言すると、自己組織化された視触覚特徴量は、数値として表現された際に、必ずしも人間が触覚として明確に理解できる指標であるとは限られず、人間が感覚的に理解できない指標であってもよい。

【0059】

視触覚特徴量抽出部１１０は、このように生成された自己組織化された視触覚特徴量の空間又は視触覚特徴量を抽出するモデルを記憶する。視触覚特徴量抽出部１１０内に記憶するのみならず、触覚情報推定装置１内の図示しない記憶部に記憶するようにしてもよい。別の例として、生成された視触覚特徴量抽出モデルを、出力部１０８を介して出力し、他の触覚情報推定装置で利用できるようにしてもよい。

【0060】

学習フェーズでは、以上のように学習を行うことにより、視覚情報及び触覚情報が入力されると当該視覚情報及び触覚情報が出力されるモデルを生成し、生成されたモデルに基づいて、視覚情報が入力されると、触覚情報が出力されるような自己組織化された視触覚特徴量の空間を抽出する。

【0061】

次に、推定フェーズについて、フローチャートを用いて説明する。図４は、視覚情報から視触覚特徴量を抽出する推定フェーズの処理の流れを示すフローチャートである。推定フェーズにおいては、図１における破線で示すようにデータが送受信される。

【0062】

まず、入力部１０４を介して視覚情報を取得する（Ｓ２００）。視覚情報は、例えば、視覚センサ１００が感知した視覚情報が入力部１０４を介して触覚情報推定装置１へと入力される。この他に外部において取得された視覚情報を含むデータが入力部１０４に入力されてもよい。入力される視覚情報は、例えば、学習に用いた物体とは異なる物体の視覚情報である。

【0063】

次に、視触覚特徴量抽出部１１０は、入力された視覚情報から視触覚特徴量を抽出する（Ｓ２０２）。学習フェーズにおいて準備した自己組織化された空間又は視触覚特徴量を抽出するモデルに基づいて、視触覚特徴量抽出部１１０は、入力された視覚情報から触覚情報を取得する。

【0064】

視触覚特徴量抽出部１１０は、モデル生成部１０６が生成したモデル及び視触覚特徴量抽出部１１０が抽出した自己組織化された視触覚特徴量の空間を用いて、視覚情報から触覚情報を取得する。例えば、モデル生成部１０６が生成したモデルに視覚情報を入力し、中間層における出力を取得する。その後、視触覚特徴量の空間において、取得した中間層の出力がどの座標にマッピングされるかを取得する。そして、マッピングされた中間層の出力に基づいて、触覚情報を取得する。

【0065】

次に、出力部１０８は、視触覚特徴量抽出部１１０が取得した触覚情報を出力する（Ｓ２０４）。出力された触覚情報に基づいて、例えば、ロボットに接続されたグリッパ等の把持部を動作させることにより、触覚情報に基づいた物体の把持を行うことが可能となる。

【0066】

別の例としては、把持部を制御するための信号へとあらかじめ触覚情報推定装置１において変換してロボットへと出力するようにしてもよいし、又は、触覚情報推定装置１に把持部を備え、当該把持部へと制御信号を出力して把持部の制御を行うようにしてもよい。触覚情報推定装置１に備えられている把持部は、触覚センサ１０２が備えられているグリッパ等であってもよい。

【0067】

以上のように、本実施形態によれば、入力された視覚情報及び触覚情報を自己組織化することにより、入力された視覚情報から触覚情報をユーザがラベリング等すること無く取得することが可能となる。このように、ユーザがラベリングをせずに、学習により自己組織化された特徴量を用いて触覚情報を取得することにより、視覚情報が得られた未知の物体の触覚情報を取得することが可能となる。

【0068】

さらに、本実施形態によれば、触覚情報としてカテゴライズやラベリングされた値ではなく、例えば、硬さ、滑りやすさといった指標が数値として出力されるため、ロボットの把持部等により精密な動作をさせる指標を出力することが可能となる。すなわち、ロボットの把持部等を動作させるための力を、硬い、柔らかいといったおおざっぱな指標ではなく、より細かい精度において制御することが可能となり、種々の物体に対して、当該物体の触覚情報に基づいた把持を行うことができる。

【0069】

例えば、工場等における形状及び材質が決まっている物体の把持にとどまらず、把持する力により変形してしまう布やパウチといったその形状や硬さ等をモデル化するのが困難である物体、週替わりの販売用弁当の食材と言ったモデル化するにはコストが掛かる物体や個体差が生じやすい物体等の触覚情報も、本実施形態に係る触覚情報推定装置１によれば精度よく推定することが可能となる。

【0070】

（第２実施形態）
図５は、本実施形態に係る触覚情報推定装置１の機能を示すブロック図である。前述した第１実施形態に係る触覚情報推定装置１の機能に加え、さらに、把持情報取得部１１２を備える。

【0071】

把持情報取得部１１２は、例えば、物体を把持することが可能なグリッパを備える。この把持情報取得部１１２は、物体を把持し、把持した状態を視覚センサ１００が視覚情報として感知する。このように物体を把持した状態において視覚情報として物体及び把持位置の情報を取得し、入力部１０４を介してモデル生成部１０６へと取得した視覚情報が送信される。この視覚情報と紐付けて、物体が安定して把持できているか否かの情報を送信するようにしてもよい。物体の形状に対して様々な位置で把持を試み、すなわち、物体の把持状態を変更し、視覚情報、触覚情報及び把持可能であるか否かの情報を取得し、訓練データとしてもよい。

【0072】

例えば、ユーザが入力部１０４を介して物体が把持できているか否かを入力するようにしてもよい。他の例として、把持情報取得部１１２に重量計を設けておき、物体を持ち上げた状態を保てるか否かを判断するようにしてもよい。物体を持ち上げた状態を保てるか否かは、把持情報取得部１１２において物体を把持している箇所を重力方向と反対方向へと動かして行き、重量情報が所定値（物体の重量）となった状態が所定の秒数続く、又は、所定距離移動させても重量情報が所定値から変化しない状態が続く、等の状況を把握することにより判断してもよい。

【0073】

この視覚情報に基づいて、モデル生成部１０６は、把持位置に関して学習をし、物体を安定して把持できる位置について、把持位置モデルを生成する。この把持位置モデルは、前述した視触覚特徴量を抽出するためのモデルとは異なるモデルとして生成される。把持位置モデルは、種々の学習方法及び種々のモデルに基づいて学習することが可能である。例えば、物体の形状及び把持位置を視覚情報として入力層から入力し、把持できるか否かが出力層から出力される教師付学習を行ってもよい。別の例として、物体の形状が入力されると、どの位置において把持しやすいかを出力するようなモデルを生成してもよい。この場合、２次元情報だけではなく、３次元情報を取得してもよい。

【0074】

学習フェーズにおいて、モデル生成部１０６は、把持位置推定部１１４へと学習した把持位置モデルを送信する。把持位置推定部１１４は、受信した把持位置モデルを記憶する。推定フェーズにおいて、把持位置推定部１１４は、記憶した把持位置モデルにしたがい、視覚情報から把持位置を推定し、出力部１０８を介して出力する。

【0075】

また、グリッパの物体を把持する箇所において、触覚センサ１０２を備えるようにしてもよい。触覚センサ１０２を備える場合、把持情報取得部１１２は、触覚センサ１０２が感知した触覚情報を、入力部１０４を介してモデル生成部１０６へと入力してもよい。把持情報取得部１１２に触覚センサ１０２を備えることにより、把持する位置及び触覚情報と、視覚情報との紐付けされたデータを同じタイミングにおいて取得することが可能となる。

【0076】

図６は、触覚センサ１０２を備える把持情報取得部１１２を模式的に図示したものである。例えば、把持情報取得部１１２が、位置１１２Ａにある場合には、物体を把持することができ、位置１１２Ｂ及び位置１１２Ｃにある場合には、物体を把持することができなかったとする。

【0077】

位置１１２Ａにおいて、把持情報取得部１１２は、物体が把持可能であるという情報及びその触覚情報を入力部１０４へと送信し、同じタイミングで視覚センサ１００は、視覚情報を入力部１０４へと送信する。このように把持可能である位置、触覚情報と、それらに紐付けられた視覚情報とがモデル生成部１０６へと入力される。

【0078】

一方、位置１１２Ｂ及び位置１１２Ｃにおいては、把持情報取得部１１２は、物体が把持可能ではないという情報を送信する。この場合、物体と触覚センサ１０２とが触れていた状態におけるデータに基づいて、触覚情報を送信する。視覚センサ１００からは、物体と接触している状態の感知情報を送信する。

【0079】

例えば、物体と把持情報取得部１１２が接触した段階において視覚センサ１００は、撮影をし、触覚センサ１０２は、触覚情報を取得する。その後、上述したように当該位置に置いて把持可能であるか否かを判断するために、把持情報取得部１１２を任意に移動させ、把持状況を把握する。把持状況を把握した後に、把持情報取得部１１２が検知した把持可能情報、及び、触覚センサ１０２が感知した触覚情報のそれぞれと、視覚センサ１００が感知した視覚情報とを紐付けて送信する。このようにすることにより、上述した２つの場合、すなわち、把持可能である場合、把持可能では無い場合の双方において、同じ制御でそれぞれのセンサからの情報を送信することが可能となる。

【0080】

推定フェーズにおいては、視覚情報が入力されると、当該視覚情報は、視触覚特徴量抽出部１１０、及び、モデル生成部が生成した把持位置モデルとに入力され、視触覚特徴量及びどの位置で把持可能であるかが出力される。このように、視触覚特徴量抽出部１１０には物体のテクスチャデータを、把持位置モデルには、物体の形状データを入力し、どの位置が把持しやすいかを取得するとともに、どの程度の力で把持すればよいかの情報を取得することが可能となる。

【0081】

以上のように、本実施形態によれば、触覚情報と視覚情報の紐付けのみならず、物体の形状に基づいた把持可能情報を視覚情報と紐付けてモデル化することにより、視覚情報に含まれるテクスチャ情報及び形状情報から、把持する際に制御する力及び位置の双方を出力することが可能となる。

【0082】

なお、上述においては視覚センサ１００の位置については特に限定は無い。例えば、上述した状況のように、固定位置にある視覚センサ１００であるが、これには限られない。図７は、視覚センサ１００の位置に関する別の例を示す図である。

【0083】

図７に示すように、視覚センサ１００は、把持情報取得部１１２に備えられていてもよい。このように、把持情報取得部１１２に視覚センサ１００が備えられることにより、より高精度な把持位置情報及び触覚情報を取得することも可能となる。

【0084】

例えば、図７のように視覚センサ１００を備えておくと、物体の形状情報と把持位置情報とを紐付けて取得するとともに、触覚センサ１０２の位置に基づいた視覚情報を取得できることから、触覚センサ１０２の感知情報に対して触覚センサ１０２が接触している箇所のテクスチャ情報とをより正確に取得することが可能となる。

【0085】

この場合、視覚情報として、形状情報を取得するタイミングと、テクスチャ情報を取得するタイミングとをずらして取得するようにしてもよい。すなわち、形状情報は、物体の全体が取得できるような位置において取得し、テクスチャ情報は、触覚センサ１０２と物体が接触した状態で取得するようにしてもよい。

【0086】

学習フェーズにおいては、このように取得された視覚情報等の情報に基づき形状に基づいた把持位置、テクスチャに基づいた視触覚特徴量の学習を行う。

【0087】

推定フェーズにおいては、まず、物体全体の形状の視覚情報を取得し、把持位置を推定し、その後、把持位置において把持する箇所におけるテクスチャ情報を取得し、視触覚特徴量を推定する。このように、２段階の構成とすることもできる。

【0088】

もっとも、視覚センサ１００が固定されている場合と同様に、学習フェーズ及び推定フェーズの双方において、視覚情報の取得を２段階にすることは必須ではなく、視覚情報として物体全体の視覚情報を取得し、取得した当該視覚情報からテクスチャ情報をも取得するようにしてもよい。

【0089】

（第３実施形態）
図８は、本実施形態に係る触覚情報推定装置１の機能を示すブロック図である。触覚情報推定装置１はさらに、把持位置決定部１１６と、物体特性推定部１１８と、把持力決定部１２０と、把持制御部１２２と、把持部１２４と、を備える。

【0090】

把持位置決定部１１６は、把持位置推定部１１４が推定した把持位置に基づいて、把持位置を決定する。把持位置推定部１１４は、前述した第２実施形態のように生成された把持位置モデルに基づいて把持位置を推定してもよいし、別途他の手法により、視覚情報から把持位置を推定するようにしてもよい。また、把持部１２４から情報のフィードバックがある場合には、フィードバックされた情報に基づいて、物体の把持する位置を更新する。

【0091】

物体特性推定部１１８は、視触覚特徴量抽出部１１０が抽出した視触覚特徴量から、物体の特性を推定する。さらに、物体特性推定部１１８は、視触覚特徴量だけではなく、把持位置決定部１１６が決定した把持位置に基づいて、物体における把持する箇所の特性を推定するようにしてもよい。また、把持部１２４から情報のフィードバックがある場合には、フィードバックされた情報に基づいて、物体の特性を更新する。更新する場合には、視触覚特徴量抽出部１１０の出力した視触覚特徴量から物体の特性への変換情報もまた更新するようにしてもよい。

【0092】

把持力決定部１２０は、物体特性推定部１１８が推定した物体の特性に基づいて、把持する力を決定する。

【0093】

把持位置決定部１１６及び把持力決定部１２０は、決定した把持位置及び把持力を出力部１０８から出力し、外部の把持装置により把持する予定の物体、すなわち、学習に用いた物体とは別の他の物体である把持予定物体を、把持させるようにしてもよい。図８に示すように触覚情報推定装置１に把持部１２４が備えられている場合には、外部に出力せずに、把持制御部１２２へと出力するようにしてもよい。

【0094】

把持制御部１２２は、把持位置決定部１１６が決定した把持位置、及び、把持力決定部１２０が決定した把持力に基づいて、把持部１２４を制御するための信号を把持部１２４へと出力する。なお、この把持制御部１２２は、必須の構成ではなく、把持位置決定部１１６及び把持力決定部１２０が直接的に把持部１２４へと情報を出力し、把持部１２４において制御信号を生成し、動作するようにしてもよい。別の例としては、把持位置決定部１１６及び把持力決定部１２０がそれぞれ制御信号を生成し、把持部１２４を動作させるようにしてもよい。

【0095】

把持部１２４は、実際に把持する予定の他の物体である把持予定物体を把持し、その把持状態に関する情報を把持位置決定部１１６及び／又は物体特性推定部１１８へとフィードバックする。

【0096】

学習フェーズにおける動作は、前述の各実施形態と同様である。また、図８においては、第２実施形態における把持情報取得部１１２を省略しているが、把持情報取得部１１２を備えていてもよい。以下、推定フェーズにおける動作について説明する。

【0097】

図９は、本実施形態に係る推定フェーズにおける動作を示すフローチャートである。

【0098】

まず、視覚センサ１００は、把持予定物体の視覚情報を取得し入力部１０４を介して視触覚特徴量抽出部１１０及び把持位置推定部１１４へと視覚情報を入力する（Ｓ３００）。次に、視触覚特徴量抽出部１１０は、生成されたモデルを用いて視覚情報から視触覚特徴量を抽出する（Ｓ３０２）。

【0099】

把持位置推定部１１４は、入力された視覚情報から、把持予定物体が把持可能である位置を推定し、把持位置決定部１１６は、把持位置推定部１１４が推定した把持可能な位置から把持予定物体の把持位置を決定する（Ｓ３０４）。例えば、把持位置推定部１１４が複数の把持可能な位置をどの程度把持可能であるかと言った指標を数値化して推定し、当該数値化された指標に基づいて、最も適した把持可能な位置を把持位置決定部１１６が決定する。把持情報取得部１１２を備え、モデル生成部１０６において把持位置モデルが生成されている場合には、当該把持位置モデルを用いて把持位置を推定し、決定する。

【0100】

物体特性推定部１１８は、視触覚特徴量抽出部１１０が抽出した視触覚特徴量から、物体の特性を推定する（Ｓ３０６）。物体の特性とは、例えば、抽出された視触覚特徴量に基づいた硬さ及び滑りやすさの双方を考慮した、物体を把持するために必要となる特性である。一例として、物体の特性は、硬さ及び滑りやすさの特徴量の数値に基づいて所定の変換をして取得された値のことを言う。所定の変換とは、あらかじめ定義された変換でもよいし、当該定義された変換を、強化学習等により学習した変換でもよい。

【0101】

上述したように、モデル生成部１０６が生成するモデルの中間層において自己組織化されている視触覚特徴量は、必ずしも人間が感覚的に理解できる情報であるとは限られない。このような場合、物体特性推定部１１８は、人間が直接的にとってどのような感覚又は触覚であるかを感知できることが困難であるような視触覚特徴量から、当該物体を把持するために必要な力を算出するために必要となる物体の特性を算出する。このように、自己組織化された視触覚特徴量は、物体を把持するために加える力に変換可能である物体の特性を抽出できる特徴量であればよい。

【0102】

また、物体特性推定部１１８は、Ｓ３０６において、視触覚特徴量のみからではなく、把持位置推定部１１４が推定した把持位置に基づいて物体の特性を推定してもよい。例えば、把持位置推定部１１４が推定した把持可能な位置において、把持部１２４と把持予定物体とが接触する箇所における把持予定物体のテクスチャ情報から、物体の特性を推定するようにしてもよい。

【0103】

次に、把持力決定部１２０は、推定された物体の特性から、把持する際に加える力である把持力を決定する（Ｓ３０８）。推定された物体の特性は、上述したように、例えば、硬さ及び滑りやすさの双方に基づいた特性を数値化したものであり、把持力決定部１２０は、この数値化した値から把持力を決定する。逆に言うと、把持力を決定するために、硬さ及び滑りやすさを数値化したものが物体の特性であり、物体特性推定部１１８は、抽出された視触覚特徴量から把持力を決定するための特性値を推定する。

【0104】

出力部１０８は、把持位置決定部１１６が決定した把持位置及び把持力決定部１２０が決定した把持力を出力する（Ｓ３１０）。このように、本実施形態に係る触覚情報推定装置１は、把持しようとする物体の視覚情報が入力されると、把持位置及び把持力を決定して出力する。このような出力を行うことにより、視触覚特徴量といった抽象的な値ではなく、より具体的にグリッパ等の把持装置を制御するために必要となる情報を出力することが可能となる。

【0105】

図１０は、把持部１２４を備える場合の触覚情報推定装置１の動作の一例を示すフローチャートである。把持部１２４を備える場合には、把持部１２４が実際に把持予定物体を把持し、当該把持した状態をフィードバックすることにより、把持位置及び把持力の決定精度をさらに高めようとするものである。

【0106】

Ｓ３０８の把持力の決定までの動作については、上述した図９に示す動作と同様である。すなわち、把持予定物体の視覚情報を取得すると、触覚情報推定装置１は、把持位置の決定及び把持力の決定を実行する。

【0107】

次に、把持制御部１２２は、把持部１２４の制御をすることにより、把持動作を実行する（Ｓ３１２）。把持制御部１２２は、決定された把持位置及び決定された把持力で把持部１２４が動作するような制御信号を生成し、把持部１２４へと送信する。把持部１２４は、把持制御部１２２から受信した制御信号に基づき動作することにより、把持予定物体の把持を実行する。

【0108】

次に、把持制御部１２２は、把持動作が終了したか否かを判断する（Ｓ３１４）。把持動作が終了した場合（Ｓ３１４：Ｙｅｓ）、触覚情報推定装置１の動作を終了する。

【0109】

一方、把持動作が終了していない場合（Ｓ３１４：Ｎｏ）、把持部１２４は、把持状態の情報を把持位置決定部１１６及び／又は物体特性推定部１１８へとフィードバックする（Ｓ３１６）。フィードバックする情報は、例えば、安定して把持できているか否かの情報、又は、触覚センサが把持部１２４に備えられている場合には、当該触覚センサの感知情報と言った情報である。

【0110】

次に、把持位置決定部１１６及び／又は物体特性推定部１１８は、フィードバックされた情報に基づいて、把持部１２４の制御に必要となる各種情報を更新する（Ｓ３１８）。

【0111】

例えば、把持位置決定部１１６は、把持予定物体の形状から把持位置を決定するが、この決定が適切では無かった場合、把持位置を更新する。把持位置の更新は、例えば、強化学習を用いて行ってもよい。

【0112】

強化学習を用いる場合、一例として、把持の安定度について報酬を設定し、ＭＤＰ（Markov Decision Process：マルコフ決定過程）により学習をおこなう。報酬は、前述した実施形態と同様に、所定の距離を持ち上げた場合の把持予定物体の荷重状況によって設定されてもよいし、又は、把持部１２４が触覚センサを備えている場合には、触覚センサの状態により設定されてもよい。ＭＤＰではなく、セミマルコフ決定過程を用いてもよい。把持予定物体における視覚センサ１００から感知できない箇所の情報を用いたい場合には、部分観測マルコフ決定過程を用いてもよい。強化学習の手法は上述したものには限られず、適切に学習ができるものであればよい。

【0113】

この強化学習は、把持位置の決定だけではなく、把持力の決定についても行ってもよい。例えば、物体特性推定部１１８は、把持部１２４からのフィードバック情報に基づいて、物体の特性情報を強化学習により更新する。把持力決定部１２０は、物体特性推定部１１８が更新した物体の特性情報に基づき、把持力を更新する。

【0114】

この情報の更新は、さらに、モデル生成部１０６が生成した各種のモデルに反映されるものであってもよい。すなわち、生成されたモデルに対して、強化学習により得られた情報を教師データとして、ネットワークの更新を行うようにしてもよい。この場合、さらなる未知の物体を把持しようとする場合において、視触覚特徴量抽出部１１０、物体特性推定部１１８、又は、把持位置推定部１１４における、視触覚特徴量の抽出、物体特性の推定、又は、把持位置の推定の精度を向上させることが可能となる。

【0115】

以上のように、本実施形態によれば、把持位置、把持力を更新することにより、把持予定物体を把持し始めた時点において把持位置、把持力を適切に更新することも可能である。また、把持中において、把持力を適切に更新することも可能である。把持位置、把持力を適切に更新することにより、物体の把持をより精密に行うことが可能となる。

【0116】

なお、把持部１２４は、必ずしも触覚情報推定装置１に備えられている必要は無く、触覚情報推定装置１と接続された外部に存在するグリッパ等の装置であってもよい。また、フィードバック情報は、把持部１２４から送信されるものではなく、把持部１２４、又は、外部のグリッパ等の装置の視覚情報を視覚センサ１００が感知し、当該視覚情報に基づいてフィードバック情報を送信するようにしてもよい。

【0117】

（第４実施形態）
前述した実施形態では、把持部１２４を備えるとしたが、前述した第２実施形態における把持情報取得部１１２が把持部１２４を兼ねるものであってもよい。図１１は、把持部１２４を備え、把持部１２４が把持情報取得部１１２の機能を兼ねる構成を示すブロック図である。

【0118】

図１１に示すように、把持部１２４は、触覚センサ１０２と、視覚センサ１００を備える。視覚センサ１００は、把持部１２４に備えられている必要は無く、把持部１２４とは別途備えられたものでもよい。別の例としては、把持部１２４に備えられた視覚センサ１００とは別の視覚センサ１００が、触覚情報推定装置１にさらに備えられていてもよい。

【0119】

このように最終的に物体を把持する把持部１２４と、触覚情報を取得する触覚センサ１０２を備える把持情報取得部１１２とを同じデバイスとすることにより、把持力及び把持位置の推定及び決定をより精密に行うことが可能となる。

【0120】

図１、図５、図８、図１１に示すような各実施形態における触覚情報推定装置１において、視覚センサ１００及び触覚センサ１０２からのデータ入力の制御、モデル生成部１０６におけるモデル生成の制御、視触覚特徴量抽出部１１０における視触覚特徴量の抽出の制御、把持位置推定部１１４及び物体特性推定部１１８における推定の制御、把持位置決定部１１６及び把持力決定部１２０における決定の制御、把持制御部１２２の制御は、図示しない制御部がその全て又は一部を、一括に又は個別に行うようにしてもよい。この制御部は、アナログ、デジタル、或いは、ＦＰＧＡ等により実装された制御回路であってもよい。

【0121】

上記の全ての記載において、触覚情報推定装置１の少なくとも一部はハードウェアで構成されていてもよいし、ソフトウェアで構成され、ソフトウェアの情報処理によりＣＰＵ等が実施をしてもよい。ソフトウェアで構成される場合には、触覚情報推定装置１及びその少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ－ＲＯＭ等の記憶媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させるものであってもよい。記憶媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記憶媒体であってもよい。すなわち、ソフトウェアによる情報処理がハードウェア資源を用いて具体的に実装されるものであってもよい。さらに、ソフトウェアによる処理は、ＦＰＧＡ等の回路に実装され、ハードウェアが実行するものであってもよい。学習モデルの生成や、学習モデルに入力をした後の処理は、例えば、ＧＰＵ等のアクセラレータを使用して行ってもよい。

【0122】

また、本実施形態に係るデータ推定モデルは、人工知能ソフトウェアの一部であるプログラムモジュールとして利用することが可能である。すなわち、コンピュータのＣＰＵが格納部に格納されているモデルに基づいて、演算を行い、結果を出力するように動作する。

【0123】

前述した実施形態において入力される視覚情報である画像のフォーマットは、生データ、ＰＮＧフォーマット等、テクスチャ情報及び形状情報を適切に表現できるのであれば、どのようなフォーマットであっても構わない。

【0124】

上記の全ての記載に基づいて、本発明の追加、効果又は種々の変形を当業者であれば想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上記した個々の実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲において種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。

【符号の説明】

【0125】

１：触覚情報推定装置、１００：視覚センサ、１０２：触覚センサ、１０４：入力部、１０６：モデル生成部、１０８：出力部、１１０：視触覚特徴量抽出部、１１２：把持情報取得部、１１４：把持位置推定部、１１６：把持位置決定部、１１８：物体特性推定部、１２０：把持力決定部、１２２：把持制御部、１２４：把持部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】