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中級arXiv

STAMP:高麗大とROBOTIS、ヒューマノイドの動作つなぎをG1で成功率80.7%に

Taehyun Byun, Taemoon Jeong, Yoonbyung Chai, Woojin Wie, Insu Park, Kyungjae Lee, Sungjoon ChoiKorea University, ROBOTIS
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次の動作をどこで、いつ始めるかを先に決めてから中間動作を生成すると、ヒューマノイドの動作遷移の追従成功率がUnitree G1で80.7%、ROBOTIS K1で87.5%となり、単純補間(69.6%、84.7%)を上回ったと、韓国の高麗大学とROBOTISがプレプリントで報告した。走ってからパンチするといった別々に作った動作を、継ぎ目ごとに手で調整せずに長い連続動作へつなげられる。

研究課題

別々に生成または収録したヒューマノイドの動作2つを、追従方策が実機で実行できる形でどうつなぐか。

問題

ヒューマノイドの動作ライブラリはクリップ単位で作られる。2つをつなぐとき、2つ目を1つ目に対してどこから始め、どちらを向き、何秒で移るかは決まっていない。単独では自然なクリップでも、置き方次第で足の滑りや余分な旋回、意図しない一歩が生じる。

従来の手法

一般的なのは2つ目の開始点を1つ目の終点に合わせ、位置と向きを補間する方法だ。KimodoやMotionBricksなどの生成型の中割りモデルは豊かな動きを作るが、元の配置をそのまま使うため、配置が悪いと意図しない移動を生み出す。

新しい手法

STAMPは人の動作空間で処理する。ロボットのクリップ2つを人の骨格にリターゲットし、小型のTransformerエンコーダー2つからなる位置合わせモデルが、2つ目のクリップの配置候補388通り(平面上の位置、マイナス60度から90度までの向き、0.5〜2.0秒の遷移時間)を採点して最もコストの低いものを選ぶ。続いて拡散型の人の動作事前モデルがその配置で遷移を生成し、完成した動作列をロボットへ戻してBeyondMimic方策で追従させる。両モデルは人の空間にあるため、機種が変わっても再利用できる。

結果

ボクシング、産業保守、交通整理の3場面から18組の動作ペアを用意し、各1024回のシミュレーションで評価した。Unitree G1の成功率はSTAMPが80.69%、位置と向きの補間が69.59%、MotionBricksが56.91%、位置合わせなしのKimodoが50.69%で、体の速度誤差は補間の0.258m/sに対し0.229m/s。ROBOTIS K1ではSTAMPが87.52%、補間が84.70%、Kimodoが64.55%。候補1位の代わりに100位を使うと成功率はG1で9.36ポイント、K1で15.62ポイント下がった。実機のK1では、走りからパンチへの遷移で補間時に起きた足の滑りの代わりにつなぎの一歩を生成し、交通整理の動作4つを長い動作列につなげた。

限界

プレプリントである。成功率はシミュレーション上で各手法が生成した参照動作に対して測ったもので、正解の遷移との比較ではなく、参照ごとの学習シードは1つ。つないだ動作列ごとに追従方策を学習し直す必要があり、新しい組み合わせをすぐには実行できない。実機の根拠は定性的なデモと1組の動作での5回のモーター電流比較にとどまり、著者も遷移開始時点で電流に差があったと認めている。K1での補間に対する改善は2.8ポイントと小さい。

産業への影響

動作ライブラリからデモやサービス用の動作を組むヒューマノイドメーカーにすぐ役立つ。K1のROBOTISやG1のUnitree、案内や警備、交通誘導など身ぶりと歩行を連続させる用途を狙う企業が対象だ。人の動作空間で一度作った振り付けを複数のロボットに使い回せるため、複数機種を扱う日本のサービスロボット事業者にも意味がある。実用化には動作列ごとの方策学習をなくす必要があり、あと12〜24カ月の研究が要るとみられる。

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