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JP2003175480A - Robot device and method of controlling behavior thereof, and associative memory and associative storage method - Google Patents

Robot device and method of controlling behavior thereof, and associative memory and associative storage method

Info

Publication number
JP2003175480A
JP2003175480A JP2001380157A JP2001380157A JP2003175480A JP 2003175480 A JP2003175480 A JP 2003175480A JP 2001380157 A JP2001380157 A JP 2001380157A JP 2001380157 A JP2001380157 A JP 2001380157A JP 2003175480 A JP2003175480 A JP 2003175480A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
input
pattern
neuron
memory
sensory
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001380157A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Jun Yokono
順 横野
Nobuya Otani
伸弥 大谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2001380157A priority Critical patent/JP2003175480A/en
Publication of JP2003175480A publication Critical patent/JP2003175480A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To apply a competitive neural network to conduct learning allowing additional learning and resistant against a noise under an actual environment. <P>SOLUTION: The competitive neural network is applied as a storage model for this robot device 1 to realize all the long-term memory by the same technical model, and the additional learning is thereby realized in the long-term memory. Statistical learning is carried out to realize the long-term memory less affected by the noise. An associative type meaning is stored to associate a meaning of a body based on an imperfect data. An associative episode is stored to call up a place and a time in memory. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、外部刺激の認識結
果や内部状態の変化に応じて行動制御を行うインテリジ
ェントなロボット装置及びその行動制御方法に係り、特
に、外部刺激から内部状態の変化を連想記憶するロボッ
ト装置及びその行動制御方法、連想記憶装置及び連想記
憶方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an intelligent robot apparatus and a method for controlling the behavior of an intelligent robot which controls a behavior according to a recognition result of an external stimulus or a change in an internal state. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a robot apparatus for associative memory, an action control method thereof, an associative memory apparatus and an associative memory method.

【0002】さらに詳しくは、本発明は、ニューラル・
ネットワークを用いて外部刺激から内部状態の変化を連
想記憶して物の名前など学習により得られた情報を長期
間保持するロボット装置及びその行動制御方法に係り、
特に、追加学習が可能であり且つ実環境下でノイズに強
い学習を行なうロボット装置及びその行動制御方法、連
想記憶装置及び連想記憶方法に関する。
More specifically, the present invention is a neural network
The present invention relates to a robot device that associatively stores a change in internal state from an external stimulus using a network and retains information obtained by learning such as the name of an object for a long time, and a behavior control method thereof.
In particular, the present invention relates to a robot device capable of additional learning and capable of strong learning against noise in a real environment, a behavior control method thereof, an associative memory device and an associative memory method.

【0003】[0003]

【従来の技術】ニューラル・ネットワークは、本来、生
態の神経ネットワークを意味する脳科学の用語であった
が、近年では、ある種の工学的な計算手法を表すために
用いられるようになってきている。
2. Description of the Related Art A neural network was originally a brain science term meaning an ecological neural network, but in recent years, it has come to be used to represent some kind of engineering calculation method. There is.

【0004】ニューラル・ネットワークとは、人間の脳
における神経回路網を簡略化したモデルであり、神経細
胞ニューロンが一方向にのみ信号を通過するシナプスを
介して結合されているネットワークを意味する。ニュー
ロン間の信号の伝達はシナプスを介して行われるが、シ
ナプスの抵抗すなわち重みを適当に調整することにより
さまざまな情報処理モデルが表現される。
A neural network is a simplified model of a neural network in the human brain, and means a network in which nerve cell neurons are connected via synapses that pass signals in only one direction. Signal transmission between neurons is performed via synapses, and various information processing models are expressed by appropriately adjusting the resistance, that is, the weight of synapses.

【0005】ニューラル・ネットワークを工学モデルに
用いた制御・情報処理によれば、摩擦や粘性などの非線
型問題にそのまま対応することができるとともに、学習
機能を備えているので、パラメータの設定変更が不要に
なるという利点がある。また、人間の脳の構造を真似る
ことによって、人間の得意とするパターン認識や連想記
憶などの処理を効率的に行なうことを目指したものであ
る。
According to control / information processing using a neural network as an engineering model, it is possible to directly deal with non-linear problems such as friction and viscosity, and a learning function is provided, so that it is possible to change parameter settings. There is an advantage that it becomes unnecessary. In addition, by imitating the structure of the human brain, the present invention aims to efficiently perform processing such as pattern recognition and associative memory that humans are good at.

【0006】各ニューロンは、他の1以上のニューロン
からの出力をシナプスによる重み付けをして入力して、
それら入力値の総和がある閾値を越えると「発火」すな
わち出力を発する。また、ニューロン間で無数の接続関
係を形成するとともに、それぞれの接続に重みを付加す
ることによって所定の情報処理を実現し、これらの重み
を変化させることによってニューロンによる学習を行な
うことができる。
Each neuron inputs outputs from one or more other neurons after weighting them with synapses,
When the sum of the input values exceeds a certain threshold value, "fire", that is, output is issued. In addition, it is possible to realize predetermined information processing by forming a myriad of connection relationships among neurons and adding weights to the respective connections, and by changing these weights, learning by neurons can be performed.

【0007】ニューラル・ネットワークによる情報処理
の1つに、連想記憶を挙げられる。ここで言う連想記憶
とは、いわゆる自己想起型の連想記憶のことであり、あ
らかじめ複数のパターンを記憶パターンとして記憶して
おき、その中のある1つのパターンに類似したパターン
が想起される仕組みを言う。
One of the information processings by the neural network is associative memory. The associative memory referred to here is a so-called self-associative associative memory, in which a plurality of patterns are stored in advance as a memory pattern and a pattern similar to a certain pattern among them is recalled. To tell.

【0008】例えば、外部刺激や内部状態に変化に応じ
た自律動作を行なうロボット装置や、その他の高度な対
話型システムは、外部刺激から内部状態の変化を連想記
憶することにより、物の名前など学習により得られた情
報を長期間保持することができる。また、不完全なデー
タからなる外部刺激しか与えられなかったときであって
も、該当するニューロンの発火によりあるオブジェクト
の意味などを想起することができる。すなわち、連想記
憶を適用することにより、より高度な知的レベルで人間
とのリアリスティックなコミュニケーションを実現する
ことが可能になるという訳である。
[0008] For example, a robot device that performs an autonomous operation in response to a change in external stimulus or an internal state, and other high-level interactive systems, can store the name of an object by associatively storing the change in the internal state from the external stimulus. The information obtained by learning can be retained for a long period of time. Further, even when only an external stimulus consisting of incomplete data is given, the meaning of a certain object can be evoked by firing the corresponding neuron. In other words, by applying associative memory, it becomes possible to realize realistic communication with humans at a higher intellectual level.

【0009】連想記憶のモデルとしては、例えば、「ホ
ップフィールド(Hopfield)」や「アソシアトロン(As
sociatron)」などの相互結合型のニューラル・ネットワ
ークが広く知られている。これらはいずれも、ニューロ
ンを相互に結合したニューラル・ネットワーク構成にお
いて、1つの記憶事項を複数のニューロンの状態を表す
コードとして表現して記憶するものである。従来のコン
ピュータがすべての事項をアドレスして記憶するのに対
して、このような連想記憶方式は、アドレスを持たない
記憶方式であり、人間の記憶メカニズムにより近いもの
と思料される。
As models of associative memory, for example, "Hopfield" and "Associatron (As
inter-connected neural networks such as "sociatron" are widely known. In all of these, in a neural network configuration in which neurons are connected to each other, one memory item is expressed and stored as a code representing the states of a plurality of neurons. In contrast to the conventional computer that addresses and stores all items, such an associative memory system is a memory system that does not have an address, and is considered to be closer to the human memory mechanism.

【0010】しかしながら、これら相互結合型のニュー
ラル・ネットワークによる連想記憶メカニズムは、一般
に、記憶容量が小さいという問題がある。ニューロン間
の接続の重みを変化させることによりある入力パターン
を記憶することが連想記憶の基本メカニズムであるが、
例えば追加学習を行なうような場合、ある入力パターン
を記憶して、次のパターンをさらに記憶していくことを
繰り返すと、以前に記憶したパターンが失われていくと
いう「忘却」の問題がある。
However, the associative memory mechanism based on these mutual coupling type neural networks generally has a problem that the memory capacity is small. The basic mechanism of associative memory is to store a certain input pattern by changing the weight of the connection between neurons.
For example, in the case of performing additional learning, if a certain input pattern is stored and the next pattern is further stored, there is a problem of "forgetting" that the previously stored pattern is lost.

【0011】また、記憶の種類毎に異なるモデルを適用
することが一般的である。このため、ある単一のロボッ
ト装置、又は単一の対話システムにおいて長期記憶メカ
ニズムを実装するためには、複数の連想記憶モデルで構
成しなければならず、複雑化し、その分コストも増大し
てしまう。
Further, it is common to apply different models for each type of memory. For this reason, in order to implement a long-term memory mechanism in a single robot device or a single dialogue system, it is necessary to configure with multiple associative memory models, which makes it complicated and increases the cost accordingly. I will end up.

【0012】また、自律型の脚式移動ロボットなどの場
合、比較的広い作業空間を無経路状で探索して回ること
から、記憶・学習を行う実環境はダイナミックに変化す
る。このため、実環境の変化に伴うノイズの影響が大き
いので、連想記憶はノイズに対するロバスト性が要求さ
れる。
Further, in the case of an autonomous legged mobile robot or the like, since a relatively large work space is searched for in a routeless manner, the actual environment for memory / learning changes dynamically. For this reason, noise is greatly affected by changes in the actual environment, and associative memory is required to be robust against noise.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、外部
刺激から内部状態の変化を好適に連想記憶することがで
きる、優れたロボット装置及びその行動制御方法、連想
記憶装置及び連想記憶方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an excellent robot apparatus capable of suitably associatively storing a change in internal state from an external stimulus, an action control method therefor, an associative memory apparatus and an associative memory method. To provide.

【0014】本発明のさらなる目的は、ニューラル・ネ
ットワークを用いて外部刺激から内部状態の変化を連想
記憶して物の名前など学習により得られた情報を長期間
保持することができる、優れたロボット装置及びその行
動制御方法、連想記憶装置及び連想記憶方法を提供する
ことにある。
A further object of the present invention is an excellent robot capable of associatively storing a change in an internal state from an external stimulus by using a neural network and holding information obtained by learning such as a name of an object for a long period of time. An object of the present invention is to provide a device, a behavior control method thereof, an associative memory device, and an associative memory method.

【0015】本発明のさらなる目的は、追加学習が可能
であり且つ実環境下でノイズに強い学習を行なうことが
できる、優れたロボット装置及びその行動制御方法、連
想記憶装置及び連想記憶方法を提供することにある。
A further object of the present invention is to provide an excellent robot apparatus capable of performing additional learning and capable of strong learning against noise in a real environment, an action control method thereof, an associative memory apparatus and an associative memory method. To do.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、上記
課題を参酌してなされたものであり、その第1の側面
は、関節駆動又はユーザとの対話駆動を行う駆動部と、
所定の入力パターンを記憶するとともに欠損した入力パ
ターンから完全な記憶パターンを想起する連想記憶部
と、前記連想記憶部により想起された記憶パターンに基
づいて前記駆動部による機体動作を制御する行動制御部
と、を具備することを特徴とするロボット装置である。
The present invention has been made in consideration of the above problems, and a first aspect thereof is a drive unit for driving a joint or driving a dialogue with a user.
An associative storage unit that stores a predetermined input pattern and recalls a complete storage pattern from a missing input pattern, and an action control unit that controls the body operation by the drive unit based on the storage pattern recalled by the associative storage unit And a robot apparatus.

【0017】また、本発明の第2の側面は、関節駆動又
はユーザとの対話駆動を行うロボット装置の行動制御方
法であって、所定の入力パターンを記憶するとともに欠
損した入力パターンから完全な記憶パターンを想起する
連想記憶ステップと、前記連想記憶ステップにより想起
された記憶パターンに基づいて前記ロボット装置の機体
動作を制御する行動制御ステップと、を具備することを
特徴とするロボット装置の行動制御方法である。
A second aspect of the present invention is a behavior control method for a robot apparatus for driving a joint or driving a dialogue with a user, which stores a predetermined input pattern and complete storage from a missing input pattern. An action control method for a robot device, comprising: an associative memory step of recalling a pattern; and an action control step of controlling a body motion of the robot device based on the memory pattern recalled by the associative memory step. Is.

【0018】ここで、前記連想記憶部又はステップは、
入力パターンに応じて発火する複数の入力ニューロンか
らなる入力層と、各入力ニューロンからの出力を結合力
に応じて重み付け入力する複数の競合ニューロンからな
る競合層とを備えた競合型ニューラル・ネットワークを
用いて連想記憶を行なう。
Here, the associative storage unit or step is
A competitive neural network having an input layer consisting of a plurality of input neurons firing according to an input pattern, and a competitive layer consisting of a plurality of competitive neurons receiving weighted inputs of outputs from the respective input neurons Use associative memory.

【0019】すなわち、前記連想記憶部又はステップ
は、ある入力パターンに対して各入力ニューロンからの
重み付け入力値の総和が最大となる競合ニューロンを選
択して、該競合ニューロンと各入力ニューローンとの結
合力を強めることによって、該入力パターンの記憶を強
化する。
That is, the associative memory unit or step selects a competitive neuron having a maximum sum of weighted input values from each input neuron for a certain input pattern, and selects the competitive neuron and each input neuron. By strengthening the binding force, the memory of the input pattern is strengthened.

【0020】また、前記連想記憶部又はステップは、一
部が欠損した入力パターンに対して各入力ニューロンか
らの重み付け入力値の総和が最大となる競合ニューロン
を選択して、該競合ニューロンと結合力の強い入力ニュ
ーローンからなる記憶パターンを想起することができ
る。
Further, the associative memory unit or step selects a competitive neuron having a maximum sum of weighted input values from each input neuron with respect to an input pattern in which a part is missing, and selects a competitive force with the competitive neuron. You can recall a memory pattern consisting of a strong input neuron.

【0021】したがって、本発明の第1又は第2の側面
に係るロボット装置又はその行動制御方法によれば、競
合型ニューラル・ネットワークをロボット装置1の記憶
モデルとして適用することで、すべての長期記憶を同じ
工学モデルで実現することができる。
Therefore, according to the robot apparatus or the behavior control method thereof according to the first or second aspect of the present invention, by applying the competitive neural network as the memory model of the robot apparatus 1, all the long-term memory is achieved. Can be realized with the same engineering model.

【0022】また、新たなパターンが入力され記憶しよ
うとすると新たな競合ニューロンが発火して新しいニュ
ーロンとの結合が強まるが、以前の記憶によるニューロ
ンの結合が弱まる訳ではないので、長期記憶における追
加学習を実現することができる。
Further, when a new pattern is input and an attempt is made to memorize, a new competitive neuron is fired and the connection with the new neuron is strengthened. However, since the connection of the neuron due to the previous memory is not weakened, the addition in the long-term memory is added. Learning can be realized.

【0023】また、同じパターンが何度も入力されるう
ちに記憶が強化されていくという統計的な学習を行なう
ので、ノイズの影響の少ない長期記憶を実現することが
できる。
Further, since the statistical learning is performed such that the memory is strengthened as the same pattern is input many times, it is possible to realize long-term memory with less influence of noise.

【0024】本発明の第1又は第2の側面に係るロボッ
ト装置又はその行動制御方法は、外部刺激を入力する感
覚入力部をさらに備えていてもよい。
The robot apparatus or the behavior control method thereof according to the first or second aspect of the present invention may further include a sensory input unit for inputting an external stimulus.

【0025】このような場合、前記連想記憶部又はステ
ップは、前記感覚入力部からの感覚入力パターンを記憶
するとともに一部が欠損した感覚入力パターンから完全
な感覚記憶パターンを想起することができる。
In such a case, the associative storage unit or step can store the sensory input pattern from the sensory input unit and recall a complete sensory memory pattern from the sensory input pattern that is partially lost.

【0026】また、前記連想記憶部又はステップは、感
覚入力及び内部状態からなる入力パターンを記憶すると
ともに一部が欠損した感覚入力パターンから完全な感覚
記憶パターン及び/又は内部状態パターンを想起するこ
とができる。すなわち、ロボット装置不完全な感覚入力
から、ある物体の意味を連想することができる。
The associative storage unit or step stores an input pattern consisting of sensory inputs and internal states, and recalls a complete sensory memory pattern and / or internal state pattern from a sensory input pattern partially missing. You can That is, it is possible to associate the meaning of a certain object from the imperfect sensory input of the robot device.

【0027】また、前記連想記憶部又はステップは、感
覚入力及び記憶したときのエピソードからなる入力パタ
ーンを記憶するとともに一部が欠損した感覚入力パター
ンから完全な感覚記憶パターン及び/又はエピソード・
パターンを想起することができる。すなわち、連想型エ
ピソード記憶を行なうことにより、ロボット装置は、不
完全な感覚入力から、ある事象を記憶した場所や時間な
どのエピソードを連想することができる。
The associative memory unit or step stores an input pattern consisting of a sensory input and an episode at the time of storage, and a complete sensory memory pattern and / or episode
Can recall patterns. That is, by performing the associative episode memory, the robot apparatus can associate an episode such as a place or a time at which a certain event is stored with an incomplete sensory input.

【0028】また、前記連想記憶部又はステップは、感
覚入力及び動作からなる入力パターンを記憶するととも
に一部が欠損した感覚入力パターンから完全な感覚記憶
パターン及び/又は前記駆動部の動作パターンを想起し
て、該想起された前記駆動部の動作パターンに従って機
体動作を制御することができる。すなわち、連想型の手
続的知識記憶を行なうことにより、ロボット装置は、不
完全な感覚入力から、記憶していた手順を連想する、す
なわち動作を実行することができる。例えば、赤くて丸
いものを見ると、りんごを想起するとともにこれを食べ
ようとすることができる。
The associative memory unit or step stores an input pattern consisting of sensory input and motion and recalls a complete sensory memory pattern and / or a motion pattern of the drive unit from a sensory input pattern partially missing. Then, the operation of the machine can be controlled in accordance with the recalled operation pattern of the drive unit. That is, by performing the associative procedural knowledge storage, the robot apparatus can associate the stored procedure with the imperfect sensory input, that is, execute the operation. For example, if you look at something red and round, you can think of an apple and try to eat it.

【0029】また、前記連想記憶部又はステップにおい
て適用される競合型ニューラル・ネットワークでは、前
記競合層は、入力パターンに対応する名詞を記憶する複
数の名詞ニューロンからなる名詞層と、各名詞に対応す
る動詞を記憶する複数の動詞ニューロンからなる動詞層
とで構成してもよい。
In the competitive neural network applied in the associative memory unit or step, the competitive layer corresponds to each noun and a noun layer composed of a plurality of noun neurons storing nouns corresponding to input patterns. It may be configured with a verb layer composed of a plurality of verb neurons that store the verb to be stored.

【0030】このような場合、ある入力パターンに対し
てまず名詞層で競合して勝ち抜いた名詞ニューロンによ
り名詞を獲得するとともに、該獲得した名詞ニューロン
により動詞層で競合して、該名詞ニューロンと最も結合
の強い動詞ニューロンが発火する。
In such a case, the noun neuron that first competes in a noun layer for a certain input pattern and wins is used to acquire a noun, and the acquired noun neuron competes in the verb layer to obtain the most noun neuron. Verb neurons with strong connections fire.

【0031】このように名詞層と動詞層とに分けて計算
を行なうことにより計算の効率化を図ることができる。
また、動詞の数が増えた場合、単一層の競合層で構成し
た場合には名詞ニューロンと動詞ニューロン間でチュー
ニングを行う必要があるが、2層で独立させている場合
にはこのような煩雑さから解放される。
As described above, the efficiency of the calculation can be improved by dividing the calculation into the noun layer and the verb layer.
Further, when the number of verbs increases, it is necessary to tune between the noun neuron and the verb neuron when it is composed of a single competitive layer, but when the two layers are independent, this kind of complication occurs. Is released.

【0032】本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、
後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより
詳細な説明によって明らかになるであろう。
Further objects, features and advantages of the present invention are as follows.
It will be apparent from the embodiments of the present invention described later and the more detailed description based on the accompanying drawings.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態について詳解する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0034】A.ロボット装置の構成 図1には、本発明に実施に供されるロボット装置1の機
能構成を模式的に示している。同図に示すように、ロボ
ット装置1は、全体の動作の統括的制御やその他のデー
タ処理を行う制御ユニット20と、入出力部40と、駆
動部50と、電源部60とで構成される。以下、各部に
ついて説明する。
A. Configuration of Robot Device FIG. 1 schematically shows a functional configuration of a robot device 1 used for implementing the present invention. As shown in FIG. 1, the robot apparatus 1 includes a control unit 20 that performs overall control of the entire operation and other data processing, an input / output unit 40, a drive unit 50, and a power supply unit 60. . Hereinafter, each part will be described.

【0035】入出力部40は、入力部としてロボット装
置1の目に相当するCCDカメラ15や、耳に相当する
マイクロフォン16、頭部や背中などの部位に配設され
てユーザの接触を感知するタッチ・センサ18、各足底
に配設された肉球スイッチ(図示しない)、あるいは五
感に相当するその他の各種のセンサを含む。また、出力
部として、口に相当するスピーカ17、あるいは点滅の
組み合わせや点灯のタイミングにより顔の表情を形成す
るLEDインジケータ(目ランプ)19などを装備して
いる。これら出力部は、音声やランプの点滅など、脚な
どによる機械運動パターン以外の形式でもロボット装置
1からのユーザ・フィードバックを表現することができ
る。
The input / output section 40 is provided as an input section at the CCD camera 15 corresponding to the eyes of the robot apparatus 1, the microphone 16 corresponding to the ears, the head, the back, and the like to detect a user's contact. It includes a touch sensor 18, a paddle switch (not shown) disposed on each sole, or various other sensors corresponding to the five senses. Further, the output unit is equipped with a speaker 17 corresponding to a mouth, an LED indicator (eye lamp) 19 for forming a facial expression by a combination of blinking and lighting timing, and the like. These output units can express the user feedback from the robot apparatus 1 in a form other than the mechanical movement pattern by the legs such as voice and blinking of a lamp.

【0036】駆動部50は、制御部20が指令する所定
の運動パターンに従ってロボット装置1の機体動作を実
現する機能ブロックであり、行動制御による制御対象で
ある。駆動部50は、ロボット装置1の各関節における
自由度を実現するための機能モジュールであり、それぞ
れの関節におけるロール、ピッチ、ヨーなど各軸毎に設
けられた複数の駆動ユニットで構成される。各駆動ユニ
ットは、所定軸回りの回転動作を行うモータ51と、モ
ータ51の回転位置を検出するエンコーダ52と、エン
コーダ52の出力に基づいてモータ51の回転位置や回
転速度を適応的に制御するドライバ53の組み合わせで
構成される。
The drive unit 50 is a functional block that realizes a body motion of the robot apparatus 1 in accordance with a predetermined motion pattern instructed by the control unit 20, and is a control target under action control. The drive unit 50 is a functional module for realizing the degree of freedom at each joint of the robot apparatus 1, and is composed of a plurality of drive units provided for each axis such as roll, pitch, and yaw at each joint. Each drive unit adaptively controls the rotational position and rotational speed of the motor 51 based on the output of the encoder 51, the encoder 52 that detects the rotational position of the motor 51, and the rotational position of the motor 51. It is composed of a combination of drivers 53.

【0037】駆動ユニットの組み合わせ方によって、ロ
ボット装置1を例えば2足歩行又は4足歩行などの脚式
移動ロボットとして構成することができる。
Depending on how the drive units are combined, the robot apparatus 1 can be configured as a legged mobile robot, for example, bipedal walking or quadrupedal walking.

【0038】電源部60は、その字義通り、ロボット装
置1内の各電気回路などに対して給電を行う機能モジュ
ールである。本実施形態に係るロボット装置1は、バッ
テリを用いた自律駆動式であり、電源部60は、充電バ
ッテリ61と、充電バッテリ61の充放電状態を管理す
る充放電制御部62とで構成される。
The power supply unit 60 is a functional module that supplies power to each electric circuit and the like in the robot apparatus 1 as its name implies. The robot apparatus 1 according to the present embodiment is an autonomous drive type that uses a battery, and the power supply unit 60 includes a charging battery 61 and a charging / discharging control unit 62 that manages the charging / discharging state of the charging battery 61. .

【0039】充電バッテリ61は、例えば、複数本のニ
ッケル・カドミウム電池セルをカートリッジ式にパッケ
ージ化した「バッテリ・パック」の形態で構成される。
The rechargeable battery 61 is constructed, for example, in the form of a "battery pack" in which a plurality of nickel-cadmium battery cells are packaged in a cartridge type.

【0040】また、充放電制御部62は、バッテリ61
の端子電圧や充電/放電電流量、バッテリ61の周囲温
度などを測定することでバッテリ61の残存容量を把握
し、充電の開始時期や終了時期などを決定する。充放電
制御部62が決定する充電の開始及び終了時期は制御ユ
ニット20に通知され、ロボット装置1が充電オペレー
ションを開始及び終了するためのトリガとなる。
The charging / discharging control unit 62 uses the battery 61
The remaining capacity of the battery 61 is grasped by measuring the terminal voltage, the amount of charging / discharging current, the ambient temperature of the battery 61, etc., and the charging start time, the charging end time, etc. are determined. The control unit 20 is notified of the start and end times of charging determined by the charge / discharge control unit 62, and serves as a trigger for the robot apparatus 1 to start and end the charging operation.

【0041】制御ユニット20は、「頭脳」に相当し、
例えばロボット装置1の機体頭部あるいは胴体部に搭載
されている。
The control unit 20 corresponds to the "brain",
For example, it is mounted on the machine head or body of the robot apparatus 1.

【0042】図2には、制御ユニット20の構成をさら
に詳細に図解している。同図に示すように、制御ユニッ
ト20は、メイン・コントローラとしてのCPU(Cent
ralProcessing Unit)21が、メモリやその他の各回路
コンポーネントや周辺機器とバス接続された構成となっ
ている。バス27は、データ・バス、アドレス・バス、コ
ントロール・バスなどを含む共通信号伝送路である。バ
ス27上の各装置にはそれぞれに固有のアドレス(メモ
リ・アドレス又はI/Oアドレス)が割り当てられてい
る。CPU21は、アドレスを指定することによってバ
ス28上の特定の装置と通信することができる。
FIG. 2 illustrates the configuration of the control unit 20 in more detail. As shown in the figure, the control unit 20 includes a CPU (Cent) as a main controller.
The ralProcessing Unit) 21 is bus-connected to a memory, other circuit components, and peripheral devices. The bus 27 is a common signal transmission line including a data bus, an address bus, a control bus and the like. A unique address (memory address or I / O address) is assigned to each device on the bus 27. The CPU 21 can communicate with a specific device on the bus 28 by designating an address.

【0043】RAM(Random Access Memory)22は、
DRAM(Dynamic RAM)などの揮発性メモリで構成さ
れた書き込み可能メモリであり、CPU21が実行する
プログラム・コードをロードしたり、実行プログラムに
よる作業データの一時的な保存のために使用される。
A RAM (Random Access Memory) 22 is
It is a writable memory composed of a volatile memory such as a DRAM (Dynamic RAM), and is used for loading a program code executed by the CPU 21 and temporarily storing work data by the execution program.

【0044】ROM(Read Only Memory)23は、プロ
グラムやデータを恒久的に格納する読み出し専用メモリ
である。ROM23に格納されるプログラム・コードに
は、ロボット装置1の電源投入時に実行する自己診断テ
スト・プログラムや、ロボット装置1の動作を規定する
動作制御プログラムなどが挙げられる。
A ROM (Read Only Memory) 23 is a read-only memory that permanently stores programs and data. The program code stored in the ROM 23 includes a self-diagnosis test program executed when the power of the robot apparatus 1 is turned on, and an operation control program that defines the operation of the robot apparatus 1.

【0045】ロボット装置1の制御プログラムには、カ
メラ15やマイクロフォン16などのセンサ入力を処理
してシンボルとして認識する「センサ入力・認識処理プ
ログラム」、短期記憶や長期記憶などの記憶動作(後
述)を司りながらセンサ入力と所定の行動制御モデルと
に基づいてロボット装置1の行動を制御する「行動制御
プログラム」、行動制御モデルに従って各関節モータの
駆動やスピーカ17の音声出力などを制御する「駆動制
御プログラム」などが含まれる。
The control program of the robot apparatus 1 includes a "sensor input / recognition processing program" which processes sensor inputs from the camera 15 and the microphone 16 and recognizes them as symbols, and storage operations such as short-term memory and long-term memory (described later). The "action control program" that controls the action of the robot apparatus 1 based on the sensor input and the predetermined action control model while controlling the drive of each joint motor and the voice output of the speaker 17 according to the action control model. Control program "and the like.

【0046】不揮発性メモリ24は、例えばEEPRO
M(Electrically Erasable and Programmable ROM)の
ように電気的に消去再書き込みが可能なメモリ素子で構
成され、逐次更新すべきデータを不揮発的に保持するた
めに使用される。逐次更新すべきデータには、暗号鍵や
その他のセキュリティ情報、出荷後にインストールすべ
き装置制御プログラムなどが挙げられる。
The non-volatile memory 24 is, for example, EEPRO.
It is composed of an electrically erasable and rewritable memory element such as M (Electrically Erasable and Programmable ROM), and is used for holding data to be sequentially updated in a non-volatile manner. The data to be sequentially updated includes an encryption key, other security information, a device control program to be installed after shipping, and the like.

【0047】インターフェース25は、制御ユニット2
0外の機器と相互接続し、データ交換を可能にするため
の装置である。インターフェース25は、例えば、カメ
ラ15やマイクロフォン16、スピーカ17との間でデ
ータ入出力を行う。また、インターフェース25は、駆
動部50内の各ドライバ53−1…との間でデータやコ
マンドの入出力を行う。
The interface 25 is the control unit 2
It is a device that enables mutual data exchange by interconnecting with external devices. The interface 25 performs data input / output with the camera 15, the microphone 16, and the speaker 17, for example. Further, the interface 25 inputs and outputs data and commands with the drivers 53-1 ... In the drive unit 50.

【0048】また、インターフェース25は、RS(Re
commended Standard)−232Cなどのシリアル・イン
ターフェース、IEEE(Institute of Electrical an
d electronics Engineers)1284などのパラレル・
インターフェース、USB(Universal Serial Bus)イ
ンターフェース、i−Link(IEEE1394)イ
ンターフェース、SCSI(Small Computer System In
terface)インターフェース、メモリ・スティックを受
容するメモリ・カード・インターフェース(カード・ス
ロット)などのような、コンピュータの周辺機器接続用
の汎用インターフェースを備え、ローカル接続された外
部機器との間でプログラムやデータの移動を行うように
してもよい。
Further, the interface 25 has an RS (Re
serial interface such as commended Standard) -232C, IEEE (Institute of Electrical an
d electronics Engineers) Parallel such as 1284
Interface, USB (Universal Serial Bus) interface, i-Link (IEEE1394) interface, SCSI (Small Computer System In)
terface), a memory card interface (card slot) that accepts a memory stick, etc., and a general-purpose interface for connecting peripheral devices of the computer, and programs and data with external devices that are locally connected. May be moved.

【0049】また、インターフェース25の他の例とし
て、赤外線通信(IrDA)インターフェースを備え、
外部機器と無線通信を行うようにしてもよい。
As another example of the interface 25, an infrared communication (IrDA) interface is provided,
Wireless communication may be performed with an external device.

【0050】さらに、制御ユニット20は、無線通信イ
ンターフェース26やネットワーク・インターフェース
・カード(NIC)27などを含み、Bluetoot
hのような近接無線データ通信や、IEEE 802.
11bのような無線ネットワーク、あるいはインターネ
ットなどの広域ネットワークを経由して、外部のさまざ
まなホスト・コンピュータとデータ通信を行うことがで
きる。
Further, the control unit 20 includes a wireless communication interface 26, a network interface card (NIC) 27, etc., and is equipped with Bluetooth.
h proximity wireless data communication such as IEEE802.h.
Data communication can be performed with various external host computers via a wireless network such as 11b or a wide area network such as the Internet.

【0051】このようなロボット装置1とホスト・コン
ピュータ間におけるデータ通信により、遠隔のコンピュ
ータ資源を用いて、ロボット装置1の複雑な動作制御を
演算したり、リモート・コントロールすることができ
る。
By such data communication between the robot apparatus 1 and the host computer, it is possible to calculate a complicated operation control of the robot apparatus 1 and to perform remote control using remote computer resources.

【0052】B.ロボット装置の行動制御システム 図3には、本発明の実施形態に係るロボット装置1の行
動制御システム100の機能構成を模式的に示してい
る。ロボット装置1は、外部刺激から内部状態の変化を
連想記憶することにより、外部刺激の認識結果や内部状
態の変化に応じて行動制御を行うことができる。
B. Action Control System of Robot Device FIG. 3 schematically shows a functional configuration of the action control system 100 of the robot device 1 according to the embodiment of the present invention. By associatively storing the change of the internal state from the external stimulus, the robot apparatus 1 can perform the action control according to the recognition result of the external stimulus and the change of the internal state.

【0053】図示の行動制御システム100にはオブジ
ェクト指向プログラミングを採り入れて実装することが
できる。この場合、各ソフトウェアは、データとそのデ
ータに対する処理手続きとを一体化させた「オブジェク
ト」というモジュール単位で扱われる。また、各オブジ
ェクトは、メッセージ通信と共有メモリを使ったオブジ
ェクト間通信方法によりデータの受け渡しとInvok
eを行なうことができる。
Object-oriented programming can be adopted and implemented in the illustrated behavior control system 100. In this case, each piece of software is handled in module units called "objects" in which data and processing procedures for the data are integrated. In addition, each object uses a message communication method and an inter-object communication method using a shared memory to transfer data and Invoke.
e can be performed.

【0054】行動制御システム100は、外部環境(E
nvironments)を認識するために、視覚認識
機能部101と、聴覚認識機能部102と、接触認識機
能部103を備えている。
The behavior control system 100 uses the external environment (E
In order to recognize nvironments), a visual recognition function unit 101, an auditory recognition function unit 102, and a contact recognition function unit 103 are provided.

【0055】視覚認識機能部(Video)51は、例
えば、CCD(Charge Coupled Device:電荷結合素
子)カメラ15のような画像入力装置を介して入力され
た撮影画像を基に、顔認識や色認識などの画像認識処理
や特徴抽出を行ない、顔や色、形などの物体に対する視
覚的な認識結果に相当するシンボルをIDとして出力す
る。
The visual recognition function unit (Video) 51 recognizes faces and colors based on a photographed image input through an image input device such as a CCD (Charge Coupled Device) camera 15. Image recognition processing such as is performed and feature extraction is performed, and a symbol corresponding to a visual recognition result of an object such as a face, a color, or a shape is output as an ID.

【0056】聴覚認識機能部(Audio)102は、
マイク16などの音声入力装置を介して入力される音声
データを音声認識して、特徴抽出したり、単語セット
(テキスト)認識を行ったりして、入力音声の認識結果
に相当するシンボルをIDとして出力する。
The auditory recognition function unit (Audio) 102 is
The voice data input via a voice input device such as the microphone 16 is voice-recognized to extract features and perform word set (text) recognition, and a symbol corresponding to the recognition result of the input voice is used as an ID. Output.

【0057】接触認識機能部(Tactile)103
は、例えば機体の頭部などに内蔵された接触センサによ
るセンサ信号を認識して、「なでられた」とか「叩かれ
た」という外部刺激を認識して、触感に関する認識結果
に相当するシンボルをIDとして出力する。
Contact recognition function unit (Tactile) 103
Is a symbol corresponding to the recognition result regarding the tactile sensation by recognizing a sensor signal from a contact sensor built in the head of the machine body or the like, recognizing an external stimulus such as “stroked” or “struck”. Is output as an ID.

【0058】内部状態管理部(ISM:Internal Statu
s Manager)104は、本能モデルや感情モデルを備
え、上述の視覚認識機能部101と、聴覚認識機能部1
02と、接触認識機能部103によって認識された外部
刺激(ES:ExternalStimula)に応じ
てロボット装置1の本能や情動といった内部状態を管理
する。
Internal status management unit (ISM: Internal Statu
s Manager) 104 includes an instinct model and an emotional model, and includes the visual recognition function unit 101 and the auditory recognition function unit 1 described above.
02 and the internal state such as instinct and emotion of the robot apparatus 1 according to the external stimulus (ES: External Stimula) recognized by the contact recognition function unit 103.

【0059】感情モデルと本能モデルは、それぞれ認識
結果と行動履歴を入力に持ち、感情値と本能値を管理し
ている。行動モデルは、これら感情値や本能値を参照す
ることができる。
The emotion model and the instinct model each have a recognition result and an action history as inputs, and manage emotion values and instinct values. The behavior model can refer to these emotional values and instinct values.

【0060】本実施形態に係るロボット装置1は、外部
刺激の認識結果や内部状態の変化に応じて行動制御を行
なうために、時間の経過とともに失われる短期的な記憶
を行なう短期記憶部105と、情報を比較的長期間保持
するための長期記憶部106を備えている。
The robot apparatus 1 according to the present embodiment performs a behavior control according to the recognition result of the external stimulus and the change of the internal state, so that the robot apparatus 1 and the short-term storage unit 105 perform a short-term memory lost with the passage of time. A long-term storage unit 106 for holding information for a relatively long time is provided.

【0061】短期記憶部(ShortTermMemo
ry)105は、上述の視覚認識機能部101と、聴覚
認識機能部102と、接触認識機能部103によって外
部環境から認識されたターゲットやイベントを短期間保
持する機能モジュールである。例えば、カメラ15から
の入力画像を約15秒程度の短い期間だけ記憶する。
Short-term memory (ShortTermMemo
ry) 105 is a functional module that holds the targets and events recognized from the external environment by the above-described visual recognition function unit 101, auditory recognition function unit 102, and touch recognition function unit 103 for a short period of time. For example, the input image from the camera 15 is stored only for a short period of about 15 seconds.

【0062】長期記憶部(LongTermMemor
y)106は、物の名前など学習により得られた情報を
長期間保持するために使用される。長期記憶部106
は、例えば、ある行動モジュールにおいて外部刺激から
内部状態の変化を連想記憶(後述)することができる。
Long-term memory (LongTermMemor
y) 106 is used to hold information obtained by learning such as the name of an object for a long period of time. Long-term memory 106
Can, for example, associatively store (described later) a change in internal state from an external stimulus in a certain action module.

【0063】短期記憶と長期記憶という記憶メカニズム
の分類は神経心理学に依拠するが、詳細は後述に譲る。
The classification of memory mechanisms of short-term memory and long-term memory depends on neuropsychology, but details will be given later.

【0064】また、本実施形態に係るロボット装置1の
行動制御は、反射行動部109によって実現される「反
射行動」と、状況依存行動階層108によって実現され
る「状況依存行動」と、熟考行動階層107によって実
現される「熟考行動」に大別される。
The behavior control of the robot apparatus 1 according to the present embodiment is performed by the reflexive behavior unit 109, the "reflexive behavior", the situation-dependent behavior hierarchy 108, the "situation-dependent behavior", and the deliberative behavior. It is roughly divided into "contemplation actions" realized by the hierarchy 107.

【0065】反射的行動部(Configuratio
nDependentActionsAndReact
ions)109は、上述の視覚認識機能部101と、
聴覚認識機能部102と、接触認識機能部103によっ
て認識された外部刺激に応じて反射的な機体動作を実現
する機能モジュールである。
Reflexive Behavior Unit (Configuratio)
nDependentActionsAndReact
ions) 109 is the above-mentioned visual recognition function unit 101,
The auditory recognition function unit 102 and the contact recognition function unit 103 are functional modules that realize a reflexive body motion in response to an external stimulus recognized by the touch recognition function unit 103.

【0066】反射行動とは、基本的に、センサ入力され
た外部情報の認識結果を直接受けて、これを分類して、
出力行動を直接決定する行動のことである。例えば、人
間の顔を追いかけたり、うなずくといった振る舞いは反
射行動として実装することが好ましい。
Basically, the reflex action is to directly receive the recognition result of the external information input by the sensor, classify the result,
It is an action that directly determines the output action. For example, behaviors such as chasing a human face or nodding are preferably implemented as reflexive behaviors.

【0067】状況依存行動階層(SituatedBe
haviorsLayer)108は、短期記憶部10
5並びに長期記憶部106の記憶内容や、内部状態管理
部104によって管理される内部状態を基に、ロボット
装置1が現在置かれている状況に即応した行動を制御す
る。
Context-dependent behavior hierarchy (SituatedBe)
The layers 108 are the short-term storage unit 10.
5 and the stored contents of the long-term storage unit 106 and the internal state managed by the internal state management unit 104, the action corresponding to the situation where the robot apparatus 1 is currently placed is controlled.

【0068】状況依存行動階層108は、各行動毎にス
テートマシンを用意しており、それ以前の行動や状況に
依存して、センサ入力された外部情報の認識結果を分類
して、行動を機体上で発現する。また、状況依存行動階
層108は、内部状態をある範囲に保つための行動
(「ホメオスタシス行動」とも呼ぶ)も実現し、内部状
態が指定した範囲内を越えた場合には、その内部状態を
当該範囲内に戻すための行動が出易くなるようにその行
動を活性化させる(実際には、内部状態と外部環境の両
方を考慮した形で行動が選択される)。状況依存行動
は、反射行動に比し、反応時間が遅い。
The state-dependent action hierarchy 108 prepares a state machine for each action, classifies the recognition result of the external information inputted by the sensor, depending on the action and the situation before that, and classifies the action as a body. Expressed above. The situation-dependent action hierarchy 108 also realizes an action for keeping the internal state within a certain range (also referred to as “homeostasis action”). When the internal state exceeds the specified range, the internal state Activate the behavior so that it becomes easier for the behavior to return to within the range (actually, the behavior is selected in consideration of both the internal state and the external environment). Situation-dependent behavior has a slower reaction time than reflexive behavior.

【0069】熟考行動階層(Deliberative
Layer)107は、短期記憶部105並びに長期記
憶部106の記憶内容に基づいて、ロボット装置1の比
較的長期にわたる行動計画などを行う。
Deliberation Behavior Hierarchy (Deliverative)
The Layer) 107 performs a relatively long-term action plan of the robot apparatus 1 based on the stored contents of the short-term storage unit 105 and the long-term storage unit 106.

【0070】熟考行動とは、与えられた状況あるいは人
間からの命令により、推論やそれを実現するための計画
を立てて行われる行動のことである。このような推論や
計画は、ロボット装置1がインタラクションを保つため
の反応時間よりも処理時間や計算負荷を要する可能性が
あるので、上記の反射行動や状況依存行動がリアルタイ
ムで反応を返しながら、熟考行動は推論や計画を行う。
The deliberative action is an action that is performed in accordance with a given situation or an instruction from a human being and makes a plan for realizing the reasoning. Such inference or planning may require processing time or calculation load rather than reaction time for the robot apparatus 1 to maintain the interaction, so that the above-mentioned reflexive behavior or situation-dependent behavior returns a reaction in real time, Reflective actions provide reasoning and planning.

【0071】C.ロボット装置の記憶メカニズム 上述したように、本実施形態に係るロボット装置1は、
短期記憶部105と長期記憶部106を備えているが、
このような記憶メカニズムは、神経心理学に依拠する。
C. Storage Mechanism of Robot Device As described above, the robot device 1 according to the present embodiment is
It has a short-term storage unit 105 and a long-term storage unit 106,
Such a memory mechanism relies on neuropsychology.

【0072】また、本実施形態は、競合型ニューラル・
ネットワークをロボット装置1の記憶モデルとして適用
することで、すべての長期記憶を同じ工学モデルで実現
するものであり、長期記憶における追加学習を実現する
ことができる。また、統計的学習を行なうことにより、
ノイズの影響の少ない長期記憶を実現することができ
る。また、連想型意味記憶を行なうことにより、不完全
なデータから、ある物体の意味を連想することができ
る。また、連想型エピソード記憶を行なうことにより、
ロボット装置は、記憶した場所や時間などを連想するこ
とができる。
Further, this embodiment is a competitive neural network.
By applying the network as a memory model of the robot apparatus 1, all long-term memory is realized by the same engineering model, and additional learning in long-term memory can be realized. Also, by conducting statistical learning,
It is possible to realize long-term memory that is less affected by noise. In addition, by performing associative meaning storage, the meaning of an object can be associated with incomplete data. In addition, by performing associative episode memory,
The robot device can associate the stored place, time, and the like.

【0073】ここでは、まず記憶の種類について説明す
る。
First, the types of storage will be described.

【0074】短期記憶は、字義通り短期的な記憶であ
り、時間の経過とともに失われる。短期記憶は、例え
ば、視覚や聴覚、接触など、外部環境から認識されたタ
ーゲットやイベントを短期間保持するために使用するこ
とができる。
Short-term memory is literally a short-term memory and is lost over time. Short-term memory can be used for short-term retention of targets and events recognized from the external environment, such as sight, hearing, and touch.

【0075】短期記憶は、さらに、感覚情報(すなわち
センサからの出力)をそのままの信号で1秒程度保持す
る「感覚記憶」と、感覚記憶をエンコードして限られた
容量で短期的に記憶する「直接記憶」と、状況変化や文
脈を数時間に渡って記憶する「作業記憶」に分類するこ
とができる。直接記憶は、神経心理学的な研究によれば
7±2チャンクであると言われている。また、作業記憶
は、短期記憶と長期記憶との対比で、「中間記憶」とも
呼ばれる。
The short-term memory further stores "sensory memory" in which sensory information (that is, the output from the sensor) is retained as a signal for about 1 second, and sensory memory is encoded and stored in a short-term with a limited capacity. It can be classified into "direct memory" and "working memory" in which situation changes and contexts are stored for several hours. Direct memory is said to be 7 ± 2 chunks, according to neuropsychological studies. Working memory is also called “intermediate memory” in contrast to short-term memory and long-term memory.

【0076】また、長期記憶は、物の名前など学習によ
り得られた情報を長期間保持するために使用される。同
じパターンを統計的に処理して、ロバストな記憶にする
ことができる。
The long-term memory is used for holding information obtained by learning such as the name of an object for a long time. The same pattern can be processed statistically for robust storage.

【0077】長期記憶はさらに「宣言的知識記憶」と
「手続的知識記憶」に分類される。宣言的知識記憶は、
場面(例えば教えられたときのシーン)に関する記憶で
ある「エピソード記憶」と、言葉の意味や常識といった
記憶からなる「意味記憶」からなる。また、手続的知識
記憶は、宣言的知識記憶をどのように使うかといった手
順記憶であり、入力パターンに対する動作の獲得に用い
ることができる。
Long-term memory is further classified into "declarative knowledge memory" and "procedural knowledge memory". Declarative knowledge memory
It consists of "episode memory," which is a memory of a scene (for example, a scene when taught), and "semantic memory", which is a memory of the meaning and common sense of words. Further, the procedural knowledge memory is a procedural memory such as how to use the declarative knowledge memory, and can be used to acquire an action for an input pattern.

【0078】上述したように、エピソード記憶は、長期
記憶の一種であり、その中でも、宣言的知識記憶(言明
記憶とも言う)の一種である。例えば、自転車に乗るこ
とを考えると、初めて自転車に乗った場面(時間・場所
など)を覚えていることがエピソード記憶に相当する。
その後、時間の経過によりそのエピソードに関する記憶
が薄れる一方、その意味を記憶するのが意味記憶であ
る。また、自転車の乗り方の手順を記憶するようになる
が、これが手続的知識記憶に相当する。
As described above, episode memory is a type of long-term memory, and among them, it is also a type of declarative knowledge memory (also called assertive memory). For example, when thinking of riding a bicycle, remembering a scene (time, place, etc.) when riding a bicycle for the first time corresponds to episode memory.
After that, while the memory about the episode fades with the passage of time, the meaning is memorized. Also, the procedure for riding a bicycle is stored, which corresponds to procedural knowledge storage.

【0079】一般的に、手続的知識の記憶には時間を要
する。宣言的知識記憶によって「言う」ことができるの
に対して、手続的知識記憶は潜在的であり、動作の実行
という形で表れる。
Generally, it takes time to store procedural knowledge. Whereas one can "say" by declarative knowledge memory, procedural knowledge memory is latent and manifests itself in the execution of actions.

【0080】本実施形態に係る長期記憶は、競合型ニュ
ーラル・ネットワークを用いた連想記憶モデルを用いて
実現されている。
The long-term memory according to this embodiment is realized by using an associative memory model using a competitive neural network.

【0081】連想記憶とは、あらかじめ複数のシンボル
からなる入力パターンを記憶パターンとして記憶してお
き、その中のある1つのパターンに類似したパターンが
想起される仕組みのことを言う。図4には、連想記憶に
おける記憶過程のメカニズムを模式的に示している。ま
た、図5には、連想記憶における想起過程のメカニズム
を模式的に示している。連想記憶によれば、一部欠陥の
あるパターンが入力されたとき、記憶されている複数の
パターンの中で最も近い記憶パターンを出力することが
できる。これは、不完全なデータからなる外部刺激しか
与えられなかったときであっても、該当するニューロン
の発火によりあるオブジェクトの意味などを想起するこ
とができるからである。
The associative memory refers to a mechanism in which an input pattern consisting of a plurality of symbols is stored in advance as a memory pattern and a pattern similar to a certain one of them is recalled. FIG. 4 schematically shows the mechanism of the memory process in associative memory. Further, FIG. 5 schematically shows the mechanism of the recall process in associative memory. According to the associative memory, when a partially defective pattern is input, the closest stored pattern among the plurality of stored patterns can be output. This is because even when only an external stimulus consisting of incomplete data is given, it is possible to recall the meaning of an object by firing the corresponding neuron.

【0082】連想記憶は、「自己想起型連想記憶」と
「相互想起型連想記憶」に大別される。自己想起型とは
記憶したパターンを直接キー・パターンで引き出すモデ
ルであり、また、相互想起型とは入力パターンと出力パ
ターンがある種の連合関係で結ばれているモデルであ
る。
Associative memory is roughly classified into "self-associative associative memory" and "mutual-associative associative memory". The self-remembering type is a model in which a memorized pattern is directly drawn by a key pattern, and the mutual recollecting type is a model in which an input pattern and an output pattern are connected by a certain kind of associative relation.

【0083】本実施形態では、自己想起型連想記憶を採
用するが、これは、従来のホップフィールドやアソシア
トロン(前述)などの記憶モデルに比し、追加学習が容
易である、入力パターンの統計的な記憶が可能である、
などのメリットがある。
In the present embodiment, the self-associative associative memory is adopted, which is easier to perform additional learning than the conventional memory model such as Hopfield or Associatron (described above). Memory is possible,
There are merits such as.

【0084】追加学習によれば、新しいパターンを新た
に記憶しても、過去の記憶が上書きされて消されること
はない。
According to the additional learning, even if a new pattern is newly stored, the past memory is not overwritten and erased.

【0085】また、統計的な学習によれば、同じものを
多く見ればそれだけ記憶に残るし、また同じことを繰り
返し実行すれば、忘れにくくなる。この場合、記憶過程
(図4を参照のこと)において、毎回完全なパターンが
入力されなくとも、繰り返し実行により、多く提示され
たパターンに収束していく。
According to the statistical learning, the more the same thing is seen, the more it remains in memory, and if the same thing is repeatedly executed, it becomes hard to forget. In this case, in the storing process (see FIG. 4), even if a complete pattern is not input every time, it is repeatedly executed to converge on a large number of presented patterns.

【0086】C−1.意味記憶 この項では、本実施形態に係る連想記憶メカニズムを意
味記憶に適用した例について説明する。
C-1. Semantic memory This section describes an example in which the associative memory mechanism according to the present embodiment is applied to semantic memory.

【0087】ロボット装置1が覚えるパターン(すなわ
ち、図4において連想記憶に入力されるパターン)は、
ロボット装置1への外部刺激と内部状態の組み合わせで
構成される。
The pattern remembered by the robot apparatus 1 (that is, the pattern input to the associative memory in FIG. 4) is
It is composed of a combination of an external stimulus to the robot apparatus 1 and an internal state.

【0088】ここで、外的刺激とは、ロボット装置1が
センサ入力を認識して得られた知覚情報であり、例え
ば、カメラ15から入力された画像に対して処理された
色情報、形情報、顔情報などであり、より具体的には、
色、形、顔、3D一般物体、ハンドジェスチャー、動
き、音声、接触、匂い、味などの構成要素からなる。
る。
Here, the external stimulus is the perceptual information obtained by recognizing the sensor input by the robot apparatus 1, and, for example, the color information and the shape information processed on the image input from the camera 15. , Face information, and more specifically,
It is composed of components such as color, shape, face, 3D general object, hand gesture, movement, voice, contact, smell and taste.
It

【0089】また、内的状態とは、例えば、ロボットの
身体に基づいた本能や情動を指す。本能的要素は、例え
ば、疲れ(fatigue)、熱或いは体内温度(temperatur
e)、痛み(pain)、食欲或いは飢え(hunger)、乾き
(thirst)、愛情(affection)、好奇心(curiosit
y)、排泄(elimination)又は性欲(sexual)のうちの
少なくとも1つである。また、情動的要素は、幸せ(ha
ppiness)、悲しみ(sadness)、怒り(anger)、驚き
(surprise)、嫌悪(disgust)、恐れ(fear)、苛立
ち(frustration)、退屈(boredom)、睡眠(somnolen
ce)、社交性(gregariousness)、根気(patience)、
緊張(tense)、リラックス(relaxed)、警戒(alertn
ess)、罪(guilt)、悪意(spite)、誠実さ(loyalt
y)、服従性(submission)又は嫉妬(jealousy)のう
ちの少なくとも1つである。
The internal state means, for example, instinct or emotion based on the body of the robot. Instinctive factors include, for example, fatigue, heat or body temperature.
e), pain, appetite or hunger, thirst, affection, curiosit
At least one of y), elimination, or sexuality. The emotional element is happiness (ha
ppiness, sadness, anger, surprise, disgust, fear, frustration, boredom, sleep (somnolen)
ce), sociability (gregariousness), patience,
Tense, relaxed, alert
ess, guilt, spite, honesty (loyalt)
at least one of y), submission or jealousy.

【0090】本実施形態に係る競合型ニューラル・ネッ
トワークを適用した連想記憶メカニズムでは、これら外
部刺激や内部状態を構成する各要素に対して入力チャン
ネルを割り当てている。また、視覚認識機能部101や
聴覚認識機能部102などの各知覚機能モジュールは、
センサ出力となる生の信号を送るのではなく、センサ出
力を認識した結果をシンボル化して、シンボルに相当す
るID情報(例えば、色プロトタイプID、形プロトタ
イプID、音声プロトタイプIDなど)を該当するチャ
ンネルに送るようになっている。
In the associative memory mechanism to which the competitive neural network according to this embodiment is applied, an input channel is assigned to each element forming these external stimuli and internal states. Further, each perceptual function module such as the visual recognition function unit 101 and the auditory recognition function unit 102 is
Rather than sending a raw signal that is a sensor output, the result of recognizing the sensor output is symbolized, and ID information (for example, color prototype ID, shape prototype ID, voice prototype ID, etc.) corresponding to the symbol is applied to the corresponding channel. It is designed to be sent to.

【0091】例えば、カラー・セグメンテーション・モ
ジュールによりセグメンテーションされた各オブジェク
トは、色プロトタイプIDを付加されて連想記憶システ
ムに入力される。また、顔認識モジュールにより認識さ
れた顔のIDが連想記憶システムに入力される。また、
物体認識モジュールにより認識された物体のIDが連想
システムに入力される。また、音声認識モジュールから
は、ユーザの発話により単語のプロトタイプIDが入力
される。このとき、発話の音素記号列(Phoneme Sequen
ce)も入力されるので、記憶・連想の処理で、ロボット
装置1に発話させることが可能となる。また、本能に関
しては、アナログ値を扱えるようになっており(後
述)、例えば、本能のデルタ値を80で記憶しておけ
ば、連想により80というアナログ値を得ることが可能
である。
For example, each object segmented by the color segmentation module is added with a color prototype ID and input to the associative memory system. Further, the ID of the face recognized by the face recognition module is input to the associative memory system. Also,
The ID of the object recognized by the object recognition module is input to the associative system. In addition, the prototype ID of the word is input from the voice recognition module according to the user's utterance. At this time, the phoneme symbol string of the utterance (Phoneme Sequen
ce) is also input, so that the robot apparatus 1 can be made to speak by the process of memory / association. Regarding the instinct, an analog value can be handled (described later). For example, if the delta value of the instinct is stored in 80, it is possible to obtain an analog value of 80 by association.

【0092】したがって、本実施形態に係る連想記憶シ
ステムは、色、形、音声…などの外部刺激や内部状態
を、各チャンネル毎のシンボル化されたIDの組み合わ
せからなる入力パターンとして記憶することができる。
すなわち、連想記憶システムが記憶するのは、[色ID
形ID 顔ID 音声ID…本能ID(値) 情動
ID]の組み合わせである。
Therefore, the associative memory system according to this embodiment can store external stimuli such as colors, shapes, voices, etc. or internal states as an input pattern consisting of a combination of symbolized IDs for each channel. it can.
That is, the associative memory system stores [color ID
Shape ID Face ID Voice ID ... Instinct ID (value) Emotion
ID].

【0093】連想記憶には、記憶過程と想起過程がある
(図4及び図5を参照のこと)。図6には、連想記憶の
記憶過程の概念を示している。
The associative memory has a memory process and a recall process (see FIGS. 4 and 5). FIG. 6 shows the concept of the storage process of associative memory.

【0094】連想記憶システムに入力される記憶パター
ンは、外部刺激や内部状態の各要素毎に割り当てられて
いる複数のチャンネルで構成される(図示の例では入力
1〜入力8の8チャンネルからなる)。そして、各チャ
ンネルには、対応する外部刺激の認識結果や内部状態を
シンボル化したID情報が送られてくる。図示の例で
は、各チャンネルの濃淡がID情報を表しているものと
する。例えば、記憶パターン中のk番目のカラムが顔の
チャンネルに割り当てられている場合、その色により顔
のプロトタイプIDを表している。
The memory pattern input to the associative memory system is composed of a plurality of channels assigned to each element of the external stimulus and the internal state (in the illustrated example, it is composed of 8 channels of input 1 to input 8). ). Then, ID information that symbolizes the recognition result of the corresponding external stimulus and the internal state is sent to each channel. In the illustrated example, it is assumed that the shading of each channel represents ID information. For example, when the k-th column in the memory pattern is assigned to the face channel, the color represents the face prototype ID.

【0095】図6に示す例では、連想記憶システムは既
に1〜nの合計n個の記憶パターンを記憶しているもの
とする。ここで、2つの記憶パターン間での対応するチ
ャンネルの色の相違は、同じチャンネル上で記憶してい
る外部刺激又は内部状態のシンボルすなわちIDが当該
記憶パターン間で異なることを意味する。
In the example shown in FIG. 6, it is assumed that the associative storage system has already stored a total of n storage patterns 1 to n. Here, the difference in the color of the corresponding channel between the two storage patterns means that the symbols of external stimuli or internal states, that is, IDs, stored on the same channel are different between the storage patterns.

【0096】また、図7には、連想記憶の想起過程の概
念を示している。上述したように、記憶過程で蓄えた入
力パターンに似たパターンが入力されると、欠落してい
た情報を補うように完全な記憶パターンが出力される。
FIG. 7 shows the concept of the associative memory recall process. As described above, when a pattern similar to the input pattern stored in the storage process is input, a complete storage pattern is output so as to supplement the missing information.

【0097】図7に示す例では、8チャンネルからなる
記憶パターンのうち上位の3チャンネルしかIDが与え
られていないパターンがキー・パターンとして入力され
る。このような場合、連想記憶システムでは、既に貯え
られている記憶パターンの中で、これら上位の3チャン
ネルが最も近いパターン(図示の例では記憶パターン
1)を見つけ出して、想起されたパターンとして出力す
ることができる。すなわち、欠落していたチャンネル4
〜8の情報を補うように、最も近い記憶パターンが出力
される。
In the example shown in FIG. 7, a pattern to which an ID is given only to the upper 3 channels of the memory pattern consisting of 8 channels is input as a key pattern. In such a case, the associative memory system finds a pattern (memory pattern 1 in the illustrated example) that is closest to these upper three channels among the memory patterns already stored and outputs it as a recalled pattern. be able to. That is, the missing channel 4
The nearest storage pattern is output so as to supplement the information of ~ 8.

【0098】したがって、連想記憶システムによれば、
顔のIDのみから音声ID、つまり名前を連想したり、
食べ物の名前だけから、“おいしい”や“おいしくな
い”などを想起することができる。
Therefore, according to the associative memory system,
You can associate a voice ID, that is, a name from only the face ID,
You can recall "delicious" or "not delicious" from just the name of the food.

【0099】競合型ニューラル・ネットワークによる長
期記憶アーキテクチャによれば、言葉の意味や常識など
に関する意味記憶を、他の長期記憶と同じ工学モデルで
実現することができる。
According to the long-term memory architecture based on the competitive neural network, it is possible to realize the semantic memory regarding the meaning of words and common sense with the same engineering model as other long-term memories.

【0100】C−2.競合型ニューラル・ネットワーク
による連想学習 本実施形態では、競合型ニューラル・ネットワークをロ
ボット装置1の記憶モデルとして適用して、すべての長
期記憶を同じ工学モデルで実現するものである。これに
よって、長期記憶における追加学習を実現することがで
きる。また、統計的学習を行なうことにより、ノイズの
影響の少ない長期記憶を実現することができる。また、
連想型意味記憶を行なうことにより、不完全なデータか
ら、ある物体の意味を連想することができる。また、連
想型エピソード記憶を行なうことにより、ロボット装置
は、記憶した場所や時間などを連想することができる。
C-2. Competitive neural network
According to the present embodiment, a competitive neural network is applied as a memory model of the robot apparatus 1 to realize all long-term memory by the same engineering model. Thereby, additional learning in long-term memory can be realized. In addition, by performing statistical learning, it is possible to realize long-term memory that is less affected by noise. Also,
By performing associative semantic memory, the meaning of a certain object can be associated with incomplete data. Further, by performing the associative episode storage, the robot device can associate the stored place and time.

【0101】図8には、競合型ニューラル・ネットワー
クを適用した連想記憶システムの構成例を模式的に示し
ている。同図に示すように、この競合型ニューラル・ネ
ットワークは、入力層(input layer)と競合層(compe
titive layer)の2層からなる階層型ニューラル・ネッ
トワークである。
FIG. 8 schematically shows a configuration example of an associative memory system to which a competitive neural network is applied. As shown in the figure, this competitive neural network has an input layer and a competitive layer.
It is a hierarchical neural network consisting of two layers (titive layer).

【0102】この競合型ニューラル・ネットワークは、
記憶モードと連想モードという2通りの動作モードを備
えており、記憶モードでは入力パターンを競合的に記憶
し、また、想起モードでは部分的に欠損した入力パター
ンから完全な記憶パターンを想起する。
This competitive neural network is
It has two kinds of operation modes, a memory mode and an associative mode. In the memory mode, input patterns are stored competitively, and in the recall mode, a complete memory pattern is recalled from a partially missing input pattern.

【0103】入力層は、複数の入力ニューロンで構成さ
れる。各入力ニューロンには、外部刺激や内部状態を表
す各要素に対して割り当てられたチャンネルから、外部
刺激や内部状態の認識結果に相当するシンボルすなわち
ID情報が入力される。入力層では、色IDの個数+形
IDの個数+音声IDの個数+本能の種類…に相当する
個数のニューロンを用意する必要がある。
The input layer is composed of a plurality of input neurons. A symbol corresponding to the recognition result of the external stimulus or the internal state, that is, ID information is input to each input neuron from a channel assigned to each element representing the external stimulus or the internal state. In the input layer, it is necessary to prepare the number of neurons corresponding to the number of color IDs + the number of shape IDs + the number of voice IDs + the kind of instinct.

【0104】また、競合層は、複数の競合ニューロンで
構成される。各競合ニューロンは、入力層側の各入力ニ
ューロンとは、ある結合重みを持って結合されている。
競合ニューロンは、それぞれのニューロンが記憶すべき
1つのシンボルに相当する。言い換えれば、競合ニュー
ロンの数は記憶可能なシンボルの個数に相当する。
The competitive layer is composed of a plurality of competitive neurons. Each competitive neuron is connected to each input neuron on the input layer side with a certain connection weight.
A competing neuron corresponds to one symbol that each neuron should store. In other words, the number of competitive neurons corresponds to the number of symbols that can be stored.

【0105】ある入力パターンが入力層に与えられたと
する。このとき、入力パターンは外部刺激や内部状態の
各要素を表すチャンネルで構成されており、チャンネル
から該当するIDが送られてきた入力ニューロンは発火
する。
It is assumed that a certain input pattern is given to the input layer. At this time, the input pattern is made up of channels representing each element of the external stimulus and the internal state, and the input neuron to which the corresponding ID is sent from the channel fires.

【0106】競合ニューロンは、各入力ニューロンから
の出力をシナプスによる重み付けをして入力して、それ
ら入力値の総和を計算する。そして、競合層で入力値の
総和が最大となる競合ニューロンを選択して、勝ち抜い
た競合ニューロンと入力ニューロンとの結合力を強めて
いくことで、学習を行なう。また、欠損のある入力パタ
ーンに対して、競合層で勝ち抜いた競合ニューロンを選
択することにより、入力パターンに対応するシンボルを
想起することができる。
The competing neuron weights the outputs from the respective input neurons with synapses and inputs them, and calculates the sum of these input values. Then, learning is performed by selecting a competitive neuron that maximizes the sum of input values in the competitive layer and strengthening the binding force between the competitive neuron that has won and the input neuron. In addition, by selecting a competitive neuron that has won in the competitive layer for a defective input pattern, the symbol corresponding to the input pattern can be recalled.

【0107】C−2−1.記憶モード 入力層と競合層の結合重みは、0から1の間の値をとる
ものとする。但し、初期結合重みはランダムに決定す
る。
C-2-1. The weight of the storage mode input layer and the competition layer is assumed to be a value between 0 and 1. However, the initial connection weight is randomly determined.

【0108】競合型ニューラル・ネットワークにおける
記憶は、まず、記憶したい入力パターンに対して競合層
で勝ち抜いた競合ニューロンを選択して、その競合ニュ
ーロンと各入力ニューロンとの結合力を強めることで行
なう。
The memory in the competitive neural network is performed by first selecting a competitive neuron that has won in the competitive layer for an input pattern to be stored and strengthening the coupling force between the competitive neuron and each input neuron.

【0109】ここで、入力パターン・ベクトル[x1
2,…,xn]は、ニューロンが、色プロトタイプID
1に対応し、ID1が認識されたら、ニューロンx1
発火させ、順次、形、音声もそのように発火させること
とする。発火したニューロンは1の値をとり、発火しな
いニューロンは−1の値をとる。
Here, the input pattern vector [x 1 ,
x 2 , ..., X n ] is a color prototype ID
Corresponding to 1, when ID1 is recognized, the neuron x 1 is fired, and the shape and the voice are sequentially fired in that manner. The firing neuron has a value of 1, and the non-firing neuron has a value of -1.

【0110】また、i番目の入力ニューロンとj番目の
競合ニューロンとの結合力をwijとおくと、入力xi
対する競合ニューロンyjの値は、下式のように表され
る。
When the coupling force between the i-th input neuron and the j-th competitive neuron is w ij , the value of the competitive neuron y j with respect to the input x i is expressed by the following equation.

【0111】[0111]

【数1】 [Equation 1]

【0112】したがって、競合に勝ち抜くニューロン
は、下式により求めることができる。
Therefore, the neuron that wins out the competition can be obtained by the following equation.

【0113】[0113]

【数2】 [Equation 2]

【0114】記憶は、競合層で勝ち抜いた競合ニューロ
ン(winner neuron)と各入力ニューロンとの結合力を
強めることで行なう。勝ち抜いたニューロン(winner n
euron)と入力ニューロンとの結合の更新は、Koho
nenの更新規則により、以下のように行なわれる。
The memory is performed by strengthening the coupling force between the competitive neuron that has won in the competitive layer and each input neuron. Won neuron (winner n
euron) and the input neuron are updated by Koho
According to the update rule of nen, it is performed as follows.

【0115】[0115]

【数3】 [Equation 3]

【0116】ここで、L2Normで正規化する。Here, normalization is performed with L2Norm.

【0117】[0117]

【数4】 [Equation 4]

【0118】この結合力がいわゆる記憶の強さを表し、
記憶力になる。
This binding force represents the so-called strength of memory,
It becomes memory.

【0119】ここで、学習率αは、提示する回数と記憶
の関係を表すパラメータである。学習率αが大きいほ
ど、1回の記憶で重みを大きく変更する。例えば、α=
0.5を用いると、一度記憶させれば、忘却することは
なく、次回同じようなパターンを提示すれば、ほぼ間違
いなく記憶したパターンを連想することができる。
Here, the learning rate α is a parameter representing the relationship between the number of times of presentation and the memory. The larger the learning rate α, the larger the weight is changed in one memory. For example, α =
If 0.5 is used, once memorized, it will not be forgotten, and if a similar pattern is presented next time, the memorized pattern can almost certainly be associated.

【0120】また、提示して記憶させればさせるほど、
ネットワークの結合値(重み)が大きくなっていく。こ
れは、同じパターンが何度も入力されるうちに、記憶が
強くなることを示し、統計的な学習が可能であり、実環
境下におけるノイズの影響の少ない長期記憶を実現する
ことができる。
Further, the more it is presented and stored, the more it is stored.
The network connection value (weight) increases. This shows that the memory becomes stronger as the same pattern is input many times, statistical learning is possible, and long-term memory in which the influence of noise in the actual environment is small can be realized.

【0121】また、新たなパターンが入力され、記憶し
ようとすれば、新たな競合層のニューロンが発火するた
め、その新しいニューロンとの結合が強まり、以前の記
憶によるニューロンとの結合が弱まる訳ではない。言い
換えれば、本実施形態に係る競合型ニューラル・ネット
ワークによる連想記憶では、追加学習が可能なのであ
り、「忘却」の問題から解放される。
When a new pattern is input and an attempt is made to store it, a new neuron in the competitive layer is fired, so that the connection with the new neuron is strengthened and the connection with the neuron due to the previous memory is not weakened. Absent. In other words, in the associative memory by the competitive neural network according to this embodiment, additional learning is possible, and the problem of "forgetting" is released.

【0122】C−2−2.想起モード いま、以下に示すような入力パターン・ベクトルが図8
に示す連想記憶システムに提示されたとする。入力パタ
ーンは、完全なものではなく一部が欠損していてもよ
い。
C-2-2. Recall Mode Now, the input pattern vector as shown below is shown in FIG.
Suppose that it is presented to the associative memory system shown in. The input pattern may not be complete but may be partially missing.

【0123】[0123]

【数5】 [Equation 5]

【0124】このとき、入力ベクトルは、プロトタイプ
IDであっても、あるいはそのプロトタイプIDに対す
る尤度、確率であってもよい。出力ニューロンyjの値
は、入力xiについて下式のように計算される。
At this time, the input vector may be the prototype ID, or the likelihood or probability for the prototype ID. The value of the output neuron y j is calculated as follows for the input x i .

【0125】[0125]

【数6】 [Equation 6]

【0126】上式は、各チャンネルの尤度に応じた競合
ニューロンの発火値の尤度を表しているとも言える。こ
こで重要なことは、複数のチャンネルからの尤度入力に
対して、それらをコネクションして全体的な尤度を求め
ることが可能である、という点である。本実施形態で
は、連想するものは唯一すなわち尤度が最大のものだけ
を選択することとし、競合に勝ち抜くニューロンを下式
により求めることができる。
It can be said that the above equation represents the likelihood of the firing value of the competitive neuron according to the likelihood of each channel. What is important here is that for likelihood inputs from a plurality of channels, they can be connected to obtain the overall likelihood. In the present embodiment, only the ones associated with each other, that is, only the ones with the maximum likelihood are selected, and the neuron that wins out the competition can be obtained by the following equation.

【0127】[0127]

【数7】 [Equation 7]

【0128】求めた競合ニューロンYの番号が記憶した
シンボルの番号に対応するので、下式のように、Wの逆
行列演算により入力パターンXを想起することができ
る。
Since the obtained number of the competing neuron Y corresponds to the stored symbol number, the input pattern X can be recalled by the inverse matrix operation of W as shown in the following equation.

【0129】[0129]

【数8】 [Equation 8]

【0130】C−3.競合型ニューラル・ネットワーク
によるエピソード記憶 図8に示したような競合型ニューラル・ネットワークに
よる長期記憶アーキテクチャを用いてエピソード記憶を
実現することができる。
C-3. Competitive neural network
Episode memory can be realized by using a long-term memory architecture based on a competitive neural network as shown in FIG.

【0131】エピソード記憶は、長期記憶の一種であ
り、その中でも、宣言的知識記憶(言明記憶とも言う)
の一種である。例えば、自転車に乗ることを考えると、
初めて自転車に乗った場面(時間・場所など)を覚えて
いることがエピソード記憶に相当する。
Episode memory is a kind of long-term memory, and among them, declarative knowledge memory (also called assertive memory).
Is a kind of. For example, considering riding a bicycle,
Remembering the first time you ride a bicycle (time, place, etc.) is equivalent to episode memory.

【0132】図9には、エピソード記憶における記憶過
程のメカニズムを模式的に示している。同図に示すよう
に、感覚入力パターンとともにエピソードを入力する。
そして、感覚入力パターン及びエピソード・パターンか
らなる入力パターンが記憶パターンとして貯えられる。
FIG. 9 schematically shows the mechanism of the memory process in episode memory. As shown in the figure, the episode is input together with the sensory input pattern.
Then, an input pattern including the sensory input pattern and the episode pattern is stored as a memory pattern.

【0133】ここで、感覚入力パターンは、ロボット装
置1への外部刺激と内部状態の組み合わせで構成され
る。外的刺激とは、ロボット装置1がセンサ入力を認識
して得られた知覚情報であり、色、形、顔、3D一般物
体、ハンドジェスチャー、動き、音声、接触、匂い、味
などの構成要素からなる。但し、外部刺激をセンサで検
出した信号をそのまま使用するのではなく、センサ出力
を認識した結果をシンボル化して、シンボルに相当する
ID情報(例えば、色プロトタイプID、形プロトタイ
プID、音声プロトタイプIDなど)として扱う。
Here, the sensory input pattern is composed of a combination of an external stimulus to the robot apparatus 1 and an internal state. The external stimulus is perceptual information obtained by the robot device 1 recognizing a sensor input, and is a component such as color, shape, face, 3D general object, hand gesture, motion, voice, contact, smell, taste, or the like. Consists of. However, instead of directly using the signal detected by the sensor for the external stimulus, the result of recognizing the sensor output is symbolized, and ID information corresponding to the symbol (for example, color prototype ID, shape prototype ID, voice prototype ID, etc.) is generated. ).

【0134】また、エピソードとは、記憶するときのシ
ーンに相当し、時間、場所、顔、色、動きなどの構成要
素からなる。これらは、ID情報として扱われ、エピソ
ード入力パターンを構成する。
An episode corresponds to a scene when it is stored, and is composed of constituent elements such as time, place, face, color and movement. These are treated as ID information and form an episode input pattern.

【0135】エピソードは記憶するときに得られた外部
刺激などで構成される。外部刺激を基にエピソード入力
パターンを取得するために、ロボット装置1はエピソー
ド検出器を備えていてもよい。図10には、エピソード
検出器の構成例を模式的に示している。
Episodes are composed of external stimuli and the like obtained at the time of memory. In order to acquire the episode input pattern based on the external stimulus, the robot apparatus 1 may include an episode detector. FIG. 10 schematically shows a configuration example of the episode detector.

【0136】まず、記憶する時点での画像をエピソード
検出器に入力する。エピソード検出器は、時間、場所
(自己位置認識)以外の情報に関しては、他の認識機能
モジュール(図10には図示しない)に認識を依頼す
る。顔は、記憶したときに誰と一緒にいたかという情報
であり、画像中に、記憶する顔以外に存在する顔がある
場合には、顔認識結果としてそのIDがエピソード検出
器に返される。また、色は、画像中にどの色が多く見え
るかというIDがエピソード検出器に返される。例え
ば、夕暮れで赤っぽい色が多いときは、赤のIDが返さ
れる。また、動きに関しては、1フレーム前の画像も必
要になるが、現在の画像との差分をとることによって得
られる。例えば、動きが「ある」、「ない」、「まあま
あある」といったように段階的に分けておいて、それぞ
れのクラス毎にIDを付けておく。前フレームとの差分
が多ければ、動きがあるといったようにそのIDがエピ
ソード検出器に返される。
First, the image at the time of storage is input to the episode detector. The episode detector requests other recognition function modules (not shown in FIG. 10) to recognize information other than time and place (self-position recognition). The face is information about who was with the face when the face was stored, and if there is a face other than the face to be stored in the image, its ID is returned to the episode detector as a face recognition result. Also, as for the color, an ID indicating which color is more visible in the image is returned to the episode detector. For example, when there are many reddish colors at dusk, a red ID is returned. Regarding the movement, the image of the previous frame is also necessary, but it can be obtained by taking the difference from the current image. For example, the movements are divided into stages such as “Yes”, “No”, and “Okay”, and an ID is given to each class. If there is a large difference from the previous frame, the ID is returned to the episode detector, such as motion.

【0137】エピソード検出器は、例えば、 ID=0: 朝 ID=1: 昼 ID=2: 夜 のように、覚えるときのシーンを特定するためのエピソ
ードIDを割り当ててもよい。あるいは、 ID=0: 0:00〜1:00 ID=1: 1:00〜2:00 のようにしてもよい。
The episode detector may assign an episode ID for specifying a scene to be memorized, such as ID = 0: morning ID = 1: daytime ID = 2: night. Alternatively, ID = 0: 0:00 to 1:00, ID = 1: 1:00 to 2:00 may be used.

【0138】また、図11には、エピソード記憶におけ
る想起過程のメカニズムを模式的に示している。同図に
示すように、一部欠陥のある感覚入力パターンが入力さ
れたとき、記憶されている複数のパターンの中で最も近
い感覚記憶パターン並びにエピソード記憶パターンを出
力することができる。すなわち、ある感覚パターンが入
力されたときに、エピソードも想起されるため、ある言
葉を聞いただけで、それを記憶したときの状況やシーン
を想起することができる。
FIG. 11 schematically shows the mechanism of the recall process in episode memory. As shown in the figure, when a sensory input pattern having a partial defect is input, the sensory memory pattern and the episode memory pattern that are the closest among a plurality of stored patterns can be output. That is, when a certain sensory pattern is input, an episode is also recalled, so that by listening to a certain word, it is possible to recall the situation or scene when it was remembered.

【0139】図12には、エピソード記憶を行なう競合
型ニューラル・ネットワークの構成を模式的に示してい
る。同図に示すように、この競合型ニューラル・ネット
ワークは、入力層(input layer)と競合層(competiti
ve layer)の2層からなる階層型ニューラル・ネットワ
ークである。
FIG. 12 schematically shows the configuration of a competitive neural network for episode memory. As shown in the figure, this competitive neural network has an input layer and a competitive layer.
This is a layered neural network consisting of two layers (ve layer).

【0140】入力層は、複数の入力ニューロンで構成さ
れる。各入力ニューロンには、外部刺激を表す各要素に
対して割り当てられたチャンネルから、外部刺激の認識
結果に相当するシンボルすなわちID情報が入力され
る。また、これらに加えて、エピソード検出器(図10
を参照のこと)から供給されるエピソード入力パターン
を入力するためのエピソード・ニューロンが備えられて
いる。
The input layer is composed of a plurality of input neurons. A symbol corresponding to the recognition result of the external stimulus, that is, ID information is input to each input neuron from a channel assigned to each element representing the external stimulus. In addition to these, an episode detector (see FIG.
) Is provided for inputting an episode input pattern supplied from

【0141】入力層では、色IDの個数+形IDの個数
+音声IDの個数+本能の種類…以外に、さらにエピソ
ード入力パターンのチャンネル数を加えただけの入力ニ
ューロンを用意する必要がある。
In the input layer, in addition to the number of color IDs, the number of shape IDs, the number of voice IDs, the type of instinct, etc., it is necessary to prepare input neurons in which only the number of channels of the episode input pattern is added.

【0142】また、競合層は、複数の競合ニューロンで
構成される。各競合ニューロンは、入力層側の各入力ニ
ューロンとは、ある結合重みを持って結合されている。
競合ニューロンは、それぞれのニューロンが記憶すべき
1つのシンボルに相当する。言い換えれば、競合ニュー
ロンの数は記憶可能なシンボルの個数に相当する。
The competitive layer is composed of a plurality of competitive neurons. Each competitive neuron is connected to each input neuron on the input layer side with a certain connection weight.
A competing neuron corresponds to one symbol that each neuron should store. In other words, the number of competitive neurons corresponds to the number of symbols that can be stored.

【0143】図12に示した競合型ニューラル・ネット
ワークにおける記憶は、まず、記憶したい入力パターン
に対して競合層で勝ち抜いた競合ニューロンを選択し
て、その競合ニューロンと各入力ニューロンとの結合力
を強めることで行なう。
In the memory in the competitive neural network shown in FIG. 12, first, a competitive neuron that has won in the competitive layer for the input pattern to be stored is selected, and the coupling force between the competitive neuron and each input neuron is selected. Do by strengthening.

【0144】競合型ネットワークに対する入力パターン
・ベクトルは、[x1,x2,…,x n,xn+1,…,
m]で構成される(但し、n<m)。ここで、x1,x
2,…,xnは感覚入力ニューロンであり、また、
n+1,…,xmはエピソード入力ニューロンであるとす
る。ニューロンx1は色プロトタイプID1に対応し、
ID1が認識されたら、ニューロンx1を発火させ、順
次、形、音声もそのように発火させる。同様に、エピソ
ード・ニューロンxn+1は時間プロトタイプIDn+1に対
応し、IDn+1が認識されたらエピソード・ニューロン
n+1を発火させる。発火したニューロンは1の値をと
り、発火しないニューロンは−1の値をとる。
Input patterns for competitive networks
・ The vector is [x1, X2, ..., x n, Xn + 1,… ,
xm] (Where n <m). Where x1, X
2, ..., xnIs a sensory input neuron, and
xn + 1, ..., xmIs an episode input neuron
It Neuron x1Corresponds to color prototype ID1,
If ID1 is recognized, neuron x1Fire and order
Next, the shape and sound are also fired in that way. Similarly, the episode
Cord neuron xn + 1Is the time prototype IDn + 1Against
In response, IDn + 1Is recognized, episode neuron
xn + 1Ignite. The firing neuron has a value of 1.
Therefore, a neuron that does not fire has a value of -1.

【0145】また、i番目の入力ニューロンとj番目の
競合ニューロンとの結合力をwijとおくと、入力xi
対する競合ニューロンyjの値は、下式のように表され
る。
When the coupling force between the i-th input neuron and the j-th competitive neuron is w ij , the value of the competitive neuron y j with respect to the input x i is expressed by the following equation.

【0146】[0146]

【数9】 [Equation 9]

【0147】したがって、競合に勝ち抜くニューロン
は、下式により求めることができる。
Therefore, the neuron that wins out the competition can be obtained by the following equation.

【0148】[0148]

【数10】 [Equation 10]

【0149】記憶は、競合層で勝ち抜いた競合ニューロ
ン(winner neuron)と各入力ニューロンとの結合力を
強めることで行なう。勝ち抜いた競合ニューロン(winn
er neuron)と感覚入力ニューロン並びにエピソード・
ニューロンとの結合の更新は、Kohonenの更新規
則により、以下のように行なわれる。
The memory is performed by strengthening the binding force between the competitive neuron that has won in the competitive layer (winner neuron) and each input neuron. Winning competitive neuron (winn
er neuron) and sensory input neurons and episodes
The update of the connection with the neuron is performed as follows according to the Kohonen update rule.

【0150】[0150]

【数11】 [Equation 11]

【0151】ここで、L2Normで正規化する。Here, normalization is performed with L2Norm.

【0152】[0152]

【数12】 [Equation 12]

【0153】この結合力がいわゆる記憶の強さを表し、
記憶力になる。
This binding force represents the so-called strength of memory,
It becomes memory.

【0154】ここで、学習率αは、提示する回数と記憶
の関係を表すパラメータである。学習率αが大きいほ
ど、1回の記憶で重みを大きく変更する。例えば、α=
0.5を用いると、一度記憶させれば、忘却することは
なく、次回同じような感覚入力パターン又はエピソード
・パターンを提示すれば、ほぼ間違いなく記憶したエピ
ソード・パターンを連想することができる。
Here, the learning rate α is a parameter representing the relationship between the number of times of presentation and the memory. The larger the learning rate α, the larger the weight is changed in one memory. For example, α =
If 0.5 is used, once memorized, it will not be forgotten, and if a similar sensory input pattern or episode pattern is presented next time, the memorized episode pattern can almost certainly be associated.

【0155】また、提示して記憶させればさせるほど、
ネットワークの結合値(重み)が大きくなっていく。こ
れは、同じエピソード・パターンが何度も入力されるう
ちに、記憶が強くなることを示し、統計的な学習が可能
であり、実環境下におけるノイズの影響の少ない長期記
憶を実現することができる。
Further, the more it is presented and stored, the more it is stored.
The network connection value (weight) increases. This indicates that the memory becomes stronger as the same episode pattern is input many times, statistical learning is possible, and long-term memory with less noise influence in a real environment can be realized. it can.

【0156】また、新たな感覚入力パターン及び/又は
エピソード・パターンが入力され、記憶しようとすれ
ば、新たな競合層のニューロンが発火するため、その新
しいニューロンとの結合が強まり、以前の記憶によるエ
ピソード・ニューロンとの結合が弱まる訳ではない。言
い換えれば、本実施形態に係る競合型ニューラル・ネッ
トワークによる連想記憶では、追加学習が可能なのであ
り、「忘却」の問題から解放される。
Further, if a new sensory input pattern and / or episode pattern is input and an attempt is made to memorize, a new neuron in the competitive layer is fired, so that the connection with the new neuron is strengthened, and the result of the previous memory is increased. It does not mean that the connection with the episode neuron is weakened. In other words, in the associative memory by the competitive neural network according to this embodiment, additional learning is possible, and the problem of "forgetting" is released.

【0157】また、想起モードにおいて、以下に示すよ
うな感覚入力パターンx1,x2,…,xn、並びに、エ
ピソード・パターンxn+1,…,xmからなる入力パター
ン・ベクトルが図12に示す連想記憶システムに提示さ
れたとする。
[0157] Further, in the recall mode, sensory input pattern x 1 as shown below, x 2, ..., x n, and episodes pattern x n + 1, ..., the input pattern vector of x m Figure It is assumed that it is presented in the associative memory system shown in 12.

【0158】[0158]

【数13】 [Equation 13]

【0159】このとき、出力ニューロンyjの値は、入
力xiについて下式のように計算される。
At this time, the value of the output neuron y j is calculated as follows for the input x i .

【0160】[0160]

【数14】 [Equation 14]

【0161】上式は、各チャンネルの尤度に応じた競合
ニューロンの発火値の尤度を表している。本実施形態で
は、尤度が最大のものだけを連想するものとして選択す
ることとし、競合に勝ち抜くニューロンを下式により求
めることができる。
The above equation represents the likelihood of the firing value of the competitive neuron according to the likelihood of each channel. In the present embodiment, only the maximum likelihood is selected as an associative one, and the neuron that wins out the competition can be obtained by the following equation.

【0162】[0162]

【数15】 [Equation 15]

【0163】求めた競合ニューロンYの番号が記憶した
シンボルの番号に対応するので、下式のように、Wの逆
行列演算により入力パターンXを想起することができ
る。
Since the number of the competing neuron Y obtained corresponds to the number of the stored symbol, the input pattern X can be recalled by the inverse matrix operation of W as in the following equation.

【0164】[0164]

【数16】 [Equation 16]

【0165】入力パターンXは、感覚入力パターン[x
1,…,xn]とエピソード・パターン[xn+1,…,
m]からなる。言い換えれば、欠損した感覚入力パタ
ーンを基に最も近い感覚記憶パターン並びに最も近いエ
ピソード記憶パターンを想起することができる。
The input pattern X is the sensory input pattern [x
1 , ..., Xn ] and episode pattern [ xn + 1 , ...,
x m ]. In other words, the closest sensory memory pattern and the closest episode memory pattern can be recalled based on the missing sensory input pattern.

【0166】図12に示したような競合型ニューラル・
ネットワークによる長期記憶アーキテクチャによれば、
記憶したときの場面などに関するエピソード記憶を、他
の長期記憶と同じ工学モデルで実現することができる。
連想型のエピソード記憶を行なうことにより、すなわ
ち、不完全な感覚入力から、ある事象を記憶した場所や
時間などのエピソードを連想することができる。
A competitive neural network as shown in FIG.
According to the network long-term memory architecture,
It is possible to realize the episode memory about the scene when it is memorized by the same engineering model as other long-term memory.
By performing associative episode memory, that is, from an incomplete sensory input, an episode such as a place or time when a certain event is stored can be associated.

【0167】また、新たなパターンが入力され記憶しよ
うとすると新たな競合ニューロンが発火して新しいニュ
ーロンとの結合が強まるが、以前の記憶によるニューロ
ンの結合が弱まる訳ではないので、追加学習が可能であ
る。
When a new pattern is input and an attempt is made to memorize, a new competing neuron is fired to strengthen the connection with the new neuron, but the connection of the neuron due to the previous memory is not weakened, so that additional learning is possible. Is.

【0168】また、図12に示す競合型ニューラル・ネ
ットワークによる長期記憶アーキテクチャでは、同じパ
ターンが何度も入力されるうちに記憶が強化されていく
という統計的な学習を行なうので、ノイズの影響の少な
い長期記憶を実現することができる。
Further, in the long-term memory architecture using the competitive neural network shown in FIG. 12, since the memory is strengthened as the same pattern is input many times, statistical learning is performed, so that the influence of noise is reduced. A small amount of long-term memory can be realized.

【0169】C−4.競合型ニューラル・ネットワーク
による手続的知識記憶 図8に示したような競合型ニューラル・ネットワークに
よる長期記憶アーキテクチャを用いて手続的知識記憶を
実現することができる。
C-4. Competitive neural network
The procedural knowledge memory can be realized by using the long-term memory architecture by the competitive neural network as shown in FIG.

【0170】長期記憶はさらに「宣言的知識記憶」と
「手続的知識記憶」に分類される。宣言的知識記憶は、
場面(例えば教えられたときのシーン)に関する記憶で
ある「エピソード記憶」と、言葉の意味や常識といった
記憶からなる「意味記憶」からなる。また、手続的知識
記憶は、宣言的知識記憶をどのように使うかといった手
順記憶であり、入力パターンに対する動作の獲得に用い
ることができる。
Long-term memory is further classified into "declarative knowledge memory" and "procedural knowledge memory". Declarative knowledge memory
It consists of "episode memory," which is a memory of a scene (for example, a scene when taught), and "semantic memory", which is a memory of the meaning and common sense of words. Further, the procedural knowledge memory is a procedural memory such as how to use the declarative knowledge memory, and can be used to acquire an action for an input pattern.

【0171】例えば、自転車に乗ることを考えると、初
めて自転車に乗った場面(時間・場所など)を覚えてい
ることがエピソード記憶に相当し、また、自転車の乗り
方の手順を記憶することが手続的知識記憶に相当する。
For example, when considering riding a bicycle, remembering the first riding scene (time, place, etc.) is equivalent to episode memory, and the procedure of riding a bicycle may be stored. Corresponds to procedural knowledge memory.

【0172】手続的知識の記憶は、言うならば、動詞の
獲得である。
Memories of procedural knowledge are, as it were, the acquisition of verbs.

【0173】図13には、手続的知識記憶における記憶
過程のメカニズムを模式的に示している。同図に示すよ
うに、感覚入力パターンとともに動作パターンを入力す
る。そして、感覚入力パターン及び動作パターンからな
る入力パターンが記憶パターンとして貯えられる。
FIG. 13 schematically shows a storage process mechanism in procedural knowledge storage. As shown in the figure, the motion pattern is input together with the sensory input pattern. Then, an input pattern including the sensory input pattern and the motion pattern is stored as a storage pattern.

【0174】ここで、感覚入力パターンは、ロボット装
置1への外部刺激と内部状態の組み合わせで構成され
る。外的刺激とは、ロボット装置1がセンサ入力を認識
して得られた知覚情報であり、色、形、顔、3D一般物
体、ハンドジェスチャー、動き、音声、接触、匂い、味
などの構成要素からなる。但し、外部刺激をセンサで検
出した信号をそのまま使用するのではなく、センサ出力
を認識した結果をシンボル化して、シンボルに相当する
ID情報(例えば、色プロトタイプID、形プロトタイ
プID、音声プロトタイプIDなど)として扱う。
Here, the sensory input pattern is composed of a combination of an external stimulus to the robot apparatus 1 and an internal state. The external stimulus is perceptual information obtained by the robot device 1 recognizing a sensor input, and is a component such as color, shape, face, 3D general object, hand gesture, motion, voice, contact, smell, taste, or the like. Consists of. However, instead of directly using the signal detected by the sensor for the external stimulus, the result of recognizing the sensor output is symbolized, and ID information corresponding to the symbol (for example, color prototype ID, shape prototype ID, voice prototype ID, etc.) is generated. ).

【0175】また、動作パターンは、各関節アクチュエ
ータの動作角度やその角速度で構成されるが、ここでは
複数の関節アクチュエータの動作を組み合わせて抽象化
・シンボル化して、ID情報すなわち動作IDとして扱
う。したがって、ロボット装置1の機体上である動作が
発現されると、これに相当する動作IDが対応する入力
層のチャンネルに送られるようになっている。
The motion pattern is composed of the motion angle of each joint actuator and its angular velocity. Here, the motions of a plurality of joint actuators are combined and abstracted / symbolized, and treated as ID information, that is, motion ID. Therefore, when a certain motion on the body of the robot apparatus 1 occurs, a motion ID corresponding to the motion is sent to the corresponding channel of the input layer.

【0176】また、図14には、手続的知識記憶におけ
る想起過程のメカニズムを模式的に示している。同図に
示すように、一部欠陥のある感覚入力パターンが入力さ
れたとき、記憶されている複数のパターンの中で最も近
い感覚記憶パターン並びに動作記憶パターンを出力する
ことができる。すなわち、ある感覚パターンが入力され
たときに、動作パターンも想起されるため、ある言葉を
聞いただけで、それを記憶したときの動作を想起するこ
とができる。
Further, FIG. 14 schematically shows the mechanism of the recall process in procedural knowledge memory. As shown in the figure, when a sensory input pattern having a partial defect is input, it is possible to output the closest sensory memory pattern and motion memory pattern among a plurality of stored patterns. That is, when a certain sensory pattern is input, the motion pattern is also recalled, and therefore, by listening to a certain word, it is possible to recall the motion when it is stored.

【0177】図15には、手続的知識記憶を行なう競合
型ニューラル・ネットワークの構成を模式的に示してい
る。同図に示すように、この競合型ニューラル・ネット
ワークは、入力層(input layer)と競合層(competiti
ve layer)の2層からなる階層型ニューラル・ネットワ
ークである。
FIG. 15 schematically shows the structure of a competitive neural network for procedural knowledge storage. As shown in the figure, this competitive neural network has an input layer and a competitive layer.
This is a layered neural network consisting of two layers (ve layer).

【0178】入力層は、複数の入力ニューロンで構成さ
れる。各入力ニューロンには、外部刺激を表す各要素に
対して割り当てられたチャンネルから、外部刺激の認識
結果に相当するシンボルすなわちID情報が入力され
る。また、これらに加えて、ロボット装置1の機体上で
実演された動作パターンに相当する動作IDを入力する
ための動作入力ニューロンが備えられている。
The input layer is composed of a plurality of input neurons. A symbol corresponding to the recognition result of the external stimulus, that is, ID information is input to each input neuron from a channel assigned to each element representing the external stimulus. In addition to these, a motion input neuron for inputting a motion ID corresponding to a motion pattern demonstrated on the body of the robot apparatus 1 is provided.

【0179】入力層では、色IDの個数+形IDの個数
+音声IDの個数+本能の種類…以外に、さらに記憶す
べき動作パターンのチャンネル数を加えただけの入力ニ
ューロンを用意する必要がある。
In the input layer, in addition to the number of color IDs + the number of shape IDs + the number of voice IDs + the type of instinct ... is there.

【0180】また、競合層は、複数の競合ニューロンで
構成される。各競合ニューロンは、入力層側の各入力ニ
ューロンとは、ある結合重みを持って結合されている。
競合ニューロンは、それぞれのニューロンが記憶すべき
1つのシンボルに相当する。言い換えれば、競合ニュー
ロンの数は記憶可能なシンボルの個数に相当する。
The competitive layer is composed of a plurality of competitive neurons. Each competitive neuron is connected to each input neuron on the input layer side with a certain connection weight.
A competing neuron corresponds to one symbol that each neuron should store. In other words, the number of competitive neurons corresponds to the number of symbols that can be stored.

【0181】図15に示した競合型ニューラル・ネット
ワークにおける記憶は、まず、記憶したい入力パターン
に対して競合層で勝ち抜いた競合ニューロンを選択し
て、その競合ニューロンと各入力ニューロンとの結合力
を強めることで行なう。
In the memory in the competitive neural network shown in FIG. 15, first, a competitive neuron that has survived in the competitive layer for an input pattern to be stored is selected, and the coupling force between the competitive neuron and each input neuron is selected. Do by strengthening.

【0182】競合型ネットワークに対する入力パターン
・ベクトルは、[x1,x2,…,x n,xn+1,…,
m]で構成される(但し、n<m)。ここで、ここ
で、x1,x 2,…,xnは感覚入力ニューロンであり、
また、xn+1,…,xmは動作入力ニューロンであるとす
る。ニューロンx1は色プロトタイプID1に対応し、
ID1が認識されたら、ニューロンx1を発火させ、順
次、形、音声もそのように発火させる。同様に、動作入
力ニューロンxn+1は動作プロトタイプIDn+1に対応
し、IDn+1が認識されたら動作入力ニューロンxn+1
発火させる。発火したニューロンは1の値をとり、発火
しないニューロンは−1の値をとる。
Input patterns for competitive networks
・ The vector is [x1, X2, ..., x n, Xn + 1,… ,
xm] (Where n <m). Here here
And x1, X 2, ..., xnIs a sensory input neuron,
Also, xn + 1, ..., xmIs a motion input neuron
It Neuron x1Corresponds to color prototype ID1,
If ID1 is recognized, neuron x1Fire and order
Next, the shape and sound are also fired in that way. Similarly,
Force neuron xn + 1Is the operation prototype IDn + 1Corresponding to
And IDn + 1Is recognized, the motion input neuron xn + 1To
Ignite. The firing neuron takes the value of 1 and fires
A neuron that does not has a value of -1.

【0183】また、i番目の入力ニューロンとj番目の
競合ニューロンとの結合力をwijとおくと、入力xi
対する競合ニューロンyjの値は、下式のように表され
る。
If the coupling force between the i-th input neuron and the j-th competitive neuron is w ij , the value of the competitive neuron y j with respect to the input x i is expressed by the following equation.

【0184】[0184]

【数17】 [Equation 17]

【0185】したがって、競合に勝ち抜くニューロン
は、下式により求めることができる。
Therefore, the neuron that wins out the competition can be obtained by the following equation.

【0186】[0186]

【数18】 [Equation 18]

【0187】記憶は、競合層で勝ち抜いた競合ニューロ
ン(winner neuron)と各入力ニューロンとの結合力を
強めることで行なう。勝ち抜いた競合ニューロン(winn
er neuron)と感覚入力ニューロン並びに動作入力ニュ
ーロンとの結合の更新は、Kohonenの更新規則に
より、以下のように行なわれる。
The memory is performed by strengthening the binding force between the competitive neuron that has won in the competitive layer (winner neuron) and each input neuron. Winning competitive neuron (winn
er neuron) and sensory input neurons and motion input neurons are updated as follows according to Kohonen's update rule.

【0188】[0188]

【数19】 [Formula 19]

【0189】ここで、L2Normで正規化する。Here, normalization is performed with L2Norm.

【0190】[0190]

【数20】 [Equation 20]

【0191】この結合力がいわゆる記憶の強さを表し、
記憶力になる。
This binding force represents the strength of so-called memory,
It becomes memory.

【0192】ここで、学習率αは、提示する回数と記憶
の関係を表すパラメータである。学習率αが大きいほ
ど、1回の記憶で重みを大きく変更する。例えば、α=
0.5を用いると、一度記憶させれば、忘却することは
なく、次回同じような感覚入力パターン又は動作入力パ
ターンを提示すれば、ほぼ間違いなく記憶した動作入力
パターンを連想することができる。
Here, the learning rate α is a parameter indicating the relationship between the number of times of presentation and the memory. The larger the learning rate α, the larger the weight is changed in one memory. For example, α =
If 0.5 is used, once stored, it will not be forgotten, and if a similar sensory input pattern or motion input pattern is presented next time, the stored motion input pattern can almost certainly be associated.

【0193】また、提示して記憶させればさせるほど、
ネットワークの結合値(重み)が大きくなっていく。こ
れは、同じ動作入力パターンが何度も入力されるうち
に、記憶が強くなることを示し、統計的な学習が可能で
あり、実環境下におけるノイズの影響の少ない長期記憶
を実現することができる。
[0193] Further, the more it is presented and stored, the more it is stored.
The network connection value (weight) increases. This indicates that the memory becomes stronger as the same motion input pattern is input many times, statistical learning is possible, and long-term memory with less influence of noise in a real environment can be realized. it can.

【0194】また、新たな感覚入力パターン及び/又は
動作入力パターンが入力され、記憶しようとすれば、新
たな競合層のニューロンが発火するため、その新しいニ
ューロンとの結合が強まり、以前の記憶による動作入力
ニューロンとの結合が弱まる訳ではない。言い換えれ
ば、本実施形態に係る競合型ニューラル・ネットワーク
による連想記憶では、追加学習が可能なのであり、「忘
却」の問題から解放される。
Further, if a new sensory input pattern and / or a motion input pattern is input and an attempt is made to memorize, a new neuron in the competitive layer is fired, so that the connection with the new neuron is strengthened, and the result of the previous memory is increased. The connection with the motion input neuron does not weaken. In other words, in the associative memory by the competitive neural network according to this embodiment, additional learning is possible, and the problem of "forgetting" is released.

【0195】また、想起モードにおいて、以下に示すよ
うな感覚入力パターンx1,x2,…,xn、並びに動作
入力パターンxn+1,…,xmからなる入力パターン・ベ
クトルが図15に示す連想記憶システムに提示されたと
する。
[0195] Further, in the recall mode, sensory input pattern x 1 as shown below, x 2, ..., x n, and the operation input pattern x n + 1, ..., the input pattern vector of x m 15 Suppose that it is presented to the associative memory system shown in.

【0196】[0196]

【数21】 [Equation 21]

【0197】このとき、出力ニューロンyjの値は、入
力xiについて下式のように計算される。
At this time, the value of the output neuron y j is calculated as follows for the input x i .

【0198】[0198]

【数22】 [Equation 22]

【0199】上式は、各チャンネルの尤度に応じた競合
ニューロンの発火値の尤度を表している。本実施形態で
は、尤度が最大のものだけを連想するものとして選択す
ることとし、競合に勝ち抜くニューロンを下式により求
めることができる。
The above equation represents the likelihood of the firing value of the competitive neuron according to the likelihood of each channel. In the present embodiment, only the maximum likelihood is selected as an associative one, and the neuron that wins out the competition can be obtained by the following equation.

【0200】[0200]

【数23】 [Equation 23]

【0201】求めた競合ニューロンYの番号が記憶した
シンボルの番号に対応するので、下式のように、Wの逆
行列演算により入力パターンXを想起することができ
る。
Since the obtained number of the competitive neuron Y corresponds to the stored symbol number, the input pattern X can be recalled by the inverse matrix operation of W as in the following equation.

【0202】[0202]

【数24】 [Equation 24]

【0203】入力パターンXは、感覚入力パターン[x
1,…,xn]と動作入力パターン[xn+1,…,xm]か
らなる。言い換えれば、欠損した感覚入力パターンを基
に最も近い感覚記憶パターン並びに最も近い動作記憶パ
ターンを想起することができる。想起された動作パター
ンを状況依存行動階層108に投入することにより、対
応するステートマシンが起動して、欠損した感覚入力に
より想起される行動を発現することができる。
The input pattern X is the sensory input pattern [x
1, ..., x n] and operation input pattern [x n + 1, ..., consisting of x m]. In other words, it is possible to recall the closest sensory memory pattern and the closest motion memory pattern based on the missing sensory input pattern. By inputting the evoked action pattern into the situation-dependent action hierarchy 108, the corresponding state machine is activated and the action evoked by the missing sensory input can be expressed.

【0204】図15に示したような競合型ニューラル・
ネットワークによる長期記憶アーキテクチャによれば、
エピソード記憶や意味記憶などの宣言的知識記憶をどの
ように使うかといった手続的知識記憶を、他の長期記憶
と同じ工学モデルで実現することができる。連想型の手
続的知識記憶を行なうことにより、不完全な感覚入力か
ら、記憶していた手順を連想する、すなわち動作を実行
することができる。例えば、赤くて丸いものを見ると、
りんごを想起するとともにこれを食べようとすることが
できる。
The competitive neural network shown in FIG.
According to the network long-term memory architecture,
Procedural knowledge memory such as how to use declarative knowledge memory such as episodic memory and semantic memory can be realized with the same engineering model as other long-term memory. By performing the associative procedural knowledge storage, the stored procedure can be associated, that is, the operation can be executed from the incomplete sensory input. For example, if you look at a red and round object,
You can think of an apple and try to eat it.

【0205】また、新たなパターンが入力され記憶しよ
うとすると新たな競合ニューロンが発火して新しいニュ
ーロンとの結合が強まるが、以前の記憶によるニューロ
ンの結合が弱まる訳ではないので、追加学習が可能であ
る。
When a new pattern is input and an attempt is made to memorize, a new competing neuron is fired and the connection with the new neuron is strengthened. However, since the connection of the neuron due to the previous memory is not weakened, additional learning is possible. Is.

【0206】また、図15に示す競合型ニューラル・ネ
ットワークによる長期記憶アーキテクチャでは、同じパ
ターンが何度も入力されるうちに記憶が強化されていく
という統計的な学習を行なうので、ノイズの影響の少な
い長期記憶を実現することができる。
Further, in the long-term memory architecture by the competitive neural network shown in FIG. 15, since the memory is strengthened as the same pattern is input many times, statistical learning is performed, so that the influence of noise is reduced. A small amount of long-term memory can be realized.

【0207】手続的知識の記憶は、言うならば動詞の獲
得である。競合型ニューラル・ネットワークを手続的知
識記憶に適用した場合には、想起モードでは、欠損した
感覚入力パターンを基に、最も近い動作記憶パターンを
獲得することができる。したがって、手続的知識連想に
より、想起された機体の行動を誘発するように構成する
こともできる。
Memories of procedural knowledge are, so to speak, acquisition of verbs. When the competitive neural network is applied to procedural knowledge memory, in the recall mode, the closest motion memory pattern can be obtained based on the missing sensory input pattern. Therefore, it can be configured to induce the action of the recollected aircraft by the procedural knowledge association.

【0208】この場合、図16に示すように、ニューラ
ル・ネットワークにより想起された動作パターンをその
まま行動制御部(ステートマシン)に投入して機体を駆
動制御するようにすればよい。
In this case, as shown in FIG. 16, the motion pattern evoked by the neural network may be directly input to the behavior control section (state machine) to drive and control the machine body.

【0209】例として、“赤”くて“丸い”ものに“り
んご”と言う名前が付いていて、それに対して食べると
いう動作をすることを考える。但し、“食べる”という
動作にはID1番が割り当てられているとする。
As an example, suppose that a "red" and "round" thing is named "apple", and that the user eats it. However, ID 1 is assigned to the action of “eat”.

【0210】まず、記憶する際に、“赤”ID、“丸
い”ID,“りんご”ID、“食べる”IDを一緒に、
図15に示したような長期記憶システムに記憶させる。
First, when memorizing, "red" ID, "round" ID, "apple" ID, "eat" ID together,
It is stored in the long-term storage system as shown in FIG.

【0211】次いで、想起モードにおいて、欠損した感
覚入力パターンとして赤くて丸いものが入力されるとす
る。これに応答して、競合型ニューラル・ネットワーク
は、連想記憶により“りんご”という名前と“食べる”
という動作を想起して、最も近い感覚記憶パターン及び
最も近い動作記憶パターンとして獲得する。
Next, in the recall mode, it is assumed that a red and round sensation input pattern is input. In response, the competitive neural network uses the name "apple" and "eat" by associative memory.
Recalling the above motion, it is acquired as the closest sensory memory pattern and the closest motion memory pattern.

【0212】この“食べる”というIDを行動を管理す
るステートマシンに伝えることにより、ロボット装置は
赤くて丸いものを見ただけで、食べる行動を出すことが
できる。
By transmitting the ID "eat" to the state machine that manages the action, the robot apparatus can take the action of eating only by seeing the red and round object.

【0213】また、図17には、図15に示した手続的
知識記憶を行なう競合型ニューラル・ネットワークの変
形例を示している。
FIG. 17 shows a modification of the competitive neural network shown in FIG. 15 for procedural knowledge storage.

【0214】同図に示すニューラル・ネットワークは、
複数の入力ニューロンで構成されて感覚入力パターンを
入力する1層の入力層と、競合ニューロンの競合関係に
より連想記憶を行なう2層の競合層で構成される。
The neural network shown in FIG.
The input layer is composed of a plurality of input neurons and receives a sensory input pattern. The input layer is composed of a single layer, and the competitive layer is composed of two layers of competitive layers for associative memory.

【0215】競合層のうち1つの層は名詞層であり、入
力パターンのうち主に名詞部分を連想記憶する。また、
他方の競合層は動詞層であり、入力パターンのうち主に
動詞部分を連想記憶する。
One of the competitive layers is the noun layer, which mainly stores the noun part of the input pattern in an associative manner. Also,
The other competing layer is the verb layer, which mainly associates and memorizes the verb portion of the input pattern.

【0216】名詞層の出力は、名詞のIDを示してい
る。また、動詞層の出力は、動詞のIDを示しており、
行動制御部によりその動作を駆動部に出力することがで
きる。
The output of the noun layer shows the ID of the noun. The output of the verb layer shows the ID of the verb,
The action control section can output the operation to the drive section.

【0217】入力層に感覚入力パターンが入力される
と、まず、競合層の1層目で競合して、勝ち抜いた競合
ニューロンにより名詞を獲得する。さらに、この勝ち抜
いた名詞ニューロンにより競合層の2層目で競合して、
1層目で勝ち抜いた競合ニューロンと最も結合の強い動
詞ニューロンが発火する。
When a sensory input pattern is input to the input layer, first, the first competitive layer competes to acquire a noun by the winning competitive neuron. Furthermore, with this winning noun neuron, they compete in the second layer of the competitive layer,
The verb neuron, which has the strongest connection with the competitive neuron that won in the first layer, fires.

【0218】競合層の2層目の各ニューロンには動詞の
IDが付けられている。したがって、行動制御部(ステ
ートマシン)は、出力された動詞IDに従って動作を出
力すればよい。
A verb ID is given to each neuron in the second layer of the competitive layer. Therefore, the action control unit (state machine) may output the action according to the output verb ID.

【0219】図17に示したように、名詞層と動詞層と
に分けて計算を行なうことにより計算の効率化を図るこ
とができる。また、動詞の数が増えた場合、単一層の競
合層で構成した場合には名詞ニューロンと動詞ニューロ
ン間でチューニングを行う必要があるが、名詞層と動詞
層の2層で独立させている場合にはこのような煩雑さか
ら解放される。
As shown in FIG. 17, the efficiency of the calculation can be improved by dividing the calculation into the noun layer and the verb layer. Also, when the number of verbs increases, it is necessary to tune between the noun neuron and the verb neuron when it is composed of a single competitive layer, but when the noun layer and the verb layer are independent. Is free from such complications.

【0220】[追補]以上、特定の実施形態を参照しな
がら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修
正や代用を成し得ることは自明である。
[Supplement] The present invention has been described in detail with reference to the specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can modify or substitute the embodiments without departing from the scope of the present invention.

【0221】上述した実施形態では本発明に係る連想記
憶メカニズムをロボット装置に適用した場合を中心に説
明してきたが。本発明の要旨は、必ずしも「ロボット」
と称される製品には限定されない。すなわち、電気的若
しくは磁気的な作用を用いて人間の動作に似せた運動を
行う機械装置であるならば、例えば玩具等のような他の
産業分野に属する製品であっても、同様に本発明を適用
することができる。
In the above-mentioned embodiments, the case where the associative memory mechanism according to the present invention is applied to the robot apparatus has been mainly described. The gist of the present invention is not necessarily a “robot”
Is not limited to the products referred to as. That is, as long as it is a mechanical device that performs a motion similar to a human motion by using an electric or magnetic action, even if it is a product belonging to another industrial field such as a toy, the present invention is similarly applied. Can be applied.

【0222】要するに、例示という形態で本発明を開示
してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈
するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、
冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきであ
る。
In short, the present invention has been disclosed in the form of exemplification, and the contents described in this specification should not be construed in a limited manner. To determine the gist of the present invention,
The claims section mentioned at the beginning should be taken into consideration.

【0223】[0223]

【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
外部刺激から内部状態の変化を好適に連想記憶すること
ができる、優れたロボット装置及びその行動制御方法、
連想記憶装置及び連想記憶方法を提供することができ
る。
As described above in detail, according to the present invention,
An excellent robot apparatus capable of appropriately associatively storing a change in an internal state from an external stimulus, and a behavior control method thereof,
An associative memory device and an associative memory method can be provided.

【0224】また、本発明によれば、ニューラル・ネッ
トワークを用いて外部刺激から内部状態の変化を連想記
憶して物の名前など学習により得られた情報を長期間保
持することができる、優れたロボット装置及びその行動
制御方法、連想記憶装置及び連想記憶方法を提供するこ
とができる。
Further, according to the present invention, the information obtained by learning such as the name of an object can be retained for a long time by associatively storing the change of the internal state from the external stimulus by using the neural network, which is excellent. A robot device, a behavior control method thereof, an associative memory device, and an associative memory method can be provided.

【0225】また、本発明によれば、追加学習が可能で
あり且つ実環境下でノイズに強い学習を行なうことがで
きる、優れたロボット装置及びその行動制御方法、連想
記憶装置及び連想記憶方法を提供することができる。
Further, according to the present invention, an excellent robot apparatus capable of performing additional learning and capable of strong learning against noise in a real environment, an action control method therefor, an associative memory apparatus and an associative memory method are provided. Can be provided.

【0226】本発明によれば、意味記憶、エピソード記
憶、手続的知識記憶などすべての長期記憶の工学モデル
を、競合型ニューラル・ネットワークという同じ枠組み
の中で構築することができる。
According to the present invention, engineering models of all long-term memories such as semantic memory, episodic memory, and procedural knowledge memory can be constructed within the same framework of competitive neural networks.

【0227】本発明に係る連想記憶システムは、競合型
ニューラル・ネットワークを記憶モデルに適用すること
により、長期記憶における追加学習を実現することがで
きる。また、統計的学習を行なうことにより、ノイズの
影響の少ない長期記憶を実現することができる。また、
連想型意味記憶を行なうことにより、不完全なデータか
ら、ある物体の意味を連想することができる。また、連
想型エピソード記憶を行なうことにより、ロボット装置
は、記憶した場所や時間などを連想することができる。
The associative memory system according to the present invention can realize additional learning in long-term memory by applying the competitive neural network to the memory model. In addition, by performing statistical learning, it is possible to realize long-term memory that is less affected by noise. Also,
By performing associative semantic memory, the meaning of a certain object can be associated with incomplete data. Further, by performing the associative episode storage, the robot device can associate the stored place and time.

【0228】また、本発明に係る連想記憶システムによ
れば、競合型ニューラル・ネットワークを記憶モデルに
適用することにより、手続的知識記憶を行ない、欠損し
た感覚入力パターンからIDレベルでの動詞の獲得が可
能となる。例えば、顔を見ただけでその人の名前を連想
することができる。また、赤くて丸いものを見ると「り
んごだから食べよう」という具合に、連想記憶に基づく
行動制御を行なうことができる。
Further, according to the associative memory system of the present invention, by applying the competitive neural network to the memory model, procedural knowledge memory is performed and the verb at the ID level is acquired from the missing sensory input pattern. Is possible. For example, you can associate the person's name just by looking at the face. Also, when you see a red and round object, you can control the behavior based on associative memory, such as "Let's eat because it is an apple."

【0229】脚式ロボットなどの移動型のロボット装置
での学習は、実環境で動作するためノイズの影響が大き
い。本発明によれば、統計的に記憶するので、効果的で
ロバストな記憶を実現することができる。
Learning in a mobile robot device such as a legged robot is affected by noise because it operates in a real environment. According to the present invention, since the memory is stored statistically, effective and robust memory can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に実施に供されるロボット装置1の機能
構成を模式的に示した図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a functional configuration of a robot device 1 used for implementing the present invention.

【図2】制御ユニット20の構成をさらに詳細に示した
図である。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a control unit 20 in more detail.

【図3】本発明の実施形態に係るロボット装置1の行動
制御システム100の機能構成を模式的に示した図であ
る。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a functional configuration of a behavior control system 100 of the robot device 1 according to the embodiment of the present invention.

【図4】連想記憶における記憶過程のメカニズムを模式
的に示した図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a mechanism of a memory process in associative memory.

【図5】連想記憶における想起過程のメカニズムを模式
的に示した図である。
FIG. 5 is a diagram schematically showing a mechanism of a recall process in associative memory.

【図6】連想記憶における記憶過程のメカニズムを概念
的に示した図である。
FIG. 6 is a diagram conceptually showing a mechanism of a memory process in associative memory.

【図7】連想記憶における想起過程のメカニズムを概念
的に示した図である。
FIG. 7 is a diagram conceptually showing a mechanism of a recall process in associative memory.

【図8】競合型ニューラル・ネットワークの構成を模式
的に示した図である。
FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of a competitive neural network.

【図9】エピソード記憶における記憶過程のメカニズム
を模式的に示した図である。
FIG. 9 is a diagram schematically showing a mechanism of a memory process in episode memory.

【図10】エピソード検出器の構成例を模式的に示した
図である。
FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration example of an episode detector.

【図11】エピソード記憶における想起過程のメカニズ
ムを模式的に示した図である。
FIG. 11 is a diagram schematically showing a mechanism of a recall process in episode memory.

【図12】エピソード記憶を行なう競合型ニューラル・
ネットワークの構成を模式的に示した図である。
FIG. 12: Competitive neural network for episode memory
It is the figure which showed the structure of the network typically.

【図13】手続的知識記憶における記憶過程のメカニズ
ムを模式的に示した図である。
FIG. 13 is a diagram schematically showing a storage process mechanism in procedural knowledge storage.

【図14】手続的知識記憶における想起過程のメカニズ
ムを模式的に示した図である。
FIG. 14 is a diagram schematically showing a mechanism of a recall process in procedural knowledge memory.

【図15】手続的知識記憶を行なう競合型ニューラル・
ネットワークの構成を模式的に示した図である。
FIG. 15: Competitive neural network for procedural knowledge storage
It is the figure which showed the structure of the network typically.

【図16】手続的知識連想により行動誘発を行なう想起
過程のメカニズムを模式的に示した図である。
FIG. 16 is a diagram schematically showing a mechanism of a recall process in which an action is induced by procedural knowledge association.

【図17】図15に示した手続的知識記憶を行なう競合
型ニューラル・ネットワークの変形例を示した図であ
る。
17 is a diagram showing a modification of the competitive neural network for performing procedural knowledge storage shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…移動ロボット 15…CCDカメラ 16…マイクロフォン 17…スピーカ 18…タッチセンサ 19…LEDインジケータ 20…制御部 21…CPU 22…RAM 23…ROM 24…不揮発メモリ 25…インターフェース 26…無線通信インターフェース 27…ネットワーク・インターフェース・カード 28…バス 29…キーボード 40…入出力部 50…駆動部 51…モータ 52…エンコーダ 53…ドライバ 100…行動制御システム 101…視覚認識機能部 102…聴覚認識機能部 103…接触認識機能部 105…短期記憶部 106…長期記憶部 107…熟考行動階層 108…状況依存行動階層 109…反射行動部 1 ... Mobile robot 15 ... CCD camera 16 ... Microphone 17 ... speaker 18 ... Touch sensor 19 ... LED indicator 20 ... Control unit 21 ... CPU 22 ... RAM 23 ... ROM 24 ... Non-volatile memory 25 ... Interface 26 ... Wireless communication interface 27 ... Network Interface Card 28 ... bus 29 ... Keyboard 40 ... Input / output section 50 ... Drive unit 51 ... Motor 52 ... Encoder 53 ... Driver 100 ... Behavior control system 101 ... Visual recognition function unit 102 ... Auditory recognition function unit 103 ... Contact recognition function unit 105 ... Short-term memory 106 ... Long-term storage 107 ... Contemplation stage 108 ... Situation-dependent behavior hierarchy 109 ... Reflex action section

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3C007 AS36 CS08 JS03 KS31 KS39 KT01 LW12 LW15 WA13 WA14 WB14 WB15 WB16 WB19 WB25 5H004 GA15 GA17 GA26 GB16 HB03 HB15 JB06 JB09 KD62 KD63 MA05 MA06 MA23 MA36 MA39 MA53 MA54 MA55 MA56    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 3C007 AS36 CS08 JS03 KS31 KS39                       KT01 LW12 LW15 WA13 WA14                       WB14 WB15 WB16 WB19 WB25                 5H004 GA15 GA17 GA26 GB16 HB03                       HB15 JB06 JB09 KD62 KD63                       MA05 MA06 MA23 MA36 MA39                       MA53 MA54 MA55 MA56

Claims (28)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】関節駆動又はユーザとの対話駆動を行う駆
動部と、 所定の入力パターンを記憶するとともに欠損した入力パ
ターンから完全な記憶パターンを想起する連想記憶部
と、 前記連想記憶部により想起された記憶パターンに基づい
て前記駆動部による機体動作を制御する行動制御部と、
を具備することを特徴とするロボット装置。
1. A drive unit for performing joint drive or interactive drive with a user, an associative storage unit for storing a predetermined input pattern and for recalling a complete memory pattern from a missing input pattern, and an association memory unit for recalling. An action control unit that controls the operation of the aircraft by the drive unit based on the stored memory pattern,
A robot apparatus comprising:
【請求項2】前記連想記憶部は、入力パターンに応じて
発火する複数の入力ニューロンからなる入力層と、各入
力ニューロンからの出力を結合力に応じて重み付け入力
する複数の競合ニューロンからなる競合層とを備えた競
合型ニューラル・ネットワークを用いて連想記憶を行な
う、ことを特徴とする請求項1に記載のロボット装置。
2. The associative memory unit comprises an input layer composed of a plurality of input neurons that fires according to an input pattern, and a competition composed of a plurality of competing neurons that weight-input the outputs from the respective input neurons according to the coupling force. The robot apparatus according to claim 1, wherein associative memory is performed using a competitive neural network having layers.
【請求項3】前記連想記憶部は、ある入力パターンに対
して各入力ニューロンからの重み付け入力値の総和が最
大となる競合ニューロンを選択して、該競合ニューロン
と各入力ニューローンとの結合力を強めることによっ
て、該入力パターンの記憶を強化する、ことを特徴とす
る請求項2に記載のロボット装置。
3. The associative memory unit selects a competitive neuron having a maximum sum of weighted input values from each input neuron with respect to a certain input pattern, and determines a coupling force between the competitive neuron and each input neuron. The robot apparatus according to claim 2, wherein the memory of the input pattern is enhanced by strengthening the input pattern.
【請求項4】前記連想記憶部は、一部が欠損した入力パ
ターンに対して各入力ニューロンからの重み付け入力値
の総和が最大となる競合ニューロンを選択して、該競合
ニューロンと結合力の強い入力ニューローンからなる記
憶パターンを想起する、ことを特徴とする請求項2に記
載のロボット装置。
4. The associative memory unit selects a competitive neuron having the maximum sum of weighted input values from each input neuron for an input pattern in which a part is missing, and has a strong binding force with the competitive neuron. The robot apparatus according to claim 2, wherein a memory pattern including an input neuron is recalled.
【請求項5】外部刺激を入力する感覚入力部をさらに備
え、 前記連想記憶部は、前記感覚入力部からの感覚入力パタ
ーンを記憶するとともに一部が欠損した感覚入力パター
ンから完全な感覚記憶パターンを想起する、ことを特徴
とする請求項1に記載のロボット装置。
5. A sensation input unit for inputting an external stimulus is further provided, wherein the associative storage unit stores the sensation input pattern from the sensation input unit and complete sensation memory pattern from the deficiency sensory input pattern. The robot apparatus according to claim 1, wherein:
【請求項6】外部刺激を入力する感覚入力部と、 本能や感情からなる内部状態を管理する内部状態管理部
をさらに備え、 前記連想記憶部は、前記感覚入力部からの感覚入力及び
内部状態からなる入力パターンを記憶するとともに一部
が欠損した感覚入力パターンから完全な感覚記憶パター
ン及び/又は内部状態パターンを想起する、ことを特徴
とする請求項1に記載のロボット装置。
6. A sensory input section for inputting an external stimulus, and an internal state management section for managing an internal state consisting of instinct and emotion, wherein the associative memory section receives sensory input and internal state from the sensory input section. The robot apparatus according to claim 1, wherein the robot apparatus stores an input pattern consisting of the following and recalls a complete sensory memory pattern and / or an internal state pattern from a sensory input pattern that is partially missing.
【請求項7】外部刺激を入力する感覚入力部と、 外部環境を基に記憶した時間、場所、顔、色、動きなど
からなるエピソードを検出するエピソード検出部をさら
に備え、 前記連想記憶部は、前記感覚入力部からの感覚入力及び
検出されたエピソードからなる入力パターンを記憶する
とともに一部が欠損した感覚入力パターンから完全な感
覚記憶パターン及び/又はエピソード・パターンを想起
する、ことを特徴とする請求項1に記載のロボット装
置。
7. A sense input unit for inputting an external stimulus, and an episode detection unit for detecting an episode consisting of time, place, face, color, movement, etc. stored based on the external environment, and the associative storage unit. Storing a sensory input from the sensory input unit and an input pattern composed of detected episodes, and recalling a complete sensory memory pattern and / or episode pattern from the sensory input pattern partially missing. The robot apparatus according to claim 1.
【請求項8】外部刺激を入力する感覚入力部をさらに備
え、 前記連想記憶部は、前記感覚入力部からの感覚入力及び
前記駆動部において実行された動作からなる入力パター
ンを記憶するとともに一部が欠損した感覚入力パターン
から完全な感覚記憶パターン及び/又は前記駆動部の動
作パターンを想起し、 前記行動制御部は、該想起された前記駆動部の動作パタ
ーンに従って機体動作を制御する、ことを特徴とする請
求項1に記載のロボット装置。
8. A sensation input unit for inputting an external stimulus is further provided, wherein the associative storage unit stores and partially stores an input pattern consisting of a sensation input from the sensation input unit and an operation executed in the drive unit. Recalls a complete sensory memory pattern and / or an operation pattern of the drive unit from the sensory input pattern in which the action control unit has a loss, and the action control unit controls the aircraft operation according to the action pattern of the drive unit that is recalled. The robot apparatus according to claim 1, wherein the robot apparatus is a robot apparatus.
【請求項9】前記競合層は、入力パターンに対応する名
詞を記憶する複数の名詞ニューロンからなる名詞層と、
各名詞に対応する動詞を記憶する複数の動詞ニューロン
からなる動詞層とを備え、 ある入力パターンに対してまず名詞層で競合して勝ち抜
いた名詞ニューロンにより名詞を獲得するとともに、該
獲得した名詞ニューロンにより動詞層で競合して、該名
詞ニューロンと最も結合の強い動詞ニューロンが発火す
る、ことを特徴とする請求項2に記載のロボット装置。
9. The competitive layer comprises a noun layer composed of a plurality of noun neurons storing nouns corresponding to input patterns,
A noun neuron that has a verb layer composed of a plurality of verb neurons that stores a verb corresponding to each noun, and first acquires a noun by a noun neuron that has competed in a noun layer for a certain input pattern 3. The robot apparatus according to claim 2, wherein the verb neuron having the strongest connection with the noun neuron fires by competing in the verb layer.
【請求項10】関節駆動又はユーザとの対話駆動を行う
ロボット装置の行動制御方法であって、 所定の入力パターンを記憶するとともに欠損した入力パ
ターンから完全な記憶パターンを想起する連想記憶ステ
ップと、 前記連想記憶ステップにより想起された記憶パターンに
基づいて前記ロボット装置の機体動作を制御する行動制
御ステップと、を具備することを特徴とするロボット装
置の行動制御方法。
10. A method for controlling a behavior of a robot apparatus for driving a joint or driving a dialogue with a user, comprising: associative memory step of storing a predetermined input pattern and recalling a complete memory pattern from a missing input pattern. A behavior control step of controlling a body motion of the robot apparatus based on a memory pattern recollected by the associative memory step, the behavior control method of the robot apparatus.
【請求項11】前記連想記憶ステップでは、入力パター
ンに応じて発火する複数の入力ニューロンからなる入力
層と、各入力ニューロンからの出力を結合力に応じて重
み付け入力する複数の競合ニューロンからなる競合層と
を備えた競合型ニューラル・ネットワークを用いて連想
記憶を行なう、ことを特徴とする請求項10に記載のロ
ボット装置の行動制御方法。
11. The associative memory step comprises an input layer composed of a plurality of input neurons that fires according to an input pattern, and a competition composed of a plurality of competing neurons that weight-input the outputs from each input neuron according to the coupling force. 11. The behavior control method for a robot apparatus according to claim 10, wherein associative memory is performed using a competitive neural network having layers.
【請求項12】前記連想記憶ステップでは、ある入力パ
ターンに対して各入力ニューロンからの重み付け入力値
の総和が最大となる競合ニューロンを選択して、該競合
ニューロンと各入力ニューローンとの結合力を強めるこ
とによって、該入力パターンの記憶を強化する、ことを
特徴とする請求項11に記載のロボット装置の行動制御
方法。
12. In the associative memory step, a competitive neuron having the maximum sum of weighted input values from each input neuron is selected for a certain input pattern, and the coupling force between the competitive neuron and each input neuron is selected. 12. The behavior control method for a robot apparatus according to claim 11, wherein the memory of the input pattern is enhanced by strengthening the input pattern.
【請求項13】前記連想記憶ステップでは、一部が欠損
した入力パターンに対して各入力ニューロンからの重み
付け入力値の総和が最大となる競合ニューロンを選択し
て、該競合ニューロンと結合力の強い入力ニューローン
からなる記憶パターンを想起する、ことを特徴とする請
求項11に記載のロボット装置の行動制御方法。
13. In the associative memory step, a competitive neuron having a maximum sum of weighted input values from each input neuron is selected for an input pattern in which a part is missing, and a strong binding force with the competitive neuron is selected. The behavior control method for a robot apparatus according to claim 11, wherein a memory pattern including an input neuron is recalled.
【請求項14】外部刺激を入力する感覚入力ステップを
さらに備え、 前記連想記憶ステップでは、前記感覚入力ステップにお
ける感覚入力パターンを記憶するとともに一部が欠損し
た感覚入力パターンから完全な感覚記憶パターンを想起
する、ことを特徴とする請求項10に記載のロボット装
置の行動制御方法。
14. A sensation input step of inputting an external stimulus is further provided, wherein in the associative memory step, the sensation input pattern in the sensation input step is stored and a complete sensation memory pattern is extracted from a deficient sensation input pattern. The action control method for a robot apparatus according to claim 10, wherein the action control method is recalled.
【請求項15】外部刺激を入力する感覚入力ステップ
と、 本能や感情からなる内部状態を管理する内部状態管理ス
テップをさらに備え、 前記連想記憶ステップでは、前記感覚入力ステップにお
ける感覚入力及び内部状態からなる入力パターンを記憶
するとともに一部が欠損した感覚入力パターンから完全
な感覚記憶パターン及び/又は内部状態パターンを想起
する、ことを特徴とする請求項10に記載のロボット装
置の行動制御方法。
15. The method further comprises: a sensory input step of inputting an external stimulus; and an internal state management step of managing an internal state consisting of instinct and emotion, wherein the associative memory step is performed from the sensory input and the internal state in the sensory input step. 11. The behavior control method for a robot apparatus according to claim 10, further comprising storing the following input pattern and recalling a complete sensory memory pattern and / or an internal state pattern from the sensory input pattern partially missing.
【請求項16】外部刺激を入力する感覚入力ステップ
と、 外部環境を基に記憶した時間、場所、顔、色、動きなど
からなるエピソードを検出するエピソード検出ステップ
をさらに備え、 前記連想記憶ステップでは、前記感覚入力ステップにお
ける感覚入力及び検出されたエピソードからなる入力パ
ターンを記憶するとともに一部が欠損した感覚入力パタ
ーンから完全な感覚記憶パターン及び/又はエピソード
・パターンを想起する、ことを特徴とする請求項10に
記載のロボット装置の行動制御方法。
16. A sense input step of inputting an external stimulus, and an episode detection step of detecting an episode consisting of time, place, face, color, movement, etc. stored based on the external environment, further comprising: And storing an input pattern consisting of the sensory input and the detected episode in the sensory input step and recalling a complete sensory memory pattern and / or episode pattern from the sensory input pattern partially missing. The behavior control method of the robot apparatus according to claim 10.
【請求項17】外部刺激を入力する感覚入力ステップを
さらに備え、 前記連想記憶ステップは、前記感覚入力ステップにおけ
る感覚入力及び前記ロボット装置の機体上で実行された
動作からなる入力パターンを記憶するとともに一部が欠
損した感覚入力パターンから完全な感覚記憶パターン及
び/又は前記機体の動作パターンを想起し、 前記行動制御ステップでは、該想起された動作パターン
に従って機体動作を制御する、ことを特徴とする請求項
10に記載のロボット装置の行動制御方法。
17. A sensation input step of inputting an external stimulus, wherein the associative storage step stores the sensation input in the sensation input step and an input pattern consisting of a motion executed on a body of the robot apparatus. It is characterized in that a complete sensory memory pattern and / or a motion pattern of the machine body is recalled from a partially missing sensory input pattern, and in the action control step, the machine body motion is controlled according to the recalled motion pattern. The behavior control method of the robot apparatus according to claim 10.
【請求項18】前記競合層は、入力パターンに対応する
名詞を記憶する複数の名詞ニューロンからなる名詞層
と、各名詞に対応する動詞を記憶する複数の動詞ニュー
ロンからなる動詞層とを備え、 ある入力パターンに対してまず名詞層で競合して勝ち抜
いた名詞ニューロンにより名詞を獲得するとともに、該
獲得した名詞ニューロンにより動詞層で競合して、該名
詞ニューロンと最も結合の強い動詞ニューロンが発火す
る、ことを特徴とする請求項11に記載のロボット装置
の行動制御方法。
18. The competitive layer comprises a noun layer composed of a plurality of noun neurons storing nouns corresponding to an input pattern, and a verb layer composed of a plurality of verb neurons storing verbs corresponding to each noun. First, a noun neuron that competes in a noun layer for a certain input pattern first wins a noun, and the acquired noun neuron competes in a verb layer to fire a verb neuron most strongly coupled to the noun neuron. The action control method for a robot apparatus according to claim 11, wherein:
【請求項19】入力パターンに応じて発火する複数の入
力ニューロンからなる入力層と、各入力ニューロンから
の出力を結合力に応じて重み付け入力する複数の競合ニ
ューロンからなる競合層とで構成される競合型ニューラ
ル・ネットワークを用いて、ある入力パターンに対して
各入力ニューロンからの重み付け入力値の総和が最大と
なる競合ニューロンを選択して該競合ニューロンと各入
力ニューローンとの結合力を強めることにより記憶する
とともに、一部が欠損した入力パターンに対して各入力
ニューロンからの重み付け入力値の総和が最大となる競
合ニューロンを選択して該競合ニューロンと結合力の強
い入力ニューローンからなる記憶パターンを想起する連
想記憶装置であって、 前記入力ニューロンのうち少なくとも一部は外部刺激に
よる感覚入力が割り当てられており、 感覚入力パターンを記憶するとともに、一部が欠損した
感覚入力パターンから完全な感覚記憶パターンを想起す
る、ことを特徴とする連想記憶装置。
19. An input layer composed of a plurality of input neurons firing according to an input pattern, and a competitive layer composed of a plurality of competing neurons for weighting and inputting the outputs from the respective input neurons according to the coupling force. Using a competitive neural network, selecting a competitive neuron that maximizes the sum of weighted input values from each input neuron for a certain input pattern and strengthening the binding force between the competitive neuron and each input neuron A memory pattern composed of an input neuron that has a strong coupling force with the competitive neuron by selecting the competitive neuron that maximizes the sum of the weighted input values from each input neuron with respect to the partially missing input pattern. An associative memory device that recalls at least some of the input neurons. An associative memory device that is assigned with intense sensory input, stores the sensory input pattern, and recalls a complete sensory memory pattern from the sensory input pattern that is partially missing.
【請求項20】前記入力ニューロンの他の一部は本能や
感情からなる内部状態に割り当てられており、 感覚入力及び内部状態からなる入力パターンを記憶する
とともに、一部が欠損した感覚入力パターンから完全な
感覚記憶パターン及び/又は内部状態パターンを想起す
る、ことを特徴とする請求項19に記載の連想記憶装
置。
20. Another part of the input neuron is assigned to an internal state composed of instinct and emotion, and stores an input pattern composed of sensory input and internal state, and stores a part of the sensory input pattern lacking. The associative memory device according to claim 19, wherein the associative memory device recalls a complete sensory memory pattern and / or an internal state pattern.
【請求項21】前記入力ニューロンの他の一部は記憶し
た時間、場所、顔、色、動きなどからなるエピソードに
割り当てられており、 感覚入力及びエピソードからなる入力パターンを記憶す
るとともに、一部が欠損した感覚入力パターンから完全
な感覚記憶パターン及び/又はエピソード・パターンを
想起する、ことを特徴とする請求項19に記載の連想記
憶装置。
21. Another part of the input neuron is assigned to an episode consisting of stored time, place, face, color, movement, etc., and stores an input pattern consisting of sensory input and episode, and a part thereof. 20. The associative memory device according to claim 19, wherein a complete sensory memory pattern and / or episode pattern is recalled from the sensory input pattern in which is deleted.
【請求項22】前記入力ニューロンの他の一部は実行さ
れた動作パターンに割り当てられており、 感覚入力及び実行された動作からなる入力パターンを記
憶するとともに、一部が欠損した感覚入力パターンから
完全な感覚記憶パターン及び/又は動作パターンを想起
する、ことを特徴とする請求項19に記載の連想記憶装
置。
22. Another part of the input neuron is assigned to an executed motion pattern, stores an input pattern consisting of a sensory input and an executed motion, and stores a part of the sensory input pattern from a missing sensory input pattern. The associative memory device according to claim 19, wherein the associative memory device recalls a complete sensory memory pattern and / or a motion pattern.
【請求項23】前記競合層は、入力パターンに対応する
名詞を記憶する複数の名詞ニューロンからなる名詞層
と、各名詞に対応する動詞を記憶する複数の動詞ニュー
ロンからなる動詞層とを備え、 ある入力パターンに対してまず名詞層で競合して勝ち抜
いた名詞ニューロンにより名詞を獲得するとともに、該
獲得した名詞ニューロンにより動詞層で競合して、該名
詞ニューロンと最も結合の強い動詞ニューロンが発火す
る、ことを特徴とする請求項19に記載の連想記憶装
置。
23. The competitive layer comprises a noun layer composed of a plurality of noun neurons storing nouns corresponding to input patterns, and a verb layer composed of a plurality of verb neurons storing verbs corresponding to each noun. First, a noun neuron that competes in a noun layer for a certain input pattern first wins a noun, and the acquired noun neuron competes in a verb layer to fire the verb neuron most strongly coupled to the noun neuron. 20. The associative memory device according to claim 19, wherein.
【請求項24】入力パターンに応じて発火する複数の入
力ニューロンからなる入力層と、各入力ニューロンから
の出力を結合力に応じて重み付け入力する複数の競合ニ
ューロンからなる競合層とで構成される競合型ニューラ
ル・ネットワークを用いた連想記憶方法であって、 ある入力パターンに対して各入力ニューロンからの重み
付け入力値の総和が最大となる競合ニューロンを選択し
て該競合ニューロンと各入力ニューローンとの結合力を
強める記憶ステップと、 一部が欠損した入力パターンに対して各入力ニューロン
からの重み付け入力値の総和が最大となる競合ニューロ
ンを選択して該競合ニューロンと結合力の強い入力ニュ
ーローンからなる記憶パターンを想起する想起ステップ
と、を備え、 前記入力ニューロンのうち少なくとも一部は外部刺激に
よる感覚入力が割り当てられており、 前記記憶ステップでは感覚入力パターンを記憶するとと
もに、前記想起ステップでは一部が欠損した感覚入力パ
ターンから完全な感覚記憶パターンを想起する、ことを
特徴とする連想記憶方法。
24. An input layer composed of a plurality of input neurons that fires according to an input pattern, and a competition layer composed of a plurality of competitive neurons that inputs the outputs from the respective input neurons with weights according to the coupling force. An associative memory method using a competitive neural network, wherein a competitive neuron having the maximum sum of weighted input values from each input neuron for a certain input pattern is selected and the competitive neuron and each input neuron are selected. The memory step for increasing the binding force of the input neuron and the input neuron with strong binding force to the competitive neuron by selecting the competitive neuron with the maximum sum of the weighted input values from each input neuron for the partially missing input pattern. And a recall step of recalling a memory pattern consisting of The part is assigned a sensory input by an external stimulus, and stores the sensory input pattern in the memory step, and recalls a complete sensory memory pattern from the partially missing sensory input pattern in the recall step. Associative memory method.
【請求項25】前記入力ニューロンの他の一部は本能や
感情からなる内部状態に割り当てられており、 前記記憶ステップでは感覚入力及び内部状態からなる入
力パターンを記憶するとともに、前記想起ステップでは
一部が欠損した感覚入力パターンから完全な感覚記憶パ
ターン及び/又は内部状態パターンを想起する、ことを
特徴とする請求項24に記載の連想記憶方法。
25. Another part of the input neuron is assigned to an internal state composed of instinct and emotion, and the memory step stores an input pattern composed of sensory input and internal state, 25. The associative memory method according to claim 24, wherein a complete sensory memory pattern and / or an internal state pattern is recalled from a sensory input pattern in which a part is missing.
【請求項26】前記入力ニューロンの他の一部は記憶し
た時間、場所、顔、色、動きなどからなるエピソードに
割り当てられており、 前記記憶ステップでは感覚入力及びエピソードからなる
入力パターンを記憶するとともに、前記想起ステップで
は一部が欠損した感覚入力パターンから完全な感覚記憶
パターン及び/又はエピソード・パターンを想起する、
ことを特徴とする請求項24に記載の連想記憶方法。
26. Another part of the input neuron is assigned to an episode consisting of stored time, place, face, color, movement, etc., and the storing step stores an input pattern consisting of sensory input and episode. At the same time, the recall step recalls a complete sensory memory pattern and / or episode pattern from the sensory input pattern partially missing.
25. The associative storage method according to claim 24, wherein:
【請求項27】前記入力ニューロンの他の一部は実行さ
れた動作パターンに割り当てられており、 前記記憶ステップでは感覚入力及び実行された動作から
なる入力パターンを記憶するとともに、前記想起ステッ
プでは一部が欠損した感覚入力パターンから完全な感覚
記憶パターン及び/又は動作パターンを想起する、こと
を特徴とする請求項24に記載の連想記憶方法。
27. Another part of the input neuron is assigned to an executed action pattern, the storing step stores an input pattern consisting of a sensory input and an executed action, and the recalling step stores one input pattern. 25. The associative memory method according to claim 24, wherein a complete sensory memory pattern and / or motion pattern is recalled from the sensory input pattern in which a part is missing.
【請求項28】前記競合層は、入力パターンに対応する
名詞を記憶する複数の名詞ニューロンからなる名詞層
と、各名詞に対応する動詞を記憶する複数の動詞ニュー
ロンからなる動詞層とを備え、 前記想起ステップでは、ある入力パターンに対してまず
名詞層で競合して勝ち抜いた名詞ニューロンにより名詞
を獲得するとともに、該獲得した名詞ニューロンにより
動詞層で競合して、該名詞ニューロンと最も結合の強い
動詞ニューロンが発火する、ことを特徴とする請求項2
4に記載の連想記憶方法。
28. The competitive layer includes a noun layer composed of a plurality of noun neurons storing a noun corresponding to an input pattern, and a verb layer composed of a plurality of verb neurons storing a verb corresponding to each noun. In the recall step, a noun neuron that first competes in a noun layer for a certain input pattern and wins is used to acquire a noun, and the acquired noun neuron competes in a verb layer to have the strongest connection with the noun neuron. The verb neuron fires.
4. The associative memory method described in 4.
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