[RSJ22]Automation and execution of symbol-grounded fetch-and-carry tasks

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1. 神原 元就，杉浦 孔明 慶應義塾大学 記号接地されたfetch-and-carryタスクの 自動化と実行
2. 自然言語指示文を理解・実行する生活支援ロボットは実用性が高い 1 自然言語により指示，タスクの 実行ができれば利便性が高い 未だに言語理解性能が 不十分 生活支援ロボットの実用化
3. 既存システムの課題①：参照表現を用いた指示文の接地が困難 2 右？2番目？ 指定された物体・場所を理解するためには，参照表現を理解する必要がある 物体における記号接地に関する能力が不十分 課題 右から2番目の皿をとって
4. 既存システムの課題②：多様なタスクでの評価が困難 3 ① 人間が全ての指示文を付与 ② ルールベースによる指示文自動生成 ☺ 曖昧性を含む，多様な指示文に よる訓練が可能  大量かつランダムな状況に基づ くon-the-flyな文生成が困難 ☺ 大量の指示文の作成が容易  指示文のパターンが限られる “Go to the bedroom, and bring the rabbit doll on the side table” “Go to XX, and bring YY” ☺ “Bring YY from XX” 
5. 関連研究： Fetch-and-carryタスクにおいて，生成と理解を同時に扱う手法はない 4 手法 概要 OMT [Fukushima+, ICRA22] Transformerを利用したObject goal navigationモデルの一つ REVERIE [Qi+, CVPR20] Object goal navigationとして，REVERIEタスクを提案 ALFRED [Shridhar+, CVPR20] 新しいナビゲーションベンチマーク，ALFLEDを提案 TdU [Ishikawa+, RA-L21] 物体間の関係性を学習する，物体操作指示文理解モデルの一つ CRT [Kambara+, RA-L21] 位置情報参照表現生成を行う物体操作指示文生成モデルの一つ TdUのネットワーク図 CRTのネットワーク図
6. 問題設定：Fetch-and-Carry with Object Grounding (FCOG)タスク 5 与えられた指示文について，自然言語理解モデルによって理解，物体に関して 記号接地することで特定しつつfetch-and-carryタスクを実行 4つのサブタスク • 移動 • Object grounding • 物体把持 • 物体配置 “Go to the bedroom, grasp the rabbit doll and send it to the corner sofa” 対象物体：把持・移動する物体 目標領域：移動先
7. サブタスク：本研究ではobject groundingに注目 6 1. 移動 2. Object grounding 4. 物体配置 • スタート→対象物体 • 対象物体→目標領域 入力 自然言語指示文 複数視点画像 出力 候補領域が正解であ る確率の予測値 Object groundingに より特定された場所 への配置 3. 物体把持 Object groundingに より特定された候補 の把持
8. 提案手法 7
9. 提案手法：環境中の撮影画像から対象物体・目標領域候補を作成 8 • 赤，オレンジ三角：撮影地点 • 撮影画像から物体を検出，候補 とする • 対象物体と目標領域の候補ペア を作成，それぞれを評価
10. 言語理解モジュール：複数候補から最適な組を決定 9 ベース：Target-dependent UNITER [Ishikawa+, RA-L21] 入力：複数の対象物体，目標領域の 候補のペア 出力：各ペアが正解のペアであるか についての確率の予測値 予測確率最大を正解候補とする
11. 言語生成モジュール：シミュレーションの自動化 10 対象領域 目標領域 画像中の領域群 … 既存システムでは評価のためのタスクが固定されている 提案手法：言語生成モジュールによる指示文自動生成 CRT [Kambara+, RA-L21] 出力：”Put a toy wooden car on the table” あらかじめ撮影した，対象物体 及び目標領域の画像及びbbox 情報 入力 出力 自然言語指示文 解決策：ランダムな状況に基づくon-the-fly生成 チートが可能
12. 言語生成モジュール：多様な表現を生成可能 11 “Put a red round object in the silver box” “Move a square object from a desk to a chair” “Put a box on the couch” “Move a statue to the coffee table” “Pick up the apple from the table” “Open the fridge door, put the bottle in the fridge, close the door, wait a few seconds, open the fridge, take the bottle out, and close the door” “Heat the brown round object in the box”
13. 人手によるコーディングとは乖離がある一方，学習ベース手法によりルール ベース作成されたタスクの実行に成功 12 手法 Object grounding 精度 [%] 物体把持 成功率 [%] 物体配置 成功率 [%] ルールベース理解 (WRS2018優勝) 92.9 (13/14) 100.0 (13/13) 38.5 (5/13) 提案手法 7.1 (1/14) 100.0 (1/1) 0.0 (0/1) • 文生成はルールベース • 移動タスクについては，全手法で同じであるため省略 • カッコ内は，成功数/試行回数． • 各サブタスクが成功しなかった場合，次のサブタスクは行わない
14. 定性的結果：Object grounding, 物体把持についての成功例 13 生成文： “Go to the bedroom, put a candle in the desk” • 指示文から尤度の高い物体 を選択・把持 • 目標領域：指示文の理解に ついては適切
15. まとめ 14 • 生活支援ロボットにおける，自然言語理解能力は不十分 • Fetch-and-Carry with Object Groundingタスクの提案 • 言語生成・理解モジュールにより，fetch-and-carryタスクについてシステム を自動化 • 言語理解モジュールの性能を各サブタスクを通じ確認