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AIDB Daily Papers

生産現場における人とロボットのタスク計画・割り当てのための効率的な強化学習を用いた階層型空間認識アルゴリズム

原題: A hierarchical spatial-aware algorithm with efficient reinforcement learning for human-robot task planning and allocation in production
著者: Jintao Xue, Xiao Li, Nianmin Zhang
公開日: 2026-04-14 | 分野: 強化学習 ロボティクス 最適化 自動化 シミュレーション タスク 空間 深層学習 ヒューマンコンピュータインタラクション アルゴリズム 人工知能 プランニング 製造 生産

※ 日本語タイトル・ポイントはAIによる自動生成です。正確な内容は原論文をご確認ください。

ポイント

  • 人とロボットが協働する生産システムにおいて、効率的なタスク計画・割り当て(TPA)を実現する手法を提案した。
  • 人間の位置や移動距離などの空間情報を考慮したリアルタイムな階層型TPAアルゴリズムが、複雑な生産環境で重要となる。
  • 提案手法EBQ&SAPは、3Dシミュレータでの実験で、複雑かつ動的な生産プロセスにおけるTPA問題に有効であることが示された。

Abstract

In advanced manufacturing systems, humans and robots collaborate to conduct the production process. Effective task planning and allocation (TPA) is crucial for achieving high production efficiency, yet it remains challenging in complex and dynamic manufacturing environments. The dynamic nature of humans and robots, particularly the need to consider spatial information (e.g., humans' real-time position and the distance they need to move to complete a task), substantially complicates TPA. To address the above challenges, we decompose production tasks into manageable subtasks. We then implement a real-time hierarchical human-robot TPA algorithm, including a high-level agent for task planning and a low-level agent for task allocation. For the high-level agent, we propose an efficient buffer-based deep Q-learning method (EBQ), which reduces training time and enhances performance in production problems with long-term and sparse reward challenges. For the low-level agent, a path planning-based spatially aware method (SAP) is designed to allocate tasks to the appropriate human-robot resources, thereby achieving the corresponding sequential subtasks. We conducted experiments on a complex real-time production process in a 3D simulator. The results demonstrate that our proposed EBQ&SAP method effectively addresses human-robot TPA problems in complex and dynamic production processes.

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