JP2021070124A - 分散制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】制御対象を制御する分散制御システムにおいて、制御対象に異常が発生した場合にその異常に対処することができる。【解決手段】ロボットに設けられた複数の制御対象を分散制御する分散制御システムであって、前記複数の制御対象のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記制御対象の運転を管理して当該制御対象の異常の有無を示す情報を含む異常ステータスを出力する運転管理部と、前記ロボットの動作モードを制御する動作モード管理部と、前記運転管理部から出力された前記異常ステータスに基づいて前記異常の有無を判定し、前記異常が発生したと判定した場合には、当該異常を対処するための動作モードである異常対処動作モードを前記動作モード管理部に出力する異常管理部と、を備え、前記動作モード管理部は、前記ロボットの動作モードを前記異常対処動作モードに制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、分散制御システムに関する。

下記特許文献１には、移動体に設けられた複数の制御対象（例えば、モータやセンサ等）を分散制御する分散制御システムが開示されている。

特開２０１３−１０１６５号公報

ところで、分散制御システムは、制御対象に異常が発生した場合には、その異常に対処する必要がある。ただし、特許文献１には、分散制御システムにおいて、制御対象に異常が発生した場合にその異常に対処する処理が記載されていない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、制御対象を制御する分散制御システムにおいて、制御対象に異常が発生した場合にその異常に対処することができることである。

（１）本発明の一態様は、ロボットに設けられた複数の制御対象を分散制御する分散制御システムであって、前記複数の制御対象のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記制御対象の運転を管理して当該制御対象の異常の有無を示す情報を含む異常ステータスを出力する運転管理部と、前記ロボットの動作モードを制御する動作モード管理部と、前記運転管理部から出力された前記異常ステータスに基づいて前記異常の有無を判定し、前記異常が発生したと判定した場合には、当該異常を対処するための動作モードである異常対処動作モードを前記動作モード管理部に出力する異常管理部と、を備え、前記動作モード管理部は、前記ロボットの動作モードを前記異常対処動作モードに制御する、ことを特徴とする分散制御システムである。

（２）上記（１）の分散制御システムであって、前記ロボットを現在位置から目標地点までの経路に沿って移動させる自律移動制御部を備え、前記自律移動制御部は、自身の異常の有無を診断する自己診断機能を備え、自己診断機能による異常の有無を示す情報を含む異常ステータスを前記異常管理部に出力してもよい。

（３）上記（１）又は上記（２）の分散制御システムであって、前記異常管理部に出力される前記異常ステータスのすべては、所定のデータ型に統一されてもよい。

（４）上記（１）から上記（３）の分散制御システムであって、前記異常対処動作モードは、前記ロボットの動作を停止させるモードであってもよい。

以上説明したように、本発明によれば、制御対象を制御する分散制御システムにおいて、制御対象に異常が発生した場合にその異常に対処することができる。

本実施形態に係る水中移動ロボット１の概略構成の一例を示す図である。 本実施形態に係る分散制御システム６の異常対処処理の動作を説明する図である。 本実施形態に係る分散制御システム６の変形例を示す図である。

以下、本実施形態に係る分散制御システムを、図面を用いて説明する。

本実施形態に係る分散制御システムは、ロボットに設けられた複数の制御対象（例えば、モータやセンサ等）を分散制御する分散制御システムである。上記ロボットは、産業用ロボットであってもよいし、産業用ロボット以外のロボットであってもよい。例えば、上記ロボットは、水中を移動する水中移動ロボットであってもよい。また、上記ロボットは、土木工事や建築工事に使用されるロボットであってもよく、例えば、重運搬車両、ショベルカー、ブルドーザあるいはクレーン車であってもよい。また、ロボットは、無人航空機であってもよい。なお、上記ロボットは、有人であってもよいし、無人であってもよい。以下の説明では、上記ロボットは、水中移動ロボットである場合について、説明する。

以下に、本実施形態に係る分散制御システムを有する水中移動ロボット１の概略構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る水中移動ロボット１の概略構成の一例を示す図である。

図１に示すように、水中移動ロボット１は、超音波センサ２、慣性センサ３、位置センサ４、モータ５及び分散制御システム６を備える。

超音波センサ２は、送波器及び受波器を有し、送波器から超音波を障害物に向けて発信し、その反射波を受波器で受信することにより、障害物までの距離を計測する。超音波センサ２は、障害物までの計測値Ｓｕを分散制御システム６に出力する。超音波センサ２は、本発明の「制御対象」の一例である。

慣性センサ３は、水中移動ロボット１の位置、速度、姿勢および方位姿勢などを計測するものであり、例えば、慣性計測装置（ＩＭＵ）である。慣性センサ３は、計測値Ｓｉを分散制御システム６に出力する。慣性センサ３は、本発明の「制御対象」の一例である。

位置センサ４は、水中移動ロボット１の位置情報を計測する。例えば、位置センサ４は、音響測位装置（ＵＳＢＬ，ＳＳＢＬ）を用いることで水中移動ロボット１の位置情報を計測する。位置センサ４は、計測値Ｓｐを分散制御システム６に出力する。位置センサ４は、本発明の「制御対象」の一例である。なお、ただし、これに限定されず、位置センサ４は、水中移動ロボット１の位置情報を計測できればよく、例えば、慣性航法装置（ＩＮＳ）を用いてもよいし、ＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）を用いてもよい。

モータ５は、水中移動ロボット１を移動させる駆動源である。なお、モータ５は、水中移動ロボット１の移動方向を制御するアクチュエータを駆動するモータを含んでもよい。モータ５は、モータ５の状態を計測した計測値Ｓｍを分散制御システム６に出力する。ここで、モータ５は、モータの回転に応じたパルス信号を出力するエンコーダを有している。そして、計測値Ｓｍとは、例えば、前記エンコーダから出力されるパルス信号である。ただし、計測値Ｓｍは、エンコーダの出力に限定されず、モータ５の温度であってもよい。モータ５は、本発明の「制御対象」の一例である。

分散制御システム６は、水中移動ロボット１に設けられた複数の制御対象である超音波センサ２、慣性センサ３、位置センサ４及びモータ５を分散制御する。そして、分散制御システム６は、制御対象に異常が発生した場合には、その異常に対処する処理（以下、「異常対処処理」という。）を実行する。

例えば、上記異常の一例としては、モータ５の温度が上昇したなどのハードウェア的な異常やソフトウェアプロセスの処理負荷が大きく遅延が発生したなどのソフトウェア的な異常を想定する。また、本実施形態では、一例として、モータを停止することで異常に対処したとみなす。
以下において、分散制御システム６の構成について、説明する。

分散制御システム６は、タスク管理モジュール１０及び異常管理モジュール２０を備える。なお、異常管理モジュール２０は、本発明の「異常管理部」の一例である。

タスク管理モジュール１０は、水中移動ロボット１の制御を管理する。タスク管理モジュール１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit)又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）などのプロセッサ及び不揮発性又は揮発性の半導体メモリ（例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory））を備えてもよい。例えば、タスク管理モジュール１０は、ＭＣＵなどのマイクロコントローラであってもよい。

タスク管理モジュール１０は、複数の運転管理部１１（運転管理部１１−１〜１１−４）、環境認識部１２、状態量推定部１３、経路計画部１４、経路追従部１５及び動作モード管理部１６を備える。なお、環境認識部１２、状態量推定部１３、経路計画部１４、経路追従部１５及び動作モード管理部１６は、本発明の「自律移動制御部」の一例である。

なお、複数の運転管理部１１（運転管理部１１−１〜１１−４）、環境認識部１２、状態量推定部１３、経路計画部１４、経路追従部１５及び動作モード管理部１６は、それぞれ別々のハードウェアであってもよいし、一つのハードウェアにおける各ソフトウェアプロセスに相当するものであってもよい。

運転管理部１１は、複数の制御対象のそれぞれに１対１で対応して設けられ、その対応する制御対象の運転を管理する。各運転管理部１１は、対応する制御対象の計測値を受信し、その計測値に基づいて、当該制御対象の異常の有無を判定する。そして、各運転管理部１１は、その判定結果（異常の有無）を示す情報（以下、「異常有無情報」という。）を含む異常ステータスを出力する。異常ステータスは、計測値を取得した時間の情報を含んでもよい。例えば、異常ステータスは、時間(例えば、３２ビット符号なし整数)及び異常の有無（bool型の８ビット符号なし整数（False：異常なし，True：異常あり）)が含まれたデータであってもよい。ここで、各運転管理部１１−１〜１１−４から送信される異常ステータスは、すべて同一のデータ型である。なお、運転管理部１１は、自身の異常を診断する自己診断機能を有してもよい。そして、運転管理部１１は、自己診断の結果、異常がある診断した場合には、異常有無情報がTrueである異常ステータスを出力してもよい。

運転管理部１１−１は、超音波センサ２に接続されている。運転管理部１１−１は、超音波センサ２にコマンドを送信することで、超音波センサ２から計測値Ｓｕを受信する。ここで、超音波センサ２と運転管理部１１−１との通信が確立していれば、超音波センサ２は、コマンドの受信によらず、計測値Ｓｕを運転管理部１１−１に送信するものもある。このような場合には、運転管理部１１−１は、コマンドを送信する必要はなく、超音波センサ２から計測値Ｓｕを受信する。
運転管理部１１−１は、計測値Ｓｕを環境認識部１２に出力する。また、運転管理部１１−１は、計測値Ｓｕに基づいて超音波センサ２の異常の有無を定期的に判定し、その判定結果の情報である異常有無情報を含む異常ステータスを異常管理モジュール２０に出力する。

運転管理部１１−２は、慣性センサ３に接続されている。運転管理部１１−２は、慣性センサ３にコマンドを送信することで、慣性センサ３から計測値Ｓｉを受信する。ここで、慣性センサ３と運転管理部１１−２との通信が確立していれば、慣性センサ３は、コマンドの受信によらず、計測値Ｓｉを運転管理部１１−２に送信するものもある。このような場合には、運転管理部１１−２は、コマンドを送信する必要はなく、慣性センサ３から計測値Ｓｉを受信する。運転管理部１１−２は、計測値Ｓｉを状態量推定部１３に出力する。また、運転管理部１１−２は、計測値Ｓｉに基づいて慣性センサ３の異常の有無を定期的に判定し、その判定結果の情報である異常有無情報を含む異常ステータスを異常管理モジュール２０に出力する。例えば、運転管理部１１−２は、慣性センサ３の状態(計測エラーや温度上昇等)を定期的に監視し、慣性センサ３に異常がないかをチェックする。

運転管理部１１−３は、位置センサ４に接続されている。運転管理部１１−３は、位置センサ４にコマンドを送信することで、位置センサ４から計測値Ｓｐを受信する。ここで、位置センサ４と運転管理部１１−３との通信が確立していれば、位置センサ４は、コマンドの受信によらず、計測値Ｓｐを運転管理部１１−３に送信するものもある。このような場合には、運転管理部１１−３は、コマンドを送信する必要はなく、位置センサ４から計測値Ｓｐを受信する。運転管理部１１−３は、計測値Ｓｐを状態量推定部１３に出力する。また、運転管理部１１−３は、計測値Ｓｐに基づいて位置センサ４の異常の有無を定期的に判定し、その判定結果の情報である異常有無情報を含む異常ステータスを異常管理モジュール２０に出力する。

運転管理部１１−４は、モータ５に接続されている。運転管理部１１−４は、モータ５にコマンドを送信することで、モータ５から計測値Ｓｍを受信する。ここで、モータ５と運転管理部１１−４との通信が確立していれば、モータ５は、コマンドの受信によらず、計測値Ｓｍを運転管理部１１−４に送信するものもある。このような場合には、運転管理部１１−４は、コマンドを送信する必要はなく、モータ５から計測値Ｓｍを受信する。運転管理部１１−４は、計測値Ｓｍに基づいてモータ５の異常の有無を定期的に判定し、その判定結果の情報である異常有無情報を含む異常ステータスを異常管理モジュール２０に出力する。
また、運転管理部１１−４は、経路追従部１５による制御に基づいて、モータ５を駆動させる。

環境認識部１２は、運転管理部１１−１からの計測値Ｓｕに基づいて、水中移動ロボット１を基準として障害物の位置を取得する。そして、環境認識部１２は、取得した障害物の位置を示す情報（以下、「障害物情報」という。）を経路計画部１４に出力する。

状態量推定部１３は、運転管理部１１−２から計測値Ｓｉを取得する。また、状態量推定部１３は、運転管理部１１−３から計測値Ｓｐを取得する。そして、状態量推定部１３は、計測値Ｓｉ及び計測値Ｓｐに基づいて、水中移動ロボット１の現在の状態量(位置・姿勢、速度、角速度)を推定する。なお、状態量推定部１３は、公知のカルマンフィルタ等を用いて、前記状態量の推定を行ってもよい。状態量推定部１３は、推定した水中移動ロボット１の現在の状態量（以下、「現在状態量」という。）を経路追従部１５に出力する。

経路計画部１４は、現在位置又はスタート地点から目標地点までの経路（以下、「移動経路」という。）を水中移動ロボット１が自律移動する際の状態量（以下、「目標状態量」）を求める。一例として、経路計画部１４は、障害物情報に基づいて障害物の位置を認識し、その障害物を回避するような移動経路を求める。そして、経路計画部１４は、その移動経路を走行する際の水中移動ロボット１の目標状態量（目標位置及び目標姿勢）を求める。なお、移動経路を求めるにあたって、予め通過点（ウェイポイント）が設定されてもよい。また、経路計画部１４は、ダイクストラ法やＡ＊探索等を用いて移動経路を生成してもよい。経路計画部１４は、目標状態量を経路追従部１５に出力する。

経路追従部１５は、水中移動ロボット１の自律移動時において、状態量推定部１３が推定した現在状態量が水中移動ロボット１の目標状態量に追従するような指令値を算出する。そして、経路追従部１５は、その指令値を運転管理部１１−４に出力する。運転管理部１１−４は、指令値に基づいてモータ５を駆動させる。これにより、水中移動ロボット１は、現在状態量が目標状態量に追従するように水中を移動することができる。なお、現在状態量が目標状態量に追従する経路追従制御には、pure pursuitアルゴリズムやモデル予測制御などの制御手法が用いられてもよい。

動作モード管理部１６は、水中移動ロボット１の動作モードを制御する。一例として、動作モードは、自律移動モードと緊急停止モードとを有する。動作モード管理部１６は、水中移動ロボット１の動作モードを、自律移動モード又は緊急停止モードに切り替える機能を有している。自律移動モードとは、現在状態量が目標状態量に追従するように水中移動ロボット１が自律移動するモードである。緊急停止モードとは、水中移動ロボット１の自律移動を停止して自律移動を禁止するモードである。動作モード管理部１６は、切り替えた動作モードで動作させる指令（以下、「動作モード指令」という。）を運転管理部１１−４に出力する。運転管理部１１−４は、動作モード指令が自律移動モードを示すものである場合には経路追従制御を実行し、動作モード指令が緊急停止モードを示すものである場合にはモータ５の駆動を停止させて経路追従制御を禁止する。

次に、本実施形態に係る異常管理モジュール２０について、説明する。
異常管理モジュール２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit)又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）などのプロセッサ及び不揮発性又は揮発性の半導体メモリ（例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory））を備えてもよい。例えば、異常管理モジュール２０は、ＭＣＵなどのマイクロコントローラであってもよい。

異常管理モジュール２０は、タスク管理モジュール１０とは異なるハードウェアによって構成されてもよい。なお、異常管理モジュール２０とタスク管理モジュール１０とが同一のハードウェアによって構成される場合には、異常管理モジュール２０は、ソフトウェアプロセスであってもよい。

異常管理モジュール２０は、異常ステータス収集部２１及び異常状態管理部２２を備える。

異常ステータス収集部２１は、運転管理部１１−１〜１１−４のそれぞれと接続されている。異常ステータス収集部２１は、運転管理部１１−１〜１１−４のそれぞれと同一の通信方式で通信する。この通信は、ＬＡＮ通信でもよいし、シリアル通信であってもよい。さらに、異常ステータス収集部２１に入力される異常ステータスのデータ型は、所定のデータ型でなければならない。本実施形態では、運転管理部１１−１〜１１−４から異常ステータス収集部２１に送信される各異常ステータスは、bool型であり、異常がある場合にはTrueであり、異常がない場合にはFalseとなるように、すべて統一されている。

異常ステータス収集部２１は、運転管理部１１−１〜１１−４から送られてくる各異常ステータスを収集する。そして、異常ステータス収集部２１は、収集した各異常ステータスを異常状態管理部２２に送信する。なお、異常ステータス収集部２１は、重複する異常ステータスを無視する等の処理を行って、必要最低限の異常ステータスのみを異常状態管理部へ送信してもよい。

異常状態管理部２２は、制御対象の異常を管理する、例えばステートマシンである。異常状態管理部２２は、異常ステータス収集部２１から送られてくる異常ステータスに基づいて、制御対象や分散制御システム６に異常が発生しているか否かを判定する異常判定処理を実行する。そして、異常状態管理部２２は、異常判定処理において異常が発生していると判定した場合には、当該異常を対処するための動作モード（以下、「異常対処動作モード」という。）を示す情報を動作モード管理部１６に出力する。ここで、異常対処動作モードは、例えば、緊急停止モードである。動作モード管理部１６は、水中移動ロボット１の動作モードを、異常状態管理部２２から送られてきた緊急停止モードに制御する。

異常状態管理部２２は、異常判定処理において、異常ステータス収集部２１から送られてくる異常ステータスのうち、一つでもTrue（異常がある）を有する異常ステータスがあれば、異常が発生していると判定してもよい。また、異常状態管理部２２は、異常判定処理において、異常ステータス収集部２１から送られた異常ステータスのうち、複数の異常ステータスがTrue（異常がある）を有していれば、異常が発生していると判定してもよい。さらに、異常状態管理部２２は、異常判定処理において、モータ５や超音波センサ２などの水中移動ロボット１の移動に必要不可欠な制御対象に対応する運転管理部１１からの異常ステータスがTrue（異常がある）を有していれば、異常が発生していると判定してもよい。なお、異常状態管理部２２は、異常判定処理において、異常があると判定した場合には、異常が発生していることを示す異常有り情報を動作モード管理部１６に送信してもよい。

次に、本実施形態に係る分散制御システム６の異常対処処理の動作について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る分散制御システム６の異常対処処理の動作を説明する図である。

分散制御システム６のタスク管理モジュール１０は、制御対象に異常が発生していない場合には、水中移動ロボット１を自律移動モードに遷移させて、現在位置から目標地点へと移動している。すなわち、タスク管理モジュール１０は、水中移動ロボット１を現在位置から目標地点までの経路に沿って移動させる。タスク管理モジュール１０の各運転管理部１１−１〜１１−４は、対応する制御対象に異常が発生しているか否かを判定し、その判定結果を有する異常ステータスを定期的に異常管理モジュール２０に送信している（ステップＳ１０１）。

異常管理モジュール２０は、各運転管理部１１−１〜１１−４から異常ステータスを取得し（ステップＳ１０２）、その異常ステータスに基づいて、異常が発生している否かを判定する異常判定処理を実行する（ステップＳ１０３）。
異常管理モジュール２０は、異常判定処理の結果、異常が発生していると判定した場合には、異常が発生したことを示す異常有り情報と、異常時の動作モード（異常対処動作モード）である緊急停止モードと、を通知する（ステップＳ１０４）。一方、異常管理モジュール２０は、異常判定処理の結果、異常が発生していないと判定した場合には、ステップＳ１０２に戻り、新たに得られた異常ステータスに基づいて異常判定処理を実行することになる。

タスク管理モジュール１０の動作モード管理部１６は、異常管理モジュール２０から異常が発生したことを示す異常有り情報と、異常時の動作モード（異常対処動作モード）である緊急停止モードと、の通知を受け取ると、現在の水中移動ロボット１の動作モードを緊急停止モードに切り替える（ステップＳ１０５）。水中移動ロボット１の動作モードが緊急停止モードに切り替えられると、運転管理部１１−４は、モータ５の駆動を停止させて経路追従制御を禁止する（Ｓ１０６）。

これにより、制御対象を制御する分散制御システム６において、制御対象に異常が発生した場合にその異常に対処することができる。

なお、制御対象が異常から復旧した場合には、その制御対象を管理する運転管理部１１から送信される異常ステータスは、異常の有無が「False」になる。よって、異常管理モジュール２０は、異常判定処理において、異常が発生していないとして、異常有り情報の通知を停止するとともに、復旧後の動作モード（例えば、自律移動モード）を動作モード管理部１６に通知する。これにより、タスク管理モジュール１０は、制御対象が異常から復旧した場合には、緊急停止モードから自律移動モードに切り替えることができ、自律移動モードを再開することができる。
なお、制御対象が異常から復旧させる処理は、分散制御システム６が自律的に行ってもよいし、ユーザが介入してもよい。例えば、ユーザは、異常から復旧させる処理を行ってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

（変形例１）水中移動ロボット１の動作モードは、自律移動モード及び緊急停止モードの他に、浮上モードを有してもよい。そして、異常状態管理部２２は、異常対処動作モードとして、浮上モードを動作モード管理部１６に通知してもよい。動作モード管理部１６は、異常状態管理部２２から異常有り情報と浮上モードとの通知を受け取ると、現在の水中移動ロボット１の動作モードを浮上モードに切り替える。これにより、水中移動ロボット１は、自律移動を停止して水中から水面に浮上する。

（変形例２）上記異常ステータスは、異常のレベル(重篤度)に応じて異常の種類を示す情報を有してもよい。そして、異常状態管理部２２は、異常判定処理にて異常が発生していると判定した場合において、水中移動ロボット１の複数の動作モードの中から、異常の種類に応じて異常対処動作モードを選定してもよい。例えば、異常状態管理部２２は、異常の種類が「１」である場合には異常対処動作モードを緊急停止モードに移行させ、異常の種類が「２」である場合には異常対処動作モードを浮上モードに移行させる。例えば、制御対象がモータ５である運転管理部１１−４が出力する異常ステータスを例にとると、運転管理部１１−４の処理負荷が増大して遅延が発生した場合などのソフトウェアの異常が発生した場合には異常の種類「１」とし、モータ５がそもそも動いていないなどのハードウェアの異常が発生した場合には異常の種類「２」とする。
ここで、異常状態管理部２２は、異常の有無がTrueである異常ステータスを複数取得した場合には、その異常ステータス中で、異常度が最も高い異常の種類に応じた異常対処動作モードを選定してもよい。例えば、ハードウェアの異常は、ソフトウェアの異常よりも異常度が高い。

（変形例３）タスク管理モジュール１０及び異常管理モジュール２０は、１つのハードウェアで動作してもよいし、別々のハードウェアで動作してもよい。別ハードウェアで動作させるときはＮＴＰ（Network Time Protocol）やＰＴＰ（Precision Time Protocol）を使って時刻を同期しておくことが望ましい。さらに、運転管理部１１と動作モード管理部１６とが別々のハードウェアで動作してもよい。異常管理モジュール２０、運転管理部１１及び動作モード管理部１６のそれぞれが別々のハードウェアで動作してもよい。それぞれ別ハードウェアで動作させるときはＮＴＰやＰＴＰを使ってすべてのハードウェアにおいて時刻を同期しておくことが望ましい。

（変形例４）異常管理モジュール２０は、取得した異常ステータスのログを保存してもよい。

（変形例５）異常ステータスは、運転管理部１１を識別する識別情報(ASCII文字列)、異常の種類(ASCII文字列)、異常の概要(ASCII文字列)を全て、又は少なくとも１つ以上を異常の有無の情報に加えて更に有してもよい。

（変形例６）分散制御システム６は、水中移動ロボット１の動作モードの数には限定されず、異常対処動作モードとして選択可能なモードが複数あってもよい。異常対処動作モードとして選択可能なモードとして、緊急停止モード、浮上モード、減速モードなどを有してもよい。この場合には、異常管理モジュール２０は、異常の種類と、その異常の種類に対応する異常対処動作モードとを関連付けたテーブルを有しており、異常判定処理において異常と判定した当該異常の種類に対応する異常対処動作モードを上記テーブルから選択して、その選択した異常対処動作モードを動作モード管理部１６に通知してもよい。

（変形例７）異常管理モジュール２０は、図３に示すように、タスク管理モジュール１０の各機能部（例えば、ソフトウェアプロセス）のそれぞれについて通信を行い、それぞれから異常ステータスを収集してもよい。この場合には、運転管理部１１、環境認識部１２、状態量推定部１３、経路計画部１４、経路追従部１５及び動作モード管理部１６のそれぞれは、自身に異常があるか否かを定期的に診断する自己診断機能を有している。例えば、状態量推定部１３は、推定アルゴリズムが発散していないかを定期的にチェックし、発散していれば、異常があるとして、異常の有無がTrueである異常ステータスを出力する。

（変形例８）水中移動ロボット１は、１つのモータ５を備えているが、これに限定されず、２つ以上のモータ５を備えてもよい。その場合には、そのモータ５のそれぞれに対応して運転管理部１１が設けられる。

以上、説明したように、本実施形態に係る分散制御システム６は、複数の制御対象のそれぞれに対応して設けられ、対応する制御対象の運転を管理して当該制御対象の異常の有無を示す情報を含む異常ステータスを出力する運転管理部１１を備える。また、分散制御システム６は、水中移動ロボット１の動作モードを制御する動作モード管理部１６を備える。また、分散制御システム６は、運転管理部１１から出力された異常ステータスに基づいて異常の有無を判定し、異常が発生したと判定した場合には、当該異常を対処するための動作モードである異常対処動作モードを動作モード管理部に出力する異常管理モジュール２０と、を備える。そして、動作モード管理部１６は、異常管理モジュール２０から異常対処動作モードを受け取ると、水中移動ロボット１の動作モードを異常対処動作モードに制御する。

このような構成によれば、制御対象を制御する分散制御システム６において、制御対象に異常が発生した場合にその異常に対処することができる。

さらに、本実施形態に係る分散制御システム６は、分散制御システム６の一部を変更するだけで、異常対処処理を追加、変更又は削除可能である（例えば、下記（ａ）〜（ｄ））。

（ａ）ロボットが水中移動ロボット１ではなく、陸上を移動する移動ロボットである場合に、超音波センサ２をＬｉＤＡＲ（レーザレーダ）に変更したとする。この場合には、運転管理部１１−１をＬｉＤＡＲの運転管理部１１に変更するだけで、異常ステータスや環境認識部１２には変更の必要がない。
（ｂ）水中移動ロボット１にカメラを追加して環境認識精度を向上させるとする。この場合には、カメラと、そのカメラの運転を管理する運転管理部１１を追加する。また、環境認識部１２の中で動作しているロジックを修正する。例えば、環境認識部１２は、ＬｉＤＡＲ（レーザレーダ）だけだとユークリディアンクラスタリングといった手法で物体検出できるが、上記カメラの画像を使った認識の場合には、ディープラーニングの技術を用いて物体検出する。これらの２つのセンサや手法で得た物体情報をフュージョンさせてより高い精度で移動ロボットの周囲環境を認識できるようになる。異常対処処理については、カメラの追加によって異常ステータスが１つ増えることになるが、そのほかには影響がなく、異常管理モジュール２０は、異常ステータスが増える以外には何も変更する必要はない。
（ｃ）経路追従のアルゴリズムを変更する場合には、経路追従部１５の追従制御のプロセスをすべて入れ替える。たとえば、経路追従部１５の追従制御としてpure pursuitが実装されたプロセスをモデル予測制御が実装されたプロセスに入れ替える。この場合において、追従制御のプロセスを変更する場合であっても、異常対処処理に係るプロセス（異常ステータスや異常管理モジュール２０の機能）は、何も変更することがない。
（ｄ）状態量推定部１３における状態量推定のアルゴリズムを変更する場合には、その状態量推定のプロセスをすべて入れ替える。たとえば、拡張カルマンフィルタが実装されたプロセスをパーティクルフィルタやＳＬＡＭが実装されたプロセスに入れ替える。この場合において、異常対処処理に係るプロセス（異常ステータスや異常管理モジュール２０の機能）は、何も変更することがない。
（ｅ）経路計画部１４における目標状態量を求めるアルゴリズムを変更する場合には、その目標状態量を求めるプロセスをすべて入れ替える。たとえば、ダイクストラが実装されたプロセスをＡ＊探索が実装されたプロセスに入れ替える。この場合において、異常対処処理に係るプロセス（異常ステータスや異常管理モジュール２０の機能）は、何も変更することがない。

なお、上述した異常管理モジュール２０の全部または一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。この場合、上記コンピュータは、ＣＰＵ、ＧＰＵなどのプロセッサ及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えてもよい。そして、上記異常管理モジュール２０の全部または一部の機能をコンピュータで実現するためのプログラムを上記コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムを上記プロセッサに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。ここで、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

１ 水中移動ロボット
６ 分散制御システム
１０ タスク管理モジュール
１１ 運転管理部
１６ 動作モード管理部
２０ 異常管理モジュール

Claims (4)

1. ロボットに設けられた複数の制御対象を分散制御する分散制御システムであって、
   前記複数の制御対象のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記制御対象の運転を管理して当該制御対象の異常の有無を示す情報を含む異常ステータスを出力する運転管理部と、
   前記ロボットの動作モードを制御する動作モード管理部と、
   前記運転管理部から出力された前記異常ステータスに基づいて前記異常の有無を判定し、前記異常が発生したと判定した場合には、当該異常を対処するための動作モードである異常対処動作モードを前記動作モード管理部に出力する異常管理部と、
   を備え、
   前記動作モード管理部は、前記ロボットの動作モードを前記異常対処動作モードに制御する、
   ことを特徴とする分散制御システム。
2. 前記ロボットを現在位置から目標地点までの経路に沿って移動させる自律移動制御部を備え、
   前記自律移動制御部は、自身の異常の有無を診断する自己診断機能を備え、自己診断機能による異常の有無を示す情報を含む異常ステータスを前記異常管理部に出力する、
   請求項１に記載の分散制御システム。
3. 前記異常管理部に出力される前記異常ステータスのすべては、所定のデータ型に統一されている、
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の分散制御システム。
4. 前記異常対処動作モードは、前記ロボットの動作を停止させるモードである、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の分散制御システム。

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