「制御ソフト」におけるタスクに応じたアーキテクチャ設計と開発プロセス
サービスロボットのソフトウェアは、単なる制御プログラムに留まらず、AI、センサーフュージョン、リアルタイム処理、人とのインタラクションなど多岐にわたる技術要素を考慮する必要があります。
リアルタイム性と応答性能の確保:タスク実行の信頼性を高めるために
サービスロボットが人間と安全かつスムーズに協調したり、刻々と変化する環境に対応したりするためには、制御ソフトのリアルタイム性と応答性能が重要です。センサーからの入力情報を遅延なく処理し、アクチュエータへ正確な指示を出すための設計が求められます。例えば、人との接触を検知して瞬時に動作を停止させる安全機能や、障害物を回避しながら目標地点へ移動するナビゲーションでは、マイクロ秒単位での応答性が要求されることもあります。このため、タスクの優先度に基づいたスケジューリング、割り込み処理の最適化、そして適切なRTOS(リアルタイムオペレーティングシステム)の選定(例:ROS 2のリアルタイム対応、FreeRTOS、VxWorksなど)が不可欠です。
処理遅延が致命的な事故やタスク失敗に繋がることを常に意識し、最悪応答時間(最も応答に時間がかかる、最大時間)を保証できる設計を目指す必要があります。開発・設計において、以下のようなノウハウや経験が必要となります。
- クリティカルな処理のハードリアルタイム化とタスクの優先度設計
- 責務の分離。低レベル制御と高レベル知能処理のハイブリッドアーキテクチャ
- ノンブロッキング処理と非同期プログラミングの徹底
- 決定論的な通信の確保とQoS(Quality of Service)の活用
アジャイル開発と継続的インテグレーション/デリバリー(CI/CD)による高品質・迅速な開発
サービスロボットの開発は、要求が初期段階で完全に固まりにくい探索的な要素を含むことが多く、また市場投入までのスピードも重要視されます。このような特性に対応するため、短いサイクルで開発とテストを繰り返す「アジャイル開発」手法が適しています。また、ソフトウェアの変更を頻繁にビルドし、自動テストを実行し、問題があれば早期にフィードバックするCI(継続的インテグレーション)と、テスト済みのソフトウェアを迅速かつ確実にリリースできる環境にデプロイするCD(継続的デリバリー)のパイプラインを構築することで、品質向上と開発効率化につながります。
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