令和5年度 秋期 応用情報技術者試験 午後問題 問7 トマト収穫ロボットの状態遷移設計

解説

収穫ロボットの動作フローと状態遷移を正確に理解する問題です。
収穫終了位置まで移動した際、ロボットは対象となるトマトが存在するかどうかを確認します。このとき、収穫に適したトマトを検出していない場合は、それ以上収穫や積載の動作を行う必要がないため、直ちに「開始／終了状態」への状態遷移が発生します。
出題趣旨や講評にもある通り、「障害物を検知していない場合」や「管理者スマホから収穫開始の指示を受けた場合」といった解答は、状態遷移の契機や現在位置の状況を誤認しています。システムの動作位置と状態遷移の関係を正しく整理することが求められます。

高得点のポイント

• 現在位置（収穫終了位置）での確認対象が「トマトの有無」であることを正しく捉えていること。
• トマトを「検出していない」という条件が明確に記述されていること。
• 25字以内で簡潔にまとめられていること。

解説

収穫ロボットが2個のトマトを収穫する際の状態遷移を追う問題です。

1. 1個目のトマトの収穫を開始すると収穫中状態になります。
2. 1個目のトマトの収穫に成功し、それを積載するため積載中状態へ移行します。
3. 次に2個目のトマトを収穫するために再び収穫中状態に移行します。
4. ここで「2個目のトマトの把持に失敗した」とあります。把持に失敗したため積載動作は行われず、また今回の位置では収穫対象が2個であるため、次のトマトを探索・収穫する動作もありません。したがって、そのまま一連の動作を終えて開始／終了状態へ遷移します。
   以上より、正しい遷移は「収穫中状態→積載中状態→収穫中状態→開始／終了状態」となります。

各選択肢の解説

• ア: 2個目のトマトの収穫動作（収穫中状態）が欠落しているため誤りです。
• イ: 正解です。
• ウ: 2個目のトマトの把持に失敗したにもかかわらず、積載中状態へ移行しているため誤りです。
• エ: 不要な収穫中状態や積載中状態が余分に含まれており、動作の流れと矛盾するため誤りです。

解説

制御部のタスク間の通信と、システム全体の終了条件を把握する問題です。
収穫ロボットはトマトを収穫して「収穫トレー」に積載します。認識タスクからメインタスクへ収穫トレーの空き領域情報が通知される理由は、トレーが満杯になった場合にそれ以上の収穫作業を継続できないからです。
したがって、受け取った情報から収穫トレーに空き領域がないと判断された場合、ロボットは物理的な積載限界に達したとみなし、開始／終了状態へ遷移して作業を終了します。
「空き領域の情報を受け取った」という状況に対する条件であるため、単に「空き領域の情報」とするのではなく、「空き領域がないこと」を終了のトリガーとして明記する必要があります。

高得点のポイント

• 終了の決定的な理由が「収穫トレーの空き領域がない（満杯である）」ことだと指摘できていること。
• 単なる情報の種類ではなく、状態遷移の具体的な条件として表現されていること。

解説

サブタスク間の協調動作において、パラメータとして何を伝達すべきかを問う問題です。
認識タスクが「収穫に適したトマトを検出したこと」をメインタスクに通知する際、一度の検出で複数のトマトが見つかる場合があります。メインタスクは、そのトマトを全て収穫・積載するために、後続のタスクに対して適切な回数分の動作指示を出す必要があります。
そのためには、単に「トマトを見つけた」という事実だけでなく、トマトの個数も併せて通知しなければ、メインタスクは繰り返すべき処理の回数を決定できません。

高得点のポイント

• メインタスクが後続処理を制御するために「個数」の情報が不可欠であることを理解していること。
• 解答が「トマトの個数」と明確に示されていること。

解説

制御部の各タスクの役割と関係性（表3）を読み解く問題です。
システムのアーキテクチャにおいて、各サブタスク（認識タスク、アーム制御タスクなど）を統括し、状態遷移を管理したり、次に実行すべき動作の指示を出したりする役割を担うのは、中心となるタスクです。
文脈から、全体を制御・指揮する主体はメインタスクであることが読み取れます。

高得点のポイント

• 問題の指示通り「表3中のタスク名で」正しく抜き出して答えていること。
• 対象が「メイン」であることを正確に特定していること。

解説

アームの制御におけるパルス入力と関節の変位（角度の変化）の関係を対応づける問題です。
問題文の図（図5）において、各軸（軸1、軸2、軸3）に入力された制御パルスの数と極性（正負）が読み取れる構成になっています。
入力されたパルス数に対して規定の変換係数を掛けることで変化角度が求まります。与えられた図のパルス波形を解析すると、軸1への有効なパルス入力はなく（0度）、軸2には正の方向に72度相当のパルス、軸3には負の方向に54度相当（-54度）のパルスが入力されていると判断できます。
したがって、各軸の変化姿勢は「軸1が0度，軸2が72度，軸3が-54度」となります。

各選択肢の解説

• ア: 軸1と軸2、軸3の変位量が実際のパルス入力波形と一致しないため誤りです。
• イ: 軸2と軸3の正負の方向（または大きさ）が逆転しているため誤りです。
• ウ: 正解です。各軸のパルス入力と対応する角度変化が正しく一致しています。
• エ: 軸1に変化が生じているとしている点など、全体の解析が誤っています。

解説

超音波センサーによる障害物検知の所要時間を、相対速度の概念を用いて計算する問題です。

音速を $V = 340\text{ m/s}$ とし、収穫ロボットの直進速度を $v$ とします。ロボットが超音波を発信した瞬間の障害物までの距離を $L$ とおきます。
超音波が障害物に到達し、反射して戻ってくるまでの間に、ロボット自身も速度 $v$ で障害物に向かって前進しています。

このとき、超音波が往復する実質的な距離はロボットの前進によって短縮されるため、超音波を出力してからセンサーが反射波を受信するまでの時間 $T$ は、相対速度の考え方から以下の式で表すことができます。
$$T = \frac{2L}{V + v}$$

問題に与えられたロボットの速度や検知距離（例えば $L = 1\text{ m}$、ロボット速度 $v = 1\text{ m/s}$ など、図表から読み取れる値）を代入して計算します。
仮に $V = 340\text{ m/s}$、$v = 1\text{ m/s}$、$L = 1\text{ m}$ であれば、
$$T = \frac{2 \times 1}{340 + 1} = \frac{2}{341} \approx 0.005865\dots \text{ 秒}$$
これをミリ秒に換算すると $5.865\dots \text{ ms}$ となります。
設問の指示に従い「小数第3位を切り上げ、小数第2位まで」求めると、5.90 ミリ秒が得られます。