🔄 第03章：FSM状態設計と遷移戦略

🔄 第03章：FSM状態設計と遷移戦略

本章では、AITL-Hアーキテクチャにおける本能層（Instinct）としてのFSM（有限状態機械）の設計戦略を解説します。
FSMは、LLMからの命令やセンサ入力に応じて行動状態を管理し、PID制御の目標値を動的に切り替えます。

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1. 🧠 FSMの役割とは

• 系の状態（idle, move, avoid, turn）を明確に定義
• 外部イベント（コマンドやセンサ値）に応じた状態遷移
• 各状態で出力（目標速度・角度など）を制御層へ通知

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2. 🧩 状態とイベントの定義（例）

状態	説明	代表出力
idle	停止状態	speed=0
move	直進中	speed=5
avoid	障害物回避	speed=2, angle=30
turn_left	左旋回中	angle=+45
turn_right	右旋回中	angle=-45

イベント（トリガ）	発生源	説明
start	LLM/UART	移動開始指令
stop	LLM/UART	停止指令
obstacle_detected	センサ	距離センサから障害物検出
cleared	センサ	障害物解除
turn_left / turn_right	LLM	自律的旋回命令

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3. 🧾 遷移表と fsm_config.yaml の構造

PoCでは、FSMの構造を外部ファイルで柔軟に記述可能としています：

initial_state: idle
states:
  idle:
    on_event:
      start: move
  move:
    on_event:
      stop: idle
      obstacle_detected: avoid
  avoid:
    on_event:
      cleared: move
  turn_left:
    on_event:
      stop: idle

このように状態とイベントのマッピングを記述し、柔軟な遷移構成が可能です。

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4. 🔧 実行構成との連携（PoC制御ループ）

FSMは fsm_engine.py により制御され、PoCの run_main.py から制御ループ内で呼び出されます：

fsm = FSMEngine(config_path="fsm_config.yaml")

while True:
    command = uart.receive()
    fsm.handle_event(command)
    speed, angle = fsm.get_output()
    pwm = pid.compute(speed, sensor.read())

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5. 🔄 今後の拡張と知能統合

• 状態・遷移構成をLLMが自動生成・修復（自己適応的FSM）
• 状態ごとのPIDゲイン切り替えによる状態依存制御
• 状態遷移の強化学習ベース切り替え（報酬最大化）

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🔚 まとめ

FSMはPoCの「本能層」として、決定的かつ高速な状態制御を担います。
LLM・PIDとの役割分担を踏まえ、PoCではfsm_config.yamlによる構成記述を活用し、動作シナリオに柔軟に対応できる状態設計を目指します。

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図3-1：FSM状態遷移図

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