1294.55 Sequence 내부의 Fallback 중첩

1. 중첩 구조의 의미

Sequence 내부에 Fallback을 배치하는 중첩 구조는 “순차적 단계 중 특정 단계에서 여러 대안을 시도“하는 패턴을 구현한다. Sequence의 각 자식이 하나의 단계를 나타내고, 그 중 하나의 단계가 Fallback으로 구성되어 해당 단계의 달성을 위해 여러 방법을 순차적으로 시도한다(Colledanchise & Ogren, 2018).

2. 기본 구조

<Sequence>
    <Action ID="Step1"/>
    <Fallback>
        <Action ID="Step2_MethodA"/>
        <Action ID="Step2_MethodB"/>
        <Action ID="Step2_MethodC"/>
    </Fallback>
    <Action ID="Step3"/>
</Sequence>

이 구조의 실행 흐름:

Step1을 수행한다. 실패하면 Sequence 전체가 FAILURE를 반환한다.
Step1이 성공하면, Step2를 위해 MethodA를 시도한다.
MethodA가 실패하면 MethodB를, MethodB도 실패하면 MethodC를 시도한다.
Fallback이 성공하면(어떤 방법으로든) Step3으로 진행한다.
Fallback이 실패하면(모든 방법 실패) Sequence 전체가 FAILURE를 반환한다.

3. 논리적 해석

이 중첩 구조의 논리적 의미는:

$\text{Step1} \land (\text{Step2\_A} \lor \text{Step2\_B} \lor \text{Step2\_C}) \land \text{Step3}$

AND 연산(Sequence) 내부에 OR 연산(Fallback)이 포함된 복합 논리식이다.

실행 추적 예시

예시 1: 내부 Fallback의 첫 번째 대안 성공

Tick 1:
  Sequence:
    Step1 → SUCCESS
    Fallback:
      Step2_MethodA → SUCCESS    ← 첫 대안 성공
    Step3 → SUCCESS
  → SUCCESS

예시 2: 내부 Fallback의 두 번째 대안 성공

Tick 1:
  Sequence:
    Step1 → SUCCESS
    Fallback:
      Step2_MethodA → FAILURE
      Step2_MethodB → SUCCESS    ← 두 번째 대안 성공
    Step3 → SUCCESS
  → SUCCESS

예시 3: 비동기 대안의 진행

Tick 1:
  Sequence:
    Step1 → SUCCESS
    Fallback:
      Step2_MethodA → FAILURE
      Step2_MethodB → RUNNING    ← 비동기 대안 진행 중
  → RUNNING

Tick 2 (SequenceWithMemory):
  Sequence:
    Fallback (재진입):
      Step2_MethodB → SUCCESS
    Step3 → SUCCESS
  → SUCCESS

예시 4: 내부 Fallback 전체 실패

Tick 1:
  Sequence:
    Step1 → SUCCESS
    Fallback:
      Step2_MethodA → FAILURE
      Step2_MethodB → FAILURE
      Step2_MethodC → FAILURE
    → FAILURE                    ← Fallback 전체 실패
  Sequence → FAILURE             ← 상위 Sequence도 실패

로봇 공학 적용 사례

사례 1: 물체 파지 임무

<Sequence>
    <Action ID="IdentifyObject"/>
    <Fallback>
        <Action ID="TopGrasp"/>
        <Action ID="SideGrasp"/>
        <Action ID="PinchGrasp"/>
    </Fallback>
    <Action ID="LiftObject"/>
    <Action ID="PlaceOnConveyor"/>
</Sequence>

물체를 인식한 후, 위쪽 파지를 먼저 시도하고 실패하면 측면 파지, 그래도 실패하면 핀치 파지를 시도한다. 어떤 방법으로든 파지에 성공하면 들어올리고 컨베이어에 배치한다.

사례 2: 다중 경로 네비게이션

<Sequence>
    <Action ID="LocalizeSelf"/>
    <Fallback>
        <Action ID="NavigateGlobalPath"/>
        <Action ID="NavigateLocalPath"/>
        <Action ID="NavigateByWallFollowing"/>
    </Fallback>
    <Action ID="ReportArrival"/>
</Sequence>

자기 위치를 확인한 후, 글로벌 경로를 우선 시도하고, 실패하면 로컬 경로, 최후에는 벽 추종으로 이동한다.

사례 3: 통신 채널 선택이 포함된 임무

<Sequence>
    <Action ID="CollectData"/>
    <Fallback>
        <Action ID="TransmitViaWifi"/>
        <Action ID="TransmitViaCellular"/>
        <Action ID="StoreLocally"/>
    </Fallback>
    <Action ID="ConfirmTransmission"/>
</Sequence>

다중 단계에서의 Fallback 중첩

여러 단계에 Fallback이 중첩되는 경우도 가능하다.

<Sequence>
    <Fallback>
        <Action ID="Step1_MethodA"/>
        <Action ID="Step1_MethodB"/>
    </Fallback>
    <Fallback>
        <Action ID="Step2_MethodA"/>
        <Action ID="Step2_MethodB"/>
    </Fallback>
    <Action ID="Step3"/>
</Sequence>

이 구조의 논리적 의미는:

$(\text{S1\_A} \lor \text{S1\_B}) \land (\text{S2\_A} \lor \text{S2\_B}) \land \text{S3}$

각 단계에 대해 독립적으로 대안을 탐색하며, 모든 단계가 성공해야 전체가 성공한다.

4. 설계 시 고려사항

4.1 Sequence 변형의 선택

외부 Sequence가 SequenceWithMemory인 경우, Fallback이 성공한 후 다음 Tick에서 Fallback을 건너뛰고 다음 단계로 진행한다. ReactiveSequence인 경우, Fallback이 매 Tick마다 재평가되므로 주의가 필요하다.

4.2 Fallback 변형의 선택

내부 Fallback이 FallbackWithMemory인 경우, 실패한 대안을 건너뛴다. ReactiveFallback인 경우, 더 우선순위가 높은 대안이 가용해지면 전환한다. Sequence 내부의 Fallback은 일반적으로 FallbackWithMemory가 적합하다.

4.3 실패 전파

내부 Fallback의 모든 대안이 실패하면, Fallback이 FAILURE를 반환하고 이것이 외부 Sequence로 전파된다. 이 실패 전파가 의도된 동작인지 확인해야 하며, 필요시 Fallback의 마지막 자식에 항상 SUCCESS를 반환하는 안전 동작을 배치할 수 있다(Faconti, 2022).

참고 문헌

Colledanchise, M., & Ogren, P. (2018). Behavior Trees in Robotics and AI: An Introduction. CRC Press.
Faconti, D. (2022). BehaviorTree.CPP documentation and API reference. https://www.behaviortree.dev/