1294.65 안전 조건이 선행하는 ReactiveSequence 패턴

1. 패턴의 정의

안전 조건이 선행하는 ReactiveSequence 패턴은 ReactiveSequence의 앞쪽 자식에 안전 관련 조건 노드를 배치하여, 비동기 액션이 RUNNING 상태에서 진행되는 동안에도 안전 조건이 매 Tick마다 재검사되는 구조이다. 안전 조건이 FAILURE를 반환하면, 진행 중인 모든 작업이 즉시 Halt된다. 이 패턴은 안전 우선 패턴의 구체적 구현 형태이다(Colledanchise & Ogren, 2018).

2. SequenceWithMemory와의 차이

2.1 SequenceWithMemory (안전 위험)

<Sequence>    <!-- WithMemory -->
    <Condition ID="IsSafe"/>
    <Action ID="PerformTask"/>
</Sequence>

Tick 1: IsSafe→S, PerformTask→R (idx=1)
Tick 2: PerformTask→R            (IsSafe 건너뜀 — 위험!)
Tick 3: PerformTask→R            (안전 상태 변화 미감지)

SequenceWithMemory는 IsSafe가 한 번 SUCCESS를 반환한 후 건너뛰므로, 이후 안전 상태가 변하더라도 감지하지 못한다.

2.2 ReactiveSequence (안전 보장)

<ReactiveSequence>
    <Condition ID="IsSafe"/>
    <Action ID="PerformTask"/>
</ReactiveSequence>

Tick 1: IsSafe→S, PerformTask→R
Tick 2: IsSafe→S, PerformTask→R (매 Tick 안전 재확인)
Tick 3: IsSafe→F                 (안전 위반 즉시 감지)
        PerformTask→Halt
        → FAILURE

ReactiveSequence는 매 Tick마다 IsSafe를 재평가하므로, 안전 위반을 즉시 감지하고 작업을 중단한다.

3. 다중 안전 조건의 배치

3.1 우선순위 기반 안전 조건 체인

<ReactiveSequence>
    <!-- 최우선 안전 조건 -->
    <Condition ID="IsEmergencyStopNotPressed"/>
    <!-- 2순위 안전 조건 -->
    <Condition ID="IsSafetyPerimeterNotViolated"/>
    <!-- 3순위 안전 조건 -->
    <Condition ID="IsBatteryAboveCritical"/>
    <!-- 4순위 안전 조건 -->
    <Condition ID="IsTemperatureNormal"/>
    <!-- 보호되는 행동 -->
    <Action ID="PerformOperation"/>
</ReactiveSequence>

조기 종료 특성에 의해, 비상 정지가 눌리면 나머지 조건은 평가되지 않고 즉시 작업이 중단된다.

3.2 안전 조건의 분류

4. 동작 흐름의 상세 분석

4.1 정상 운영 흐름

Tick 1: E-Stop→S, Perimeter→S, Battery→S, Temp→S, Action→R  → RUNNING
Tick 2: E-Stop→S, Perimeter→S, Battery→S, Temp→S, Action→R  → RUNNING
...
Tick N: E-Stop→S, Perimeter→S, Battery→S, Temp→S, Action→S  → SUCCESS

모든 안전 조건이 매 Tick 통과하는 동안 작업이 정상 진행된다.

4.2 안전 위반 흐름

Tick K: E-Stop→S, Perimeter→F           (안전 구역 위반!)
        Battery→(미평가), Temp→(미평가)  (조기 종료)
        Action→Halt                      (작업 즉시 중단)
        → FAILURE

4.3 안전 복구 후 재시작 흐름

Tick K:   Perimeter→F → FAILURE (Action Halt → IDLE)
Tick K+1: Perimeter→F → FAILURE (Action 미실행)
Tick K+2: Perimeter→S, Battery→S, Temp→S → Action→R (onStart() 재시작)

안전 위반이 해소되면, Halt된 액션은 IDLE 상태에서 onStart()부터 다시 시작된다.

5. 로봇 공학에서의 적용 사례

5.1 사례 1: 협동 로봇의 안전 감시

<ReactiveSequence>
    <Condition ID="IsHumanDistanceAboveThreshold"/>
    <Condition ID="IsJointVelocityBelowLimit"/>
    <Condition ID="IsContactForceNormal"/>
    <Action ID="CollaborativeTask"/>
</ReactiveSequence>

사람과의 거리, 관절 속도, 접촉력 중 하나라도 기준을 초과하면 협동 작업이 중단된다.

5.2 사례 2: 자율 주행의 안전 감시

<ReactiveSequence>
    <Condition ID="IsLidarOperational"/>
    <Condition ID="IsCameraOperational"/>
    <Condition ID="IsLocalizationConfident"/>
    <Condition ID="IsNoObstacleInPath"/>
    <Action ID="AutonomousDrive"/>
</ReactiveSequence>

5.3 사례 3: 수중 로봇의 안전 감시

<ReactiveSequence>
    <Condition ID="IsDepthWithinLimit"/>
    <Condition ID="IsHullIntegrityOK"/>
    <Condition ID="IsTetherTensionNormal"/>
    <Condition ID="IsBatteryAbove15Percent"/>
    <Action ID="UnderwaterMission"/>
</ReactiveSequence>

6. 안전 조건 노드의 구현 요구사항

1. 즉시 반환: SUCCESS 또는 FAILURE를 즉시 반환해야 한다. RUNNING을 반환하면 안 된다.
2. 부수 효과 없음: 센서 값 읽기와 비교만 수행하며, 상태를 변경하지 않는다.
3. 경량 구현: 매 Tick마다 실행되므로, 계산 비용이 최소화되어야 한다.
4. 결정론적 동작: 동일한 입력에 대해 항상 동일한 결과를 반환해야 한다(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/