1295.47 비상 대응 우선순위 패턴

1. 패턴의 정의

비상 대응 우선순위 패턴은 ReactiveFallback의 최상위 자식에 비상 상황 감지 조건과 비상 대응 행동을 배치하여, 어떤 임무를 수행 중이든 비상 상황이 감지되는 즉시 현재 행동을 중단하고 비상 대응 행동으로 전환하는 설계 패턴이다. 이 패턴은 로봇 시스템의 안전 아키텍처에서 소프트웨어 수준의 최종 방어선 역할을 수행한다.

2. 기본 구조

ReactiveFallback
├── Sequence [비상 대응: 최고 우선순위]
│   ├── IsEmergencyDetected
│   └── ExecuteEmergencyResponse
├── [기타 우선순위 수준들]
│   ├── ...
└── NormalOperation [정상 운용: 최저 우선순위]

IsEmergencyDetected 조건 노드는 매 Tick에서 가장 먼저 평가된다. 비상 상황이 감지되면 SUCCESS를 반환하고, ExecuteEmergencyResponse가 즉시 실행된다. 이 시점에서 하위에서 실행 중이던 모든 행동에 Halt가 전파된다.

3. 비상 상황의 유형과 대응

3.1 비상 상황의 분류

3.2 다단계 비상 대응 구조

비상 상황의 심각도에 따라 차별화된 대응을 수행하기 위해, 비상 대응 자체를 다단계로 구성할 수 있다.

ReactiveFallback
├── Sequence [심각도 1: E-Stop]
│   ├── IsEStopActive
│   └── ImmediateStop
├── Sequence [심각도 2: 충돌 감지]
│   ├── IsCollisionDetected
│   └── StopAndRetract
├── Sequence [심각도 3: 시스템 장애]
│   ├── IsCriticalSystemFailure
│   └── SafeShutdownSequence
├── [일반 우선순위 수준들]
└── NormalOperation

E-Stop은 가장 높은 심각도로, 모든 동작을 즉시 정지시킨다. 충돌 감지는 정지 후 후퇴 동작을 수행한다. 시스템 장애는 안전 종료 시퀀스를 실행한다. 각 비상 유형이 독립적인 우선순위 수준을 가지므로, 복수의 비상 상황이 동시에 발생하더라도 가장 높은 심각도의 대응이 선택된다.

4. 비상 감지 조건 노드의 설계

4.1 복합 비상 조건

단일 센서에 의존하지 않고 다수의 비상 지표를 종합하여 판정하는 복합 비상 조건이다.

function IsEmergencyDetected.tick():
    // 다중 비상 지표 확인
    estop ← blackboard.get("estop_status")
    collision ← blackboard.get("collision_detected")
    system_fault ← blackboard.get("critical_fault")
    
    if estop == ACTIVE or collision == true or system_fault == true:
        blackboard.set("emergency_type", 
                       determineEmergencyType(estop, collision, system_fault))
        return SUCCESS
    
    return FAILURE

4.2 비상 유형 기록

비상 감지 시 비상 유형을 블랙보드에 기록하면, 비상 대응 행동 노드가 유형에 따라 적절한 대응 전략을 선택할 수 있다.

function ExecuteEmergencyResponse.tick():
    emergency_type ← blackboard.get("emergency_type")
    
    switch emergency_type:
        case ESTOP:
            return executeImmediateStop()
        case COLLISION:
            return executeStopAndRetract()
        case SYSTEM_FAULT:
            return executeSafeShutdown()
        default:
            return executeImmediateStop()  // 안전 방향 기본값

5. 비상 해소 후 복귀

비상 상황이 해소된 후 정상 운용으로 복귀하는 과정은 ReactiveFallback의 재평가 메커니즘에 의해 자연스럽게 처리된다.

Tick t:   IsEmergencyDetected → SUCCESS → EmergencyResponse 실행
Tick t+1: IsEmergencyDetected → SUCCESS → EmergencyResponse 계속
...
Tick t+k: IsEmergencyDetected → FAILURE → 비상 해소
          → 차순위 조건 평가 → 정상 운용 복귀

비상 조건이 FAILURE를 반환하면, ReactiveFallback은 다음 우선순위 수준으로 진행하여 현재 상황에 적합한 행동을 선택한다. 비상 대응 행동에는 자동으로 Halt가 전파되어 정리된다.

다만, 비상 해소 직후 즉시 이전 임무로 복귀하는 것이 항상 안전하지는 않다. 비상 후 안전 점검 단계를 거쳐야 하는 경우, 다음과 같은 구조를 사용한다.

ReactiveFallback
├── Sequence [비상 대응]
│   ├── IsEmergencyDetected
│   └── ExecuteEmergencyResponse
├── Sequence [비상 후 점검]
│   ├── IsPostEmergencyCheckRequired
│   └── PerformSafetyCheck
├── [일반 우선순위 수준들]
└── NormalOperation

IsPostEmergencyCheckRequired 조건은 최근에 비상이 발생하였고 아직 안전 점검이 완료되지 않았음을 나타낸다. 이 조건이 성립하는 동안 안전 점검이 수행되며, 점검이 완료되면 조건이 해소되어 정상 운용으로 복귀한다.

6. 비상 대응 행동의 구현 요구 사항

1. 즉시 실행: 비상 대응 행동은 최초 Tick에서 즉시 물리적 대응 명령을 발행하여야 한다. 초기화나 준비 단계에서 시간을 소비하면 안전 대응이 지연된다.

2. 자기 완결적: 비상 대응 행동은 외부 서비스나 다른 노드에 의존하지 않고 독립적으로 동작하여야 한다. 비상 상황에서는 외부 서비스가 가용하지 않을 수 있다.

3. Halt 안전성: 비상 대응 행동 자체에 Halt가 호출되는 경우(더 높은 심각도의 비상 발생 등)에도 안전한 상태를 유지하여야 한다.

4. 로깅: 비상 감지 시각, 비상 유형, 대응 행동, 로봇 상태 등을 기록하여 사후 분석에 활용할 수 있도록 하라.

7. XML 정의 예시

<ReactiveFallback>
    <!-- 비상 대응 계층 -->
    <Sequence>
        <IsEStopActive />
        <ImmediateStop />
    </Sequence>
    <Sequence>
        <IsCollisionDetected />
        <StopAndRetract distance="0.2" />
    </Sequence>
    <Sequence>
        <IsCriticalSystemFault />
        <SafeShutdownSequence />
    </Sequence>
    
    <!-- 일반 우선순위 계층 -->
    <Sequence>
        <IsObstacleNear distance="1.5" />
        <AvoidObstacle />
    </Sequence>
    <Sequence>
        <IsBatteryLow threshold="15.0" />
        <ReturnToBase />
    </Sequence>
    
    <!-- 기본 임무 -->
    <ExecuteMission goal="{current_goal}" />
</ReactiveFallback>

비상 대응 조건이 최상위에, 일반 우선순위가 중간에, 기본 임무가 최하위에 배치된 전형적인 비상 대응 우선순위 패턴이다.