1296.81 액션 노드의 오류 처리 전략

1. 개요

액션 노드의 오류 처리는 로봇 시스템의 신뢰성과 안전성을 결정하는 핵심 설계 요소이다. 행동 트리 기반 시스템에서 액션 노드는 물리적 동작, 통신, 센서 처리 등 실패 가능성이 있는 작업을 수행하며, 이러한 작업에서 발생하는 오류를 적절히 처리하지 않으면 로봇의 비정상 동작, 임무 실패, 또는 안전 사고로 이어질 수 있다.

행동 트리의 구조적 특성은 오류 처리에 유리한 프레임워크를 제공한다. Fallback 제어 노드는 자식 노드의 실패 시 대체 행동을 실행하며, RetryNode 데코레이터는 실패한 작업의 재시도를 자동화한다. 그러나 이러한 구조적 오류 처리가 효과적으로 작동하려면, 개별 액션 노드 수준에서 오류를 정확히 감지하고 올바른 반환 상태를 결정하는 전략이 선행되어야 한다.

2. 오류의 분류

2.1 발생 원인에 따른 분류

2.2 심각도에 따른 분류

2.3 복구 가능성에 따른 분류

• 일시적 오류(transient error): 재시도를 통해 해결될 수 있는 오류. 네트워크 일시 단절, 센서 데이터 일시 손실 등이 해당한다.
• 영구적 오류(permanent error): 재시도로 해결되지 않는 오류. 하드웨어 고장, 물리적 경로 차단 등이 해당한다.

이 구분은 재시도 전략의 수립에 직접적인 영향을 미친다. 일시적 오류에 대해서는 재시도가 효과적이지만, 영구적 오류에 대한 무한 재시도는 시간과 자원의 낭비를 초래한다.

3. 액션 노드 내부의 오류 처리 원칙

3.1 실패 조기 반환 원칙

오류를 감지한 시점에서 즉시 FAILURE를 반환하여, 행동 트리의 제어 흐름이 대체 경로를 탐색하도록 한다. 오류를 은폐하거나 내부적으로 무한 재시도하는 것은 행동 트리의 모듈성을 훼손한다.

BT::NodeStatus onStart() override
{
    // 1단계: 전제 조건 검증
    if (!action_client_->wait_for_action_server(
            std::chrono::seconds(3)))
    {
        RCLCPP_ERROR(node_->get_logger(),
                     "액션 서버 연결 실패");
        return BT::NodeStatus::FAILURE;  // 조기 반환
    }

    // 2단계: 입력 유효성 검증
    double target;
    if (!getInput("target", target))
    {
        RCLCPP_ERROR(node_->get_logger(),
                     "입력 포트 읽기 실패");
        return BT::NodeStatus::FAILURE;  // 조기 반환
    }

    // 3단계: 정상 실행
    // ...
    return BT::NodeStatus::RUNNING;
}

3.2 오류 정보 전달

액션 노드가 FAILURE를 반환할 때, 실패 원인에 대한 정보를 블랙보드의 출력 포트에 기록하여 상위 노드에서 활용할 수 있도록 한다.

static BT::PortsList providedPorts()
{
    return {
        // ... 기존 포트
        BT::OutputPort<std::string>("error_message",
            "오류 메시지"),
        BT::OutputPort<int>("error_code",
            "오류 코드")
    };
}

BT::NodeStatus onRunning() override
{
    if (goal_failed_)
    {
        setOutput("error_message",
                  "액션 서버에서 목표 거부");
        setOutput("error_code", 1001);
        return BT::NodeStatus::FAILURE;
    }
    // ...
}

3.3 자원 해제 보장

오류 발생 시에도 할당된 자원(구독, 타이머, 파일 핸들 등)이 올바르게 해제되어야 한다. C++의 RAII(Resource Acquisition Is Initialization) 패턴과 스마트 포인터를 활용하여 자원 해제를 보장한다.

void onHalted() override
{
    // 모든 자원 해제
    subscription_.reset();
    goal_handle_.reset();
    timer_.reset();

    // 상태 초기화
    goal_completed_ = false;
    goal_succeeded_ = false;
}

4. 행동 트리 수준의 오류 처리 구조

4.1 Fallback을 이용한 대체 행동

<Fallback>
    <NavigateToPose goal="{target_pose}" />
    <Sequence>
        <ComputeAlternativePath
            original="{target_pose}"
            alternative="{alt_pose}" />
        <NavigateToPose goal="{alt_pose}" />
    </Sequence>
    <LogMessage level="ERROR"
                message="모든 경로 실패" />
</Fallback>

4.2 RetryNode를 이용한 재시도

<RetryNode num_attempts="3">
    <Sequence>
        <CaptureImage image="{image}" />
        <DetectObject image="{image}"
                      detections="{objects}" />
    </Sequence>
</RetryNode>

RetryNode는 자식 노드가 FAILURE를 반환하면 지정된 횟수만큼 재실행한다. 일시적 오류에 대한 간단하고 효과적인 복구 전략이지만, 영구적 오류에 대해서는 모든 시도가 소진될 때까지 시간이 낭비될 수 있다.

4.3 재시도 간격 조절

연속적인 재시도 사이에 대기 시간을 삽입하여, 일시적 오류의 해소를 위한 시간을 확보한다.

<RetryNode num_attempts="3">
    <Sequence>
        <ConnectToServer server="{server_addr}" />
        <Wait duration="2.0" />
    </Sequence>
</RetryNode>

4.4 점진적 후퇴 전략

여러 수준의 대체 행동을 계층적으로 구성하여, 단계적으로 더 보수적인 행동으로 전환한다.

<Fallback>
    <!-- 1차: 정상 경로로 비행 -->
    <FlyToWaypoint latitude="{wp_lat}"
                   longitude="{wp_lon}"
                   altitude="30.0" />
    <!-- 2차: 고도를 높여 재시도 -->
    <FlyToWaypoint latitude="{wp_lat}"
                   longitude="{wp_lon}"
                   altitude="50.0" />
    <!-- 3차: 귀환 -->
    <Sequence>
        <LogMessage level="WARN"
                    message="경유점 도달 불가, 귀환" />
        <ReturnToHome />
    </Sequence>
</Fallback>

5. 안전 임계 오류 처리

5.1 비상 정지 트리거

로봇의 안전에 직접적인 위협이 되는 오류가 발생하면, 행동 트리의 정상 흐름과 무관하게 비상 정지를 수행해야 한다. 이를 위해 ReactiveFallback을 활용한 안전 감시 구조를 최상위에 배치한다.

<root BTCPP_format="4">
    <BehaviorTree ID="SafetyWrapper">
        <ReactiveFallback>
            <!-- 안전 조건: 매 tick마다 검사 -->
            <Inverter>
                <Fallback>
                    <CheckBatteryDead />
                    <CheckSensorFailure />
                    <CheckGPSLost />
                </Fallback>
            </Inverter>
            <!-- 정상 임무 수행 -->
            <SubTree ID="MainMission" />
            <!-- 비상 절차 -->
            <EmergencyLand />
        </ReactiveFallback>
    </BehaviorTree>
</root>

5.2 오류 전파 방지

안전에 무관한 부수적 기능(로깅, 상태 보고 등)의 오류가 주 임무에 전파되지 않도록 ForceSuccess 데코레이터를 활용한다.

<Sequence>
    <FlyToWaypoint latitude="{wp_lat}"
                   longitude="{wp_lon}" />
    <ForceSuccess>
        <PublishStatus status="WAYPOINT_REACHED" />
    </ForceSuccess>
    <CaptureImage image="{image}" />
</Sequence>

6. 오류 코드 체계 설계

시스템 전체에서 일관된 오류 코드 체계를 사용하면 오류 진단이 용이해진다.

7. 참고 문헌

• Colledanchise, M. and Ögren, P., “Behavior Trees in Robotics and AI: An Introduction,” CRC Press, 2018.
• Faconti, D. and Contributors, “BehaviorTree.CPP: A C++ library to build Behavior Trees,” GitHub Repository, https://github.com/BehaviorTree/BehaviorTree.CPP.
• Macenski, S. et al., “The Marathon 2: A Navigation System,” arXiv preprint arXiv:2003.00368, 2020.
• Gamma, E. et al., “Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software,” Addison-Wesley, 1994.

버전: 2026-04-04