1296.82 액션 노드 내부 예외 처리

1. 개요

액션 노드 내부의 예외 처리는 C++ 예외(exception) 메커니즘을 활용하여 런타임 오류를 안전하게 포착하고, 행동 트리의 실행 흐름을 보호하는 방어적 프로그래밍 기법이다. BehaviorTree.CPP 프레임워크에서 액션 노드의 콜백 메서드(tick(), onStart(), onRunning()) 내부에서 처리되지 않은 예외가 발생하면, 행동 트리 전체의 실행이 비정상 종료될 수 있다. 따라서 모든 외부 호출과 자원 접근에 대해 적절한 예외 처리를 구현해야 한다.

2. C++ 예외의 발생 원인

액션 노드 내부에서 예외가 발생하는 주요 원인은 다음과 같다.

3. BehaviorTree.CPP의 예외 처리 메커니즘

3.1 프레임워크 수준의 예외 포착

BehaviorTree.CPP 프레임워크는 TreeNode::executeTick() 내부에서 기본적인 예외 포착을 수행한다. 노드의 tick() 메서드에서 처리되지 않은 예외가 발생하면, 프레임워크는 해당 예외를 포착하고 노드의 상태를 FAILURE로 설정한다.

// BehaviorTree.CPP 내부 (간략화)
NodeStatus TreeNode::executeTick()
{
    try
    {
        NodeStatus status = tick();
        return status;
    }
    catch (const std::exception& e)
    {
        // 예외를 FAILURE로 변환
        return NodeStatus::FAILURE;
    }
}

그러나 이 기본 메커니즘에만 의존하는 것은 권장되지 않는다. 프레임워크 수준의 포착은 오류 정보를 상세히 기록하지 못하며, 자원 해제가 보장되지 않을 수 있다. 따라서 액션 노드 구현자가 직접 예외를 처리하는 것이 바람직하다.

3.2 노드 수준의 예외 처리 패턴

BT::NodeStatus onStart() override
{
    try
    {
        // ROS2 서비스 호출
        auto response = callService(request);
        processResponse(response);
        return BT::NodeStatus::RUNNING;
    }
    catch (const rclcpp::exceptions::RCLError& e)
    {
        RCLCPP_ERROR(node_->get_logger(),
            "ROS2 통신 오류: %s", e.what());
        setOutput("error_message", e.what());
        return BT::NodeStatus::FAILURE;
    }
    catch (const std::invalid_argument& e)
    {
        RCLCPP_ERROR(node_->get_logger(),
            "입력 인자 오류: %s", e.what());
        return BT::NodeStatus::FAILURE;
    }
    catch (const std::exception& e)
    {
        RCLCPP_ERROR(node_->get_logger(),
            "예상치 못한 오류: %s", e.what());
        return BT::NodeStatus::FAILURE;
    }
}

예외를 구체적인 타입 순서로 포착하는 것이 중요하다. std::exception을 먼저 포착하면 하위 타입의 예외가 구분되지 않으므로, 구체적인 예외 타입을 먼저 배치해야 한다.

4. 예외 안전 보장 수준

C++ 프로그래밍에서 예외 안전(exception safety)은 다음 세 수준으로 분류된다.

액션 노드의 콜백 메서드는 최소한 기본 보장(basic guarantee)을 충족해야 한다. 스마트 포인터와 RAII 패턴을 활용하면 기본 보장을 자연스럽게 달성할 수 있다.

BT::NodeStatus onStart() override
{
    // RAII로 자원 관리 — 예외 발생 시 자동 해제
    auto subscription =
        std::make_shared<rclcpp::Subscription<...>>(...);

    try
    {
        // 예외 발생 가능 코드
        auto result = riskyOperation();
        subscription_ = subscription;  // 성공 시에만 보존
        return BT::NodeStatus::RUNNING;
    }
    catch (...)
    {
        // subscription은 스코프 종료 시 자동 해제
        return BT::NodeStatus::FAILURE;
    }
}

5. 포트 접근 시 예외 처리

5.1 getInput() 실패 처리

블랙보드 포트에서 값을 읽을 때, 키가 존재하지 않거나 타입 변환에 실패하면 getInput()이 false를 반환한다. 이는 예외를 발생시키지 않으므로 반환값을 명시적으로 검사해야 한다.

double target;
if (!getInput("target", target))
{
    RCLCPP_ERROR(node_->get_logger(),
        "입력 포트 'target' 읽기 실패");
    return BT::NodeStatus::FAILURE;
}

5.2 타입 변환 예외

블랙보드에 저장된 값의 타입이 예상과 다른 경우, BehaviorTree.CPP의 내부 변환 로직에서 예외가 발생할 수 있다. 특히 사용자 정의 타입을 블랙보드에 저장할 때 이 문제가 발생하기 쉽다.

try
{
    auto pose = getInput<geometry_msgs::msg::Pose>("target_pose");
    if (!pose)
    {
        throw BT::RuntimeError("target_pose 변환 실패");
    }
}
catch (const BT::RuntimeError& e)
{
    RCLCPP_ERROR(node_->get_logger(),
        "포트 타입 변환 오류: %s", e.what());
    return BT::NodeStatus::FAILURE;
}

6. ROS2 통신 예외 처리

6.1 액션 클라이언트 예외

try
{
    auto future =
        action_client_->async_send_goal(goal_msg, options);
}
catch (const rclcpp::exceptions::RCLError& e)
{
    RCLCPP_ERROR(node_->get_logger(),
        "골 전송 실패: %s", e.what());
    return BT::NodeStatus::FAILURE;
}

6.2 서비스 클라이언트 예외

서비스 호출의 결과를 future.get()으로 획득할 때, 서비스 서버가 비정상 종료되면 예외가 발생할 수 있다.

try
{
    auto response = future.get();
    if (!response)
    {
        RCLCPP_ERROR(node_->get_logger(),
            "서비스 응답이 null");
        return BT::NodeStatus::FAILURE;
    }
}
catch (const std::exception& e)
{
    RCLCPP_ERROR(node_->get_logger(),
        "서비스 호출 예외: %s", e.what());
    return BT::NodeStatus::FAILURE;
}

6.3 TF2 좌표 변환 예외

try
{
    auto transform = tf_buffer_->lookupTransform(
        target_frame, source_frame,
        tf2::TimePointZero,
        tf2::durationFromSec(0.1));
}
catch (const tf2::TransformException& e)
{
    RCLCPP_WARN(node_->get_logger(),
        "좌표 변환 실패: %s", e.what());
    return BT::NodeStatus::FAILURE;
}

TF2 예외는 tf2::LookupException, tf2::ConnectivityException, tf2::ExtrapolationException 등의 하위 타입으로 세분화된다. 각 예외 타입에 따라 다른 대응 전략을 적용할 수 있다.

7. 예외 처리 래퍼 패턴

반복되는 예외 처리 코드를 줄이기 위해, 예외 안전 래퍼(exception-safe wrapper) 함수를 활용할 수 있다.

template <typename Func>
BT::NodeStatus safeExecute(
    rclcpp::Logger logger,
    const std::string& context,
    Func&& func)
{
    try
    {
        return func();
    }
    catch (const rclcpp::exceptions::RCLError& e)
    {
        RCLCPP_ERROR(logger,
            "[%s] ROS2 오류: %s",
            context.c_str(), e.what());
    }
    catch (const std::exception& e)
    {
        RCLCPP_ERROR(logger,
            "[%s] 예외 발생: %s",
            context.c_str(), e.what());
    }
    catch (...)
    {
        RCLCPP_FATAL(logger,
            "[%s] 알 수 없는 예외 발생",
            context.c_str());
    }
    return BT::NodeStatus::FAILURE;
}

// 사용 예시
BT::NodeStatus onStart() override
{
    return safeExecute(
        node_->get_logger(), "TakeoffAction::onStart",
        [this]() -> BT::NodeStatus
        {
            // 예외 발생 가능한 코드
            auto response = sendGoal();
            return BT::NodeStatus::RUNNING;
        });
}

8. 콜백 내 예외 전파 방지

ROS2의 비동기 콜백(토픽 콜백, 타이머 콜백, 서비스 콜백) 내에서 발생한 예외는 ROS2 실행기(executor)를 비정상 종료시킬 수 있다. 따라서 모든 콜백 내부에서 예외를 포착하고 로깅해야 한다.

send_goal_options.result_callback =
    [this](const%20GoalHandle::WrappedResult&%20result)
    {
        try
        {
            processResult(result);
        }
        catch (const std::exception& e)
        {
            RCLCPP_ERROR(node_->get_logger(),
                "결과 처리 중 예외: %s", e.what());
            goal_completed_ = true;
            goal_succeeded_ = false;
        }
    };

9. 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.
• Sutter, H. and Alexandrescu, A., “C++ Coding Standards: 101 Rules, Guidelines, and Best Practices,” Addison-Wesley, 2004.
• Stroustrup, B., “The C++ Programming Language,” 4th ed., Addison-Wesley, 2013.

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