계층적 태스크 네트워크를 활용한 하이브리드 설계 (Hybrid Design Using Hierarchical Task Networks)

1. 개요

계층적 태스크 네트워크(Hierarchical Task Network, HTN)는 추상적 태스크를 하위 태스크로 분해하는 계층적 계획 방식으로, 행동 트리의 계층적 구조와 자연스럽게 통합된다. HTN 기반 하이브리드 설계는 도메인 전문가의 분해 지식을 활용하여 탐색 공간을 축소하면서도, 구체적 행동 수준에서의 동적 계획을 허용한다.

2. HTN 플래닝의 원리

2.1 태스크 분해

추상 태스크(abstract task)를 메서드(method)에 의해 구체적 행동으로 분해한다.

태스크: deliver(robot, box, destination)
메서드:
  1. move(robot, box_location)
  2. pick(robot, box)
  3. move(robot, destination)
  4. place(robot, box)

2.2 계층적 구조

deliver(robot, box, room_C)
├── fetch(robot, box)
│   ├── move(robot, room_A, room_B)  ← 원시 행동
│   └── pick(robot, box, room_B)     ← 원시 행동
└── transport(robot, box, room_C)
    ├── move(robot, room_B, room_C)  ← 원시 행동
    └── place(robot, box, room_C)    ← 원시 행동

3. HTN과 행동 트리의 구조적 유사성

HTN의 태스크 분해 구조는 행동 트리의 계층적 구조와 일대일로 대응되므로, HTN 계획을 행동 트리로 자연스럽게 변환할 수 있다.

4. HTN 기반 하이브리드 아키텍처

[HTN 플래너] → 태스크 분해 트리 생성
    ↓ 변환
[행동 트리] → 분해된 행동 시퀀스를 BT로 실행
    ↓
[저수준 제어] → 각 원시 행동의 물리적 실행

5. 장점

1. 직관적 모델링: 도메인 전문가의 태스크 분해 지식을 자연스럽게 인코딩
2. 효율적 탐색: 분해 지식에 의한 탐색 공간 축소
3. 행동 트리와의 호환: 계층 구조가 자연스럽게 대응

6. SHOP2와 ROS2

SHOP2는 대표적인 HTN 계획기이며, ROS2 환경에서 PlanSys2와 유사하게 통합될 수 있다.

7. 참고 문헌

• Nau, D., et al. (2003). “SHOP2: An HTN Planning System.” JAIR, 20, 379-404.
• Ghallab, M., Nau, D., & Traverso, P. (2016). Automated Planning and Acting. Cambridge University Press.