1314.48 PlanSys2에서의 액션 정의와 활용

1314.48 PlanSys2에서의 액션 정의와 활용

1. PlanSys2와 PDDL 액션의 관계

PlanSys2에서 PDDL 도메인의 각 액션은 실제 로봇 행동을 수행하는 ROS2 액션 노드와 일대일로 대응한다. PDDL 액션은 추상적 행동 모델을 정의하고, PlanSys2 액션 노드는 그 모델에 대응하는 구체적 실행 로직을 구현한다(Gonzalez et al., 2021).

2. PDDL 도메인에서의 액션 정의

PlanSys2에서 사용하는 PDDL 도메인의 액션은 표준 PDDL 구문을 따른다:

(define (domain robot_tasks)
    (:requirements :strips :typing :durative-actions)
    (:types robot waypoint object - entity)
    (:predicates
        (robot_at ?r - robot ?w - waypoint)
        (object_at ?o - object ?w - waypoint)
        (holding ?r - robot ?o - object)
        (gripper_free ?r - robot)
        (connected ?w1 - waypoint ?w2 - waypoint)
    )

    (:durative-action move
        :parameters (?r - robot ?from - waypoint ?to - waypoint)
        :duration (= ?duration 5)
        :condition (and
            (at start (robot_at ?r ?from))
            (at start (connected ?from ?to))
        )
        :effect (and
            (at start (not (robot_at ?r ?from)))
            (at end (robot_at ?r ?to))
        )
    )

    (:durative-action pick
        :parameters (?r - robot ?obj - object ?loc - waypoint)
        :duration (= ?duration 3)
        :condition (and
            (at start (robot_at ?r ?loc))
            (at start (object_at ?obj ?loc))
            (at start (gripper_free ?r))
            (over all (robot_at ?r ?loc))
        )
        :effect (and
            (at start (not (gripper_free ?r)))
            (at end (holding ?r ?obj))
            (at end (not (object_at ?obj ?loc)))
        )
    )
)

3. ActionExecutorClient를 이용한 액션 노드 구현

PlanSys2에서 각 PDDL 액션에 대응하는 C++ 노드는 plansys2::ActionExecutorClient 클래스를 상속하여 구현한다:

#include "plansys2_executor/ActionExecutorClient.hpp"
#include "rclcpp/rclcpp.hpp"

class MoveAction : public plansys2::ActionExecutorClient
{
public:
    MoveAction()
    : plansys2::ActionExecutorClient("move", 500ms)
    {
    }

private:
    void do_work() override
    {
        // PDDL 액션의 매개변수 추출
        auto args = get_arguments();
        // args[0] = robot name
        // args[1] = from waypoint
        // args[2] = to waypoint

        // 실제 로봇 이동 로직
        // Nav2 네비게이션 스택 호출 등

        if (navigation_complete_) {
            finish(true, 1.0, "Move completed successfully");
        } else {
            send_feedback(progress_, "Moving...");
        }
    }
};

int main(int argc, char ** argv)
{
    rclcpp::init(argc, argv);
    auto node = std::make_shared<MoveAction>();
    node->set_parameter(rclcpp::Parameter("action_name", "move"));
    rclcpp::spin(node->get_node_base_interface());
    rclcpp::shutdown();
    return 0;
}

4. 핵심 API

4.1 get_arguments()

플래너가 생성한 계획에서 해당 액션의 바인딩된 매개변수를 문자열 벡터로 반환한다. 순서는 PDDL 도메인의 :parameters 선언 순서와 일치한다.

4.2 send_feedback(progress, message)

액션 실행 중 진행률(0.0~1.0)과 상태 메시지를 Executor에 전달한다. Executor는 이 정보를 기반으로 액션의 실행 상태를 모니터링한다.

4.3 finish(success, completion, message)

액션 실행의 완료를 Executor에 통보한다. success가 true이면 PDDL 효과가 적용되고, false이면 실행 실패로 처리된다.

5. 런치 파일 구성

PlanSys2 기반 시스템의 런치 파일에서 도메인 파일과 액션 노드를 함께 구성한다:

from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node
import os
from ament_index_python.packages import get_package_share_directory

def generate_launch_description():
    pkg_dir = get_package_share_directory('my_robot_planner')

    return LaunchDescription([
        # PlanSys2 시스템 실행
        Node(
            package='plansys2_bringup',
            executable='plansys2_node',
            output='screen',
            parameters=[{
                'model_file': os.path.join(pkg_dir, 'pddl', 'domain.pddl')
            }]
        ),
        # 액션 노드들
        Node(package='my_robot_planner', executable='move_action_node', output='screen'),
        Node(package='my_robot_planner', executable='pick_action_node', output='screen'),
        Node(package='my_robot_planner', executable='place_action_node', output='screen'),
    ])

6. 액션 실행 흐름

PlanSys2에서 PDDL 액션의 실행 흐름은 다음과 같다:

  1. 계획 생성: Planner 노드가 PDDL 도메인과 현재 문제를 기반으로 계획을 생성한다.
  2. 계획 분배: Executor 노드가 계획의 각 액션을 해당 액션 노드에 분배한다.
  3. 액션 실행: 각 액션 노드의 do_work() 메서드가 주기적으로 호출되어 실제 로봇 행동을 수행한다.
  4. 피드백 전달: 액션 노드가 진행률과 상태 메시지를 Executor에 전달한다.
  5. 완료 통보: 액션 완료 시 finish()를 호출하여 Executor에 결과를 통보한다.
  6. 상태 갱신: 성공 시 PDDL 효과가 Problem Expert의 세계 상태에 적용된다.

7. 순간적 액션과 듀레이티브 액션의 처리 차이

PlanSys2는 듀레이티브 액션을 기본으로 사용하며, 순간적 액션도 내부적으로 짧은 듀레이티브 액션으로 처리된다. 두 유형 모두 동일한 ActionExecutorClient 인터페이스로 구현한다.

8. 액션 실패 처리

액션 노드에서 finish(false, ...)를 호출하면, Executor는 실행 실패를 감지하고 재계획 절차를 시작할 수 있다:

void do_work() override
{
    if (error_detected_) {
        finish(false, 0.0, "Navigation failed: obstacle detected");
        return;
    }
    // 정상 실행 로직
}

9. 설계 지침

  1. PDDL 액션 이름과 노드 이름을 일치시키라. PlanSys2는 PDDL 액션 이름으로 대응하는 액션 노드를 식별하므로, 이름이 정확히 일치해야 한다.

  2. 매개변수 순서에 주의하라. get_arguments()가 반환하는 인수의 순서는 PDDL :parameters의 선언 순서와 동일하다.

  3. 적절한 피드백 주기를 설정하라. ActionExecutorClient 생성자의 두 번째 인수가 do_work() 호출 주기이며, 로봇 행동의 특성에 맞게 설정해야 한다.

  4. 실패 시 명확한 메시지를 제공하라. finish(false, ...)의 메시지는 디버깅과 재계획에 중요한 정보를 제공한다.

  5. 상태 갱신의 원자성을 보장하라. 액션 완료 시 PDDL 효과의 모든 상태 변경이 일관되게 적용되어야 한다.

10. 참고 문헌

  • Gonzalez, F., Martin, F., Matellán, V., & Rodriguez, F. J. (2021). “PlanSys2: A Planning System Framework for ROS2.” IEEE International Conference on Autonomous Robot Systems and Competitions (ICARSC).
  • Macenski, S., Foote, T., Gerkey, B., Lalancette, C., & Woodall, W. (2022). “Robot Operating System 2: Design, Architecture, and Uses in the Wild.” Science Robotics, 7(66), eabm6074.
  • Haslum, P., Lipovetzky, N., Magazzeni, D., & Muise, C. (2019). An Introduction to the Planning Domain Definition Language. Morgan & Claypool Publishers.