1317.26 계획 결과의 파싱과 표현

1317.26 계획 결과의 파싱과 표현

1. 계획 결과 파싱의 필요성

외부 플래너가 계획 수립을 완료하면, 그 결과는 플래너 고유의 텍스트 형식으로 출력된다. PlanSys2가 이 계획을 실행기 노드에 전달하고 실제 로봇 행동으로 변환하기 위해서는, 플래너의 텍스트 출력을 구조화된 내부 표현(internal representation)으로 변환하는 파싱(parsing) 과정이 필수적이다. 이 파싱 과정은 플래너의 출력 형식 차이를 추상화하여, 실행기 노드가 플래너 종류에 무관하게 동일한 인터페이스로 계획을 처리할 수 있게 하는 역할을 수행한다(Martín et al., 2021).

2. 플래너 출력 형식의 표준

2.1 IPC 표준 계획 출력 형식

국제 계획 수립 대회(International Planning Competition, IPC)는 플래너의 계획 출력에 대한 사실상의 표준 형식을 확립하였다. 이 형식에서 계획은 시간 인덱싱된 액션의 순서열(sequence)로 표현된다.

시간적 계획(temporal plan)의 출력 형식:

0.000: (move robot1 kitchen corridor) [5.000]
0.000: (charge robot2 station) [10.000]
5.001: (pick robot1 cup corridor) [3.000]
8.002: (move robot1 corridor bedroom) [5.000]

각 행의 구문 구조는 다음과 같다.

  • <시작_시각>: 액션의 시작 시점(부동 소수점, 단위: 초)
  • (<액션_이름> <인자1> <인���2> ...): PDDL 액션과 그 인자(argument)
  • [<지속_시간>]: 액션의 지속 시간(부동 소수점, 단위: 초)

고전적 순차 계획(classical sequential plan)의 출력 형식:

(move robot1 kitchen corridor)
(pick robot1 cup corridor)
(move robot1 corridor bedroom)

고전적 계획에서는 시간 정보가 없으며, 액션이 수행 순서대로 나열된다.

2.2 주석과 메타데이터

플래너의 출력에는 계획 항목 외에도 탐색 통계, 휴리스틱 값, 비용 정보 등의 메타데이터가 포함될 수 있다. 이러한 메타데이터는 일반적으로 세미콜론(;)으로 시작하는 주석 행으로 표현된다.

; Plan found with cost: 18.002
; States evaluated: 145
; Time: 0.23s

파서는 이러한 주석 행을 식별하여 계획 항목과 분리해야 한다.

3. PlanSys2의 계획 파싱 절차

3.1 텍스트 전처리

파싱의 첫 단계는 플래너 출력의 텍스트 전처리(text preprocessing)이다. 이 단계에서는 다음과 같은 처리가 수행된다.

  1. 주석 행 제거: 세미콜론(;)으로 시작하는 행을 필터링한다.
  2. 빈 행 제거: 공백만으로 구성된 행을 제거한다.
  3. 공백 정규화: 연속된 공백을 단일 공백으로 치환하고, 행의 앞뒤 공백을 제거한다.
  4. 계획 영역 식별: 일부 플래너는 계획 시작과 종료를 특정 구분자로 표시한다. 예를 들어, 일부 플래너는 계획 시작을 빈 행이나 특정 키워드로 표시한다. 파서는 이러한 구분자를 인식하여 계획 영역만을 추출한다.

3.2 행 단위 파싱

전처리된 각 행은 정규 표현식(regular expression)을 사용하여 파싱된다. 시간적 계획의 경우, 다음과 같은 정규 표현식 패턴이 적용된다.

^(\d+\.?\d*)\s*:\s*\((.+)\)\s*\[(\d+\.?\d*)\]$

이 패턴은 세 개의 캡처 그룹(capture group)을 포함한다.

캡처 그룹내용예시
그룹 1시작 시각0.000
그룹 2액션 문자열move robot1 kitchen corridor
그룹 3지속 시간5.000

고전적 순차 계획의 경우, 보다 단순한 패턴이 사용된다.

^\((.+)\)$

�� 경우, 시작 시각은 액션의 순서에 따라 자동으로 할당되며, 지속 시간은 기본값(일반적으로 0 또는 1)으로 설정된다.

3.3 액션 문자열의 분석

각 행에서 추출된 액션 문자열은 추가적으로 분석되어 액션 이름과 인자로 분리된다. 액션 문자열 move robot1 kitchen corridor에서 첫 번째 토큰 move가 액션 이름이 되고, 나머지 토큰 robot1, kitchen, corridor가 순서대로 인자가 된다.

이 분석 결과는 도메인 모델의 액션 정의와 대조하여 검증할 수 있다. 액션 이름이 도메인에 정의되어 있는지, 인자의 수가 액션의 파라미터 수와 일치하는지 등을 확인하여, 플래너가 유효한 계획을 생성했는지 검증한다.

4. PlanSys2의 내부 계획 표현

4.1 Plan 자료 구조

PlanSys2는 파싱된 계획을 Plan 자료 구조로 내부 표현한다. Plan은 PlanItem의 벡터(vector)로 구성되며, 각 PlanItem은 다음과 같은 필드를 포함한다.

struct PlanItem {
  float time;           // 시작 시각 (초)
  std::string action;   // 액션 PDDL 문자열
  float duration;       // 지속 시간 (초)
};

using Plan = std::vector<PlanItem>;

이 자료 구조는 시간적 계획과 순차적 계획을 모두 표현할 수 있는 통일된 형식이다. 순차적 계획의 경우, 각 PlanItem의 time 필드가 누적 시간으로 설정된다.

4.2 계획의 시간적 구조 분석

파싱된 계획에서는 시간적 구조를 분석하여 다음과 같은 정보를 추출할 수 있다.

  • 만듦새(makespan): 계획의 총 소요 시간. 마지막 액션의 시작 시각과 지속 시간의 합으로 계산된다.

\text{makespan} = \max_{i}(t_i + d_i)

여기서 t_i는 i번째 액션의 시작 시각이고, d_i는 지속 시간이다.

  • 병렬 액션 집합: 동일한 시작 시각을 가진 액션들의 집합. 이는 동시 실행 가능한 액션을 식별하는 데 사용된다.
  • 순서 의존성: 시작 시각의 순서에 따른 액션 간의 실행 순서. 실행기 노드가 액션을 올바른 순서로 디스패치(dispatch)하는 데 활용된다.

5. 계획 표현의 ROS2 메시지 형식

PlanSys2는 파싱된 계획을 ROS2 노드 간에 전달하기 위해 사용자 정의 메시지 타입을 사용한다. 계획 관련 주요 메시지 타입은 다음과 같다.

메시지 타입필드설명
plansys2_msgs/Planitems[]PlanItem의 배열
plansys2_msgs/PlanItemtime, action, duration개별 계획 항목

이 메시지 형식은 계획 수립 서비스의 응답 필드와 실행기 노드의 입력 인터페이스에서 공통으로 사용된다. ROS2의 메시지 직렬화(serialization) 메커니즘을 통해 노드 간 통신 시 자동으로 직렬화와 역직렬화가 수행된다.

6. 파싱 오류의 처리

계획 파싱 과정에서 발생할 수 있는 오류와 처리 방식은 다음과 같다.

  • 형식 불일치: 플래너 출력이 기대한 정규 표현식 패턴과 일치하지 않는 경우. 해당 행을 건너뛰고 경고 로그를 출력한다.
  • 빈 계획: 플래너가 유효한 계획 항목을 생성하지 못한 경우. 빈 Plan 객체를 반환하고, 이를 계획 수립 실패로 처리한다.
  • 수치 변환 오류: 시작 시각이나 지속 시간의 문자열을 부동 소수점으로 변환하는 과정에서 오류가 발생한 경우. 해당 행을 건너뛰고 오류를 기록한다.
  • 도메인 불일치: 계획에 포함된 액션이 도메인 모델에 정의되지 않은 경우. 이는 플래너와 도메인의 불일치를 나타내며, 심각한 오류로 분류된다.

PlanSys2는 이러한 오류를 ROS2 로그 시스템을 통해 상세하게 보고하여, 디버깅과 문제 해결을 지원한다.

7. 계획 표현의 활용

파싱되고 구조화된 계획 표현은 PlanSys2 시스템 내에서 다음과 같은 목적으로 활용된다.

  • 실행 스케줄링: 실행기 노드가 각 액션의 시작 시각에 맞추어 행동 트리(behavior tree)를 디스패치하는 기준으로 사용된다.
  • 진행 상태 추적: 현재 실행 중인 액션과 대기 중인 액션을 식별하여 계획의 진행률을 계산한다.
  • 시각화: 계획을 타임라인(timeline) 형태로 시각화하여 사용자에게 제공한다.
  • 로깅과 감사: 수립된 계획의 이력을 기록하여 사후 분석(post-analysis)에 활용한다.

이처럼 계획 결과의 정확한 파싱과 체계적 표현은 계획 수립에서 실행에 이르는 PlanSys2의 전체 파이프라인을 연결하는 핵심 요소이다(Martín et al., 2021).

참고 문헌

  • Martín, F., Cañas, J. M., Ginés, J., & Fuentetaja, R. (2021). “PlanSys2: A Planning System Framework for ROS2.” IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS).
  • Fox, M., & Long, D. (2003). “PDDL2.1: An Extension to PDDL for Expressing Temporal Planning Domains.” Journal of Artificial Intelligence Research, 20, 61–124.
  • Ghallab, M., Nau, D., & Traverso, P. (2004). Automated Planning: Theory and Practice. Morgan Kaufmann.

버전: v1.0