1317.43 PlanSys2의 다중 로봇 지원 전략

1. 다중 로봇 임무 계획의 개요

다중 로봇 시스템(Multi-Robot System, MRS)에서의 임무 계획은 복수의 로봇에게 태스크를 할당하고, 각 로봇의 행동을 조율하여 전체 임무의 효율적 수행을 보장하는 과정이다. PlanSys2는 PDDL의 표현력을 활용하여 다중 로봇 시나리오를 지원할 수 있으며, 이를 위한 도메인 설계 전략과 시스템 구성 방법을 제공한다(Martín et al., 2021).

2. PDDL을 통한 다중 로봇 표현

2.1 로봇을 객체로 모델링

PDDL에서 복수의 로봇은 robot 타입의 개별 객체로 모델링된다. 각 로봇은 고유한 이름을 가지며, 술어를 통해 각 로봇의 상태(위치, 점유 상태, 보유 물체 등)가 독립적으로 관리된다.

(:types robot location object)
(:predicates
  (at ?r - robot ?l - location)
  (free ?r - robot)
  (holding ?r - robot ?o - object))

2.2 문제 인스턴스에서의 다중 로봇 등록

문제 인스턴스에 복수의 로봇 객체를 등록하고, 각 로봇의 초기 상태를 개별적으로 설정한다.

set instance robot1 robot
set instance robot2 robot
set predicate (at robot1 kitchen)
set predicate (at robot2 warehouse)
set predicate (free robot1)
set predicate (free robot2)

2.3 플래너에 의한 태스크 할당

플래너는 목표 조건을 달성하기 위해 각 로봇에게 적절한 액션을 할당하는 계획을 생성한다. PDDL 플래너는 모든 로봇을 동등한 자원으로 취급하며, 목표 달성을 위한 최적 또는 만족해를 탐색하는 과정에서 자동으로 태스크 할당이 이루어진다.

0.000: (move robot1 kitchen corridor) [5.000]
0.000: (move robot2 warehouse corridor) [8.000]
8.001: (pick robot2 box corridor) [3.000]
5.001: (pick robot1 cup corridor) [3.000]

3. 다중 로봇 실행 전략

3.1 중앙 집중식 실행

가장 단순한 다중 로봇 실행 전략은 단일 PlanSys2 인스턴스가 모든 로봇의 계획 수립과 실행을 중앙에서 관리하는 방식이다. 실행기 노드는 계획의 병렬 액션 구간에서 서로 다른 로봇의 액션을 동시에 디스패치한다.

3.2 분산 실행

각 로봇에 독립적인 PlanSys2 인스턴스를 배치하는 분산 실행 전략도 가능하다. 이 경우 ROS2의 이름공간(namespace) 메커니즘을 활용하여 각 로봇의 PlanSys2 노드를 격리한다. 상위 수준의 태스크 할당기(task allocator)가 각 로봇에 개별 목표를 분배하고, 각 로봇의 PlanSys2가 독립적으로 계획을 수립하고 실행한다.

3.3 ROS2 이름공간을 통한 격리

다중 로봇 환경에서 각 로봇의 PlanSys2 인스턴스는 ROS2 이름공간을 통해 격리된다.

/robot1/plansys2/domain_expert
/robot1/plansys2/problem_expert
/robot1/plansys2/planner
/robot1/plansys2/executor
/robot2/plansys2/domain_expert
/robot2/plansys2/problem_expert
...

이 격리를 통해 각 로봇의 도메인, 문제, 계획, 실행이 독립적으로 관리되며, 로봇 간의 간섭이 방지된다.

4. 로봇 간 조율

4.1 공유 자원과 상호 배제

다중 로봇 시나리오에서는 공유 자원(좁은 통로, 충전 스테이션 등)에 대한 접근 제어가 필요하다. PDDL 수준에서는 상호 배제(mutual exclusion)를 술어로 모델링하여 플래너가 충돌을 회피하는 계획을 생성하도록 할 수 있다.

(:predicates (corridor_free))

(:action enter_corridor
  :parameters (?r - robot)
  :precondition (corridor_free)
  :effect (not (corridor_free)))

(:action leave_corridor
  :parameters (?r - robot)
  :effect (corridor_free))

4.2 실행 시 동기화

계획 수립 시점에 예측하지 못한 충돌은 실행 시점에 감지되어야 한다. 이를 위해 로봇 간 통신을 통한 실시간 상태 공유와 동기화 메커니즘이 필요하며, 이는 PlanSys2의 표준 기능을 넘어서는 추가적인 시스템 계층에서 구현된다(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).
• Korsah, G. A., Stentz, A., & Dias, M. B. (2013). “A Comprehensive Taxonomy for Multi-Robot Task Allocation.” International Journal of Robotics Research, 32(12), 1495–1512.

버전: v1.0