1317.8 문제 전문가 노드의 아키텍처

1317.8 문제 전문가 노드의 아키텍처

1. Problem Expert 노드의 역할

Problem Expert 노드는 PlanSys2에서 현재 세계 상태(world state)와 목표 조건(goal)의 동적 관리를 전담하는 핵심 노드이다. 이 노드는 PDDL 문제 인스턴스의 구성 요소(객체, 술어 인스턴스, 함수 값, 목표)를 실행 시간에 동적으로 추가, 삭제, 수정할 수 있는 인터페이스를 제공한다.

2. 내부 구조

Problem Expert Node
├── World State Manager
│   ├── 객체 인스턴스 관리 (타입 부여)
│   ├── 술어 인스턴스 관리 (참/거짓)
│   └── 함수 값 관리 (수치)
├── Goal Manager
│   └── 목표 조건 관리
├── Problem Generator
│   └── PDDL 문제 텍스트 생성
├── Validation Layer
│   └── Domain Expert 참조 유효성 검증
└── ROS2 Service Server
    ├── 객체: add_instance, remove_instance, get_instances
    ├── 술어: add_predicate, remove_predicate, get_predicates
    ├── 함수: add_function, get_function
    ├── 목표: set_goal, get_goal, clear_goal
    └── 문제: get_problem, clear_knowledge

3. 세계 상태 관리

3.1 객체 관리

auto problem_client = std::make_shared<plansys2::ProblemExpertClient>();

// 객체 추가
problem_client->addInstance(plansys2::Instance{"robot1", "robot"});
problem_client->addInstance(plansys2::Instance{"wp1", "waypoint"});
problem_client->addInstance(plansys2::Instance{"box1", "object"});

// 객체 삭제
problem_client->removeInstance(plansys2::Instance{"box1", "object"});

// 객체 조회
auto instances = problem_client->getInstances();

3.2 술어 관리

// 술어 추가 (참으로 설정)
problem_client->addPredicate(plansys2::Predicate("(robot_at robot1 wp1)"));
problem_client->addPredicate(plansys2::Predicate("(connected wp1 wp2)"));
problem_client->addPredicate(plansys2::Predicate("(gripper_free robot1)"));

// 술어 삭제 (CWA에 의해 거짓으로 전환)
problem_client->removePredicate(plansys2::Predicate("(robot_at robot1 wp1)"));

// 술어 조회
auto predicates = problem_client->getPredicates();

3.3 함수 관리

// 함수 값 설정
problem_client->addFunction(plansys2::Function("(= (battery_level robot1) 100)"));
problem_client->addFunction(plansys2::Function("(= (distance wp1 wp2) 10.0)"));

// 함수 값 조회
auto function = problem_client->getFunction("(battery_level robot1)");

3.4 목표 관리

// 목표 설정
problem_client->setGoal(plansys2::Goal("(and (robot_at robot1 wp3) (holding robot1 box1))"));

// 목표 조회
auto goal = problem_client->getGoal();

// 목표 초기화
problem_client->clearGoal();

4. PDDL 문제 텍스트 생성

Problem Expert는 현재 세계 상태와 목표를 기반으로 완전한 PDDL 문제 텍스트를 자동 생성한다:

auto problem_text = problem_client->getProblem();
// 결과:
// (define (problem current_problem)
//     (:domain robot_domain)
//     (:objects robot1 - robot wp1 wp2 wp3 - waypoint box1 - object)
//     (:init (robot_at robot1 wp1) (connected wp1 wp2) (gripper_free robot1)
//            (= (battery_level robot1) 100) (= (distance wp1 wp2) 10.0))
//     (:goal (and (robot_at robot1 wp3) (holding robot1 box1)))
// )

이 텍스트가 Planner 노드에 전달되어 외부 플래너의 입력으로 사용된다.

5. 유효성 검증

Problem Expert는 객체, 술어, 함수의 추가 시 Domain Expert의 도메인 정보를 참조하여 유효성을 검증한다:

  1. 객체 추가 검증: 지정된 타입이 도메인에 선언되어 있는지 확인
  2. 술어 추가 검증: 술어 이름이 도메인에 선언되어 있고, 인수의 타입이 호환되는지 확인
  3. 함수 추가 검증: 함수 이름이 도메인에 선언되어 있는지 확인
  4. 목표 검증: 목표 조건에 사용된 술어와 객체가 유효한지 확인

6. Executor와의 상호 작용

Executor가 액션을 성공적으로 완료하면, 해당 액션의 PDDL 효과에 따라 Problem Expert의 세계 상태가 자동으로 갱신된다:

액션 move(robot1, wp1, wp2) 완료 시:
  Problem Expert에서:
    removePredicate("(robot_at robot1 wp1)")  ;; 삭제 효과
    addPredicate("(robot_at robot1 wp2)")     ;; 추가 효과

7. 참고 문헌

  • Gonzalez, F., Martin, F., Matellán, V., & Rodriguez, F. J. (2021). “PlanSys2: A Planning System Framework for ROS2.” IEEE ICARSC.