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行为树安装和配置
|行为树|
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尽量不要用行为树，除非公司里有个人，本来就很擅长行为树，那么可以交给他，其他人没必要参与了。行为树入门难，原因不是它本身多么复杂，而是网上的资料太少，尤其groot的资料更少，全靠自己摸索，一个并不复杂的问题，摸索一整天。有不少资料是游戏设计方面的，用于机器人领域的开源方案目前只有ROS2。资料这么少，肯定是有原因的。

最近从行为树版本3切换到版本4，发现有一些变化，又走了一遍坑之后，我还是认为最好不要用行为树。

准确地说，是BehaviorTree.CPP和Groot太垃圾，行为树本身在游戏行业已经用了很多年，不需要讨论其可用性。

行为树的优缺点

优点:

  • 行为逻辑和状态数据分离(减少了耦合)，节点写好以后可以反复利用
  • 线性的方式扩展，所以扩展性好。添加或删除一个功能，可能只需添加或删除一个节点
  • 黑板变量用起来很灵活
  • 官方提供了与ROS2的接口，适合机器人的业务开发，而且是两套接口。
  • 使用groot编辑，直观容易理解。但是Groot又有一大堆缺点，我在另一篇文章有总结

行为树的缺点

  • 一个简单的操作都需要定义Action或Condition节点，行为树很容易做的复杂化
  • 每次从根节点开始逻辑，若树的很庞大，效率将变得低下，占用CPU更多，注意行为树的刷新频率
  • 黑板变量，有的人在XML文件里赋值，有的人在C++里赋值，我如果用groot2看行为树，无法看到C++里赋值的情况
  • switch默认最多6个case，不能直接修改xml文件里的Switch，C++不识别。要想实现更多case，只能自己实现新的 Control 节点
  • C++的逻辑风格是大多数人熟悉的，比如if else, while, 设计模式等等，一个人看另一个人写的代码并不难上手。但是行为树的逻辑类型很多，有的人还会自己定义控制节点和修饰节点。同样的功能，不同人实现的逻辑会很不同，互相难理解。我之前看两个人写的行为树，风格大为不同，很难理清思路。
  • Timeout节点疑似不能生效

网上找不到修饰节点Timeout的使用方法，从API里找到了说明：The TimeoutNode will halt() a running child if the latter has been RUNNING for more than a give time. The timeout is in milliseconds and it is passed using the port “msec”.

但是我反复试验，发现这个节点总不生效，它修饰的节点运行时间早就超过Timeout规定时间了，但是不会停止

状态机的缺点

  1. 在项目中可能增加新状态、减少状态或者改变状态之间的迁移关系，如果状态越来越多，一点小修改都会产生很大的工作量，代码中会出现大量的判断跳转，耦合性太强。代码的逻辑会变得臃肿
  2. 与行为树最显著的区别：状态与执行内容是绑定在一起的。当执行内容需要在多个状态中执行时，各个状态下都需要放置执行内容的逻辑。当业务逻辑代码分散在各处时就不太好维护了

行为树与FSM的权衡

  1. 状态机是事件驱动的，对于状态机来说，每个时刻它都处于某种“状态”中，等待某个事件（转换）的发生。如果事件没有发生，那么继续保持在这个状态；
  2. 行为树都是自顶向下采用轮询的方式实现的。不太适合实现事件驱动的行为。例如，机器人在行走过程中陷入困境了，这明显是发生了事件，用状态机表示更合适。其实通过并行节点和修饰节点结合能够处理这种情况。

安装

安装依赖项，然后去github的release里下载最新的版本

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sudo apt-get sqlite3
sudo apt-get install libzmq3-dev libboost-dev
sudo apt-get install libboost-coroutine-dev # 需要用到协程

sudo apt-get install qtbase5-dev libqt5svg5-dev libzmq3-dev libdw-dev

cmake老三样编译安装。

普通的cmake设置如下

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cmake_minimum_required(VERSION 3.10.2)
 
project(simple_bt)
 
set(CMAKE_CXX_SaTANDARD 17)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)
find_package(behaviortree_cpp)
 
add_executable(${PROJECT_NAME} "simple_bt.cpp")
target_link_libraries(${PROJECT_NAME} BT::behaviortree_cpp)

ROS2环境的设置如下:

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cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(test_node)

if(CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
  add_compile_options(-Wall -Wextra -Wpedantic)
endif()

set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)

add_compile_options(-Wextra -Wpedantic -Wno-unused-parameter -g)

# find dependencies
find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(std_msgs REQUIRED)
find_package(ament_index_cpp)
find_package(behaviortree_cpp)

INCLUDE_DIRECTORIES(/home/user/catkin_ws/src/test_node/include)

add_executable(test_node  src/test.cpp)

ament_target_dependencies(test_node   
  rclcpp
  behaviortree_cpp
    ${BTCPP_LIBRARY}
)

install(TARGETS
  test_node
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME}
)

ament_package()

package.xml如下：

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<?xml version="1.0"?>
<?xml-model href="http://download.ros.org/schema/package_format3.xsd" schematypens="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"?>
<package format="3">
  <name>test_node</name>
  <version>0.0.0</version>
  <description>TODO: Package description</description>
  <maintainer email="user@todo.todo">zzp</maintainer>
  <license>TODO: License declaration</license>

  <buildtool_depend>ament_cmake</buildtool_depend>

  <depend>rclcpp</depend>
  <depend>std_msgs</depend>
  <depend>behaviortree_cpp</depend>
  
  <test_depend>ament_lint_auto</test_depend>
  <test_depend>ament_lint_common</test_depend>

  <export>
    <build_type>ament_cmake</build_type>
  </export>
</package>

ROS2行为树动态库默认安装在/opt/ros/galactic/lib/libbehaviortree_cpp_v3.so，头文件在/opt/ros/foxy/include/behaviortree_cpp_v3