行为树BehaviorTree.CPP

BehaviorTree.CPP：

　　BehaviorTree.CPP 本质上就是一个用现代 C++11/14 编写的、专注于行为树执行的开源库，不是 ROS 专属，但被 ROS 2 生态广泛采用最为行为规划树（尤其是 Nav2）。

1.1 核心思想

行为树是一种模块化、可复用、可调试的决策结构，用于描述智能体（如机器人）在复杂环境中的任务执行逻辑。相比传统状态机（FSM），它更灵活、层次清晰、易于扩展。

 

• 节点类型（关键）：
  • 控制节点（Control Nodes）：
    • Sequence：顺序执行子节点，任一失败则整体失败。
    • Fallback（或 Selector）：顺序尝试子节点，任一成功则整体成功。
    • Parallel：并行执行多个子节点，按成功/失败数量决定结果。
  • 执行节点（Leaf Nodes）：
    • Action：执行具体动作（如“移动到A点”）。
    • Condition：判断条件（如“是否到达目标？”）。
  • 装饰节点（Decorator）：
    • Inverter：反转子节点结果。
    • RepeatUntilFailure：重复执行直到失败。
    • Timeout：带超时限制。

 

1.2 为什么 ROS 2 选择行为树？

• 可读性强：XML 或代码可直观表示任务流程。
• 动态重配置：运行时可热加载新树。
• 与导航栈深度集成：如 Nav2 默认使用 BT 作为高层决策器。
• 跨语言支持：C++ 编写高性能节点，Python 用于快速原型。

1.3 组件关系：　　

　　　　

BehaviorTree.CPP (底层库)
↓
Nav2 BT Navigator (ROS 2 插件)
↓
用户自定义 BT 节点（C++/Python）
↓
XML 描述任务流程

1.4  使用方法：　　

• 替换默认树：修改 nav2_params.yaml 中的 default_bt_xml_filename。
• 扩展节点：实现如 “避障后重规划”、“充电后继续任务” 等自定义逻辑。
• 调试工具：使用 Groot2（官方 GUI）可视化运行时树状态。

2 架构分析：

▶ 模块 2.1：树结构定义（Tree Structure）

• BT::Tree：表示整棵树的运行时对象。
• BT::Node：所有节点的基类（抽象类）。
• XML 解析器：支持从 XML 文件构建树（使用 tinyxml2）。

▶ 模块 2：节点类型体系（Node Types）

BehaviorTree.CPP 将节点分为 4 类，每类有多个子类：

ReactiveSequence：反应式每次都从tick开始执行，用于持续监控类；Sequence同步式下次tich从中断的位置继续（状态记忆））

 

▶ 模块 3：节点通信机制：黑板（Blackboard）

• 作用：所有节点共享的键值存储（Key-Value Store），用于节点间传递参数（如目标位置、路径），避免全局变量。

• 

▶ 模块 4：执行模型（Execution Model）

• Tick 机制：每帧调用 tree.tickOnce()，从根节点递归执行。
• 异步支持：
  • BT::AsyncActionNode：子线程执行耗时操作（如路径规划）。
  • 返回 RUNNING 表示“任务进行中”，下次 tick 继续检查。
• 事件驱动：支持外部中断（如“紧急停止”）。

 

▶ 模块 5：工厂与插件系统（Factory & Plugin）

• BT::BehaviorTreeFactory：负责注册节点类型。

注册方式：

 

▶ 模块 6：调试与可视化（Groot2）

• Groot2：官方图形化工具（Qt 编写），可：
  • 编辑 XML 树
  • 实时连接运行中的树，查看节点状态（红/绿/黄）
  • 回放执行日志

3 开发步骤：

　　nav2用yaml作为系统配置工具(避免硬编码，告诉 bt_navigator：加载哪个 XML 行为树文件；告诉 pluginlib：需要动态加载哪些 C++ 插件库（.so 文件）；为自定义节点提供运行时参数），用xml作为行为逻辑配置文件（Groot2所需，缩进支持嵌套和注释；定义任务执行逻辑：节点如何组合（顺序、选择、并行）；通过 {key} 引用黑板数据；节点名必须与 pluginlib 注册名一致），至于为何选用他们见导航《脚本配置文件》

 

• 利用Groot2图形工具设计流程图（拖拽式设计，调试验证），生成xml文件给nav2用做行为逻辑配置文件（行为树的地图），后者用其生成对应节点（C++用tinyxml2进行解析生成节点）。
• 系统启动Nav2:加载参数文件yaml，启动一下核心模块：
  • amcl（定位）
  • global_planner（全局路径规划，如 SmacPlanner）
  • local_controller（局部跟踪，如 DWBController）
  • bt_navigator（行为树导航器） ← 主角

• bt_navigator 初始化

  • 读取配置中的 default_bt_xml_filename（例如 navigate_w_replanning_and_recovery.xml）
  • 使用 BehaviorTree.CPP 的 BehaviorTreeFactory 加载所有注册的节点插件（通过 pluginlib）
  • 构建 BT::Tree 对象（但不立即执行）

 

• 用户发送导航目标，bt_navigator 作为 Action Server，收到该请求将目标存入黑板（Blackboard）【黑板是全局共享的 Key-Value 存储，所有 BT 节点都能读写】

• 行为树开始执行（BT Execution Loop），启动主循环tree.tickOnce()，从根节点开始递归执行子节点

• 执行更新目标condition节点， 执行 ComputePathToPose（Action 节点），执行 FollowPath（Action 节点），处理异常

1.x 资源文档：

• 推荐中文教程/文章：
  • 古月居：ROS 2 行为树入门（搜索“行为树”）
  • CSDN 系列：BehaviorTree.CPP 源码解析（适合 C++ 开发者）
  • B站视频：《ROS2 行为树原理与实战》（搜索关键词）
• 官方 GitHub：https://github.com/BehaviorTree/BehaviorTree.CPP
• 官方文档（英文）：https://www.behaviortree.dev/
• • https://github.com/ly0/BehaviorTree-RTThread（个人移植，无维护）
  • https://github.com/ixydo/rt-thread-bt-demo（基于 RT-Thread 4.0 + STM32F4）