Kørsel med åben sløjfe

Her er en fristende plan: For at køre i et kvadrat med en sidelængde på én meter skal du give kommandoen 'kør fremad i 5 sekunder, drej til venstre i 1,5 sekunder' fire gange. Vi har regnet formlerne ud, så robotten burde tegne et perfekt kvadrat. Kør planen på en rigtig robot, og figuren lukker næsten aldrig. Robotten ender et par centimeter fra det sted, hvor den startede, eller endnu værre.

Denne form for styring kaldes åben sløjfe: Kommandoerne beregnes på forhånd og sendes ud, og intet måler, hvad der faktisk skete. Det modsatte er lukket sløjfe, som bruger tilbagekobling (sløjfen fra den første lektion). Åben sløjfe fungerer fint, når verden er forudsigelig. Robotter befinder sig sjældent i en forudsigelig verden.

Hvorfor 'den samme kommando' giver forskellige resultater.

• Hjulspin. På et glat gulv, støv eller et tæppe kan et hjul dreje rundt uden at flytte robotten den fulde afstand.
• Motorer er ikke tvillinger. To motorer, der får den samme kommando, kører som regel med lidt forskellig hastighed. En lille hastighedsforskel betyder, at ω ikke er præcis nul, så den 'lige' bane buer.
• Batteriets spænding falder, efterhånden som opladningen bliver mindre, så den samme kommando giver lavere hastigheder senere.
• Hjulstørrelse og sporvidde er ikke præcis det, programmøren skrev ind. Et hjul, der er 1 procent større, tilbagelægger 1 procent mere afstand pr. omdrejning.
• Start og stop. En robot kan ikke ændre hastighed øjeblikkeligt; den sætter farten op og sænker den over et kort tidsrum, som planen ikke tog højde for.

Hver af disse ting er lille. Problemet er, at små fejl lægger sig sammen (Verden 2 sætter tal på det).

Prøv et tankeeksperiment. Antag, at en kursfejl får hver 'drej 90 grader til venstre' til at ende på 88 grader. Efter fire hjørner har robotten drejet 352 grader i stedet for 360, så banen lukker ikke: Den mangler 8 grader i at vende mod sin startretning, og positionsfejlen kommer oveni. En robot med lukket kredsløb ville måle sin retning med en sensor efter hvert sving og blive ved med at dreje, indtil sensoren viser 90 grader.

Løsningen er temaet i de næste verdener. Først skal robotten estimere, hvor den er (Verden 2). Derefter bruger en controller forskellen mellem 'hvor jeg gerne vil være' og 'hvor jeg tror, jeg er' til at korrigere sig selv (Verden 3). Sensorer til omverdenen kommer i Verden 4.