Rijden in een open regelkring

Hier is een verleidelijk plan: om een vierkant met zijden van één meter te rijden, geef je vier keer het commando '5 seconden vooruitrijden, 1,5 seconde naar links draaien'. We hebben de formules uitgerekend, dus de robot zou een perfect vierkant moeten tekenen. Voer het uit met een echte robot en de vorm sluit bijna nooit. De robot eindigt een paar centimeter van zijn beginpunt, of erger.

Dit soort besturing heet open regelkring: de commando's worden vooraf berekend en verstuurd, en niets meet wat er werkelijk is gebeurd. Het tegenovergestelde is gesloten regelkring, die terugkoppeling gebruikt (de lus uit de eerste les). Een open regelkring werkt prima als de wereld voorspelbaar is. Robots werken zelden in een voorspelbare wereld.

Waarom 'hetzelfde commando' verschillende resultaten geeft.

• Wielslip. Op een gladde vloer, op stof of op tapijt kan een wiel ronddraaien zonder dat de robot de volledige afstand aflegt.
• Motoren zijn geen tweelingen. Twee motoren die hetzelfde commando krijgen, draaien meestal met iets verschillende snelheden. Een piepklein snelheidsverschil betekent dat ω niet precies nul is, waardoor de 'rechte' route kromt.
• De batterijspanning daalt naarmate de lading afneemt, dus hetzelfde commando zorgt later voor lagere snelheden.
• Wielgrootte en spoorbreedte zijn niet precies wat de programmeur heeft ingevoerd. Een wiel dat 1 procent groter is, legt per omwenteling 1 procent meer afstand af.
• Starten en stoppen. Een robot kan zijn snelheid niet direct veranderen; hij versnelt en vertraagt gedurende een korte tijd die in het plan niet was meegenomen.

Elk van deze effecten is klein. Het probleem is dat kleine fouten zich opstapelen (Wereld 2 maakt dat meetbaar).

Doe een gedachte-experiment. Stel dat een koersfout ervoor zorgt dat elke opdracht 'draai 90 graden naar links' uitkomt op 88 graden. Na vier hoeken heeft de robot 352 graden gedraaid in plaats van 360, dus de route sluit niet: de robot is 8 graden verwijderd van de richting waarin hij begon, en de posit error komt daar nog bovenop. Een robot met een gesloten lus zou na elke draai zijn koers met een sensor meten en blijven draaien totdat de sensor 90 graden aangeeft.

De oplossing is het thema van de volgende werelden. Eerst moet de robot schatten waar hij is (Wereld 2). Daarna gebruikt een regelaar het verschil tussen 'waar ik wil zijn' en 'waar ik denk dat ik ben' om zichzelf te corrigeren (Wereld 3). Sensoren voor de buitenwereld komen aan bod in Wereld 4.