Condução em malha aberta

Aqui está um plano tentador: para percorrer um quadrado com um metro de lado, enviar o comando 'avançar por 5 segundos, virar à esquerda por 1,5 segundo' quatro vezes. Nós calculamos as fórmulas, então o robô deveria desenhar um quadrado perfeito. Execute o plano em um robô real e a forma quase nunca se fecha. O robô termina a alguns centímetros de onde começou, ou em uma situação ainda pior.

Esse tipo de controle é chamado de malha aberta: os comandos são calculados com antecedência e enviados, e nada mede o que realmente aconteceu. O oposto é a malha fechada, que usa realimentação (o ciclo da primeira lição). A malha aberta funciona bem quando o mundo é previsível. Robôs raramente vivem em um mundo previsível.

Por que “o mesmo comando” dá resultados diferentes.

• Deslizamento das rodas. Em um piso liso, com poeira ou carpete, uma roda pode girar sem mover o robô pela distância total.
• Os motores não são gêmeos. Dois motores que recebem o mesmo comando geralmente funcionam com velocidades um pouco diferentes. Uma diferença mínima de velocidade significa que ω não é exatamente zero, então o caminho “reto” faz uma curva.
• A tensão elétrica da bateria cai à medida que a carga diminui, então o mesmo comando produz velocidades menores depois.
• O tamanho das rodas e a largura da pista não são exatamente os valores que o programador digitou. Uma roda 1 por cento maior percorre 1 por cento a mais de distância por rotação.
• Começar e parar. Um robô não consegue mudar de velocidade instantaneamente; ele acelera e desacelera durante um curto período que o plano não levou em conta.

Cada um desses fatores é pequeno. O problema é que pequenos erros se acumulam (o Mundo 2 coloca números nisso).

Faça um experimento mental. Suponha que um erro de direção faça cada comando “virar 90 graus para a esquerda” resultar em 88 graus. Depois de quatro cantos, o robô terá virado 352 graus, não 360, então o caminho não se fecha: faltam 8 graus para ficar de frente para a direção inicial, e o erro de posição se soma a isso. Um robô de malha fechada mediria sua direção com um sensor depois de cada curva e continuaria virando até o sensor indicar 90 graus.

A solução é o tema dos próximos mundos. Primeiro, o robô precisa estimar onde está (Mundo 2). Depois, um controlador usa a diferença entre “onde quero estar” e “onde acho que estou” para se corrigir (Mundo 3). Os sensores do mundo externo aparecem no Mundo 4.