Soluções de navegação robustas para sistemas robóticos inteligentes e autônomos.
O sistema de navegação inercial para robôs móveis, ou robôs móveis autônomos, vem sendo cada vez mais usado em aplicações domésticas, industriais e de outros tipos. Robôs móveis autônomos são robôs que se deslocam de um lugar a outro para cumprir uma determinada tarefa. É intuitivo que esses robôs precisem de auxílio de navegação para ir de um ponto a outro. Junto com a navegação, também é necessário um sistema para a localização do robô, já que o comando de navegação depende de onde o robô está logo de início. Como esses sistemas são compactos, os sistemas de navegação inercial MEMS são, por padrão, os mais preferidos para robôs móveis.
À medida que os robôs e seu uso se disseminam, são necessários, para eles, sistemas de baixo custo, mas de localização de alta precisão e de navegação. Antes de examinar as diferentes técnicas, vamos ver o seguinte.
A. Primeiro, vamos entender o sistema de navegação ideal para robôs
Baixo custo: como os robôs devem se tornar um recurso de uso comum, serão produzidos em grandes quantidades. Para viabilizar a produção em larga escala, o INS utilizado precisa ter baixo custo. Um sistema de navegação caro encarece o robô. Estamos vendo um uso crescente de robôs em aplicações industriais e comerciais. O custo do sistema tem papel decisivo em determinar o quanto ele será usado. O sistema de navegação ideal para robôs precisa ser de baixo custo.
Compacto: como os robôs devem aproveitar muito bem o espaço, o próprio sistema de navegação precisa ser muito compacto.
Seguro: com o aumento do número de robôs, a segurança deles será uma preocupação central. Um ataque hacker em larga escala contra robôs não é uma possibilidade remota. Para impedir essas tentativas, o sistema de navegação precisa ser à prova de invasão.
Preciso: como os robôs operam em ambientes pequenos e lidam com a coleta e a movimentação de objetos e ações semelhantes, a precisão exigida é muito alta.
Estas são as várias opções ou sistemas disponíveis para dar auxílio de navegação a robôs móveis
Sistemas de navegação inercial MEMS: os sistemas de navegação inercial são compostos por giroscópios e acelerômetros, que determinam a aceleração em uma dada direção. A aceleração é integrada duas vezes para calcular a distância percorrida pelo robô em uma direção, o que é usado para calcular a posição final. Há grande variedade de sistemas de navegação inercial. Diversas tecnologias podem ser usadas para fabricar um INS. O uso das tecnologias FOG (giroscópio a fibra óptica) ou RLG (giroscópio a laser em anel) resulta em um INS de alta precisão e erro mínimo. Por outro lado, esses sistemas são muito caros de fabricar e grandes. Isso os torna inadequados para aplicações de robótica. A terceira tecnologia disponível para fabricar sistemas de navegação inercial é a MEMS (sistemas microeletromecânicos). A tecnologia MEMS ajuda a produzir sistemas de navegação inercial compactos e de baixo custo, mas não tem a precisão e a exatidão necessárias. A saída desses sistemas deriva à medida que o erro induzido aumenta com o tempo.
GPS/GNSS: embora o GPS ou GNSS seja mais uma opção para a navegação de robôs, ele tem, sem dúvida, mais limitações do que vantagens. Em primeiro lugar, a exatidão e a precisão de posição desses sistemas são questionáveis. Ao mesmo tempo, a disponibilidade do sinal de GPS em ambientes internos é muito pouco confiável. Outra grande preocupação com o GPS/GNSS é sua suscetibilidade a ser invadido ou manipulado. Como isso é uma preocupação importante de segurança, à medida que cresce o conhecimento sobre esses sistemas, a preferência por esse modo de navegação deve diminuir.
Sistemas de localização baseados em câmera: outra possibilidade é usar uma câmera que determina a posição do robô na sala ou no espaço dado, com os dados processados para gerar comandos de navegação. Esses sistemas também usam luzes, luminárias de teto, o desenho do piso etc. para calcular a posição exata do robô. Esses sistemas ainda estão em estágio inicial e precisarão de algum tempo para amadurecer.
Sistema híbrido INS-GPS/GNSS: outra solução possível para a navegação de robôs móveis autônomos é um sistema híbrido de sistemas de navegação inercial MEMS e INS-GPS. Esses sistemas dependem principalmente de um sistema de navegação inercial MEMS para localização e auxílio de navegação. Como vimos antes, a saída desses sistemas tende a derivar à medida que os erros induzidos aumentam. O sinal de GPS pode ser usado periodicamente para zerar esse erro e obter posições precisas. Outro ponto a considerar é a evolução do INS MEMS. Embora os sistemas de navegação inercial MEMS já tenham sido conhecidos pela falta de precisão, o avanço dos algoritmos de filtragem aumentou consideravelmente a confiabilidade desses sistemas.
B. Esse sistema híbrido composto por INS MEMS e GNSS tem muitas vantagens sobre os demais sistemas discutidos?
Baixo custo: esses sistemas são muito acessíveis, o que os torna muito adequados para produção e uso em larga escala.
Seguro: como esses sistemas usam principalmente um sistema de navegação inercial independente e dependem do sinal de GNSS apenas para correção, eles são muito mais seguros do que sistemas baseados somente em GPS/GNSS.
Precisão da saída: a precisão da saída desses sistemas é muito melhor do que a de sistemas GPS/GNSS isolados. Um ponto a observar é que, graças aos avanços em algoritmos e técnicas de filtragem, é possível obter de sistemas MEMS uma exatidão e uma precisão comparáveis às de sistemas RLG e FOG.
