Robot nema osjetilo koje javlja gdje je. Ima nekoliko koja javljaju nešto drugo, i iz njih položaj mora zaključiti — a pogreška toga zaključka raste sa svakim prijeđenim metrom.
Temperaturu mjeri termometar, napon voltmetar, udaljenost daljinomjer. Položaja u prostoru nema tko izmjeriti. Ne postoji osjetilo koje se ugradi na vozilo i javlja „ti si na 4,2 m od zapadnoga zida i okrenut si 37 stupnjeva“.
Ono što postoji jesu osjetila koja mjere nešto drugo: koliko su se kotači okrenuli, kolika je kutna brzina, koliko je udaljen najbliži zid. Iz tih podataka, i iz poznavanja prostora, položaj se računa — i to je bitna razlika, jer svaki račun nasljeđuje pogreške svojih ulaza i dodaje im svoje.
Zato rezultat lokalizacije nikad nije samo položaj nego položaj i njegova nesigurnost. Robot koji zna da je na 4,2 m ± 5 cm može se primaknuti polici. Robot koji je na 4,2 m ± 80 cm ne smije ni pokušati, a ako ne zna koliko griješi, pokušat će — i to je najgori od svih slučajeva.
Praćenje položaja je najlakše: robot zna gdje je bio i treba samo pratiti promjenu. Globalna lokalizacija je teža: robot je upravo uključen, ne zna ništa i mora se pronaći na karti. Oporavak iz otetoga stanja je najteži: robot misli da zna gdje je, ali ne zna — netko ga je premjestio ili je pogreška narasla dok to nije primijetio. Taj je slučaj opasan upravo zato što robot u njemu djeluje samouvjereno.
Odometrija iz jedinice 3.1 daje položaj zbrajanjem malih pomaka. Svaki pomak nosi malu pogrešku, i te se pogreške zbrajaju zajedno s pomacima. Nema koraka u kojemu se pogreška poništi, pa ona može samo rasti.
Kako brzo raste, ovisi o vrsti pogreške. Slučajna pogreška ima jednaku vjerojatnost u obje strane, pa se dijelom poništava: raste s korijenom prijeđenoga puta. Sustavna pogreška uvijek vuče na istu stranu, pa se ne poništava nikad: raste razmjerno prijeđenomu putu.
Slučajna: σ = ks · √L · Sustavna: e = ku · L
Gdje je L prijeđeni put. Zbog razmjernosti sustavna pogreška nakon dovoljno dugo vremena uvijek nadmaši slučajnu — i zato se u praksi najprije traži i uklanja ona.
Povuci klizače i gledaj kako oblak nesigurnosti raste.
Posljednji redak zaslužuje pažnju. Pogreška zakreta je opasnija od pogreške puta, jer se s udaljenošću množi: zakret promašen za jedan stupanj nakon deset metara daje bočni promašaj od sedamnaest centimetara, a nakon pedeset metara gotovo cijeli metar. Zato se na vozila ugrađuje žiroskop, iako enkoderi već mjere zakret — jer žiroskop mjeri zakret koji se doista dogodio, i kad kotači proklizaju.
Da bi se pogreška smanjila, mora se znati koja je. Popis nije dug i gotovo je uvijek isti.
Klikni uzrok.
Sustavne se pogreške smanjuju umjeravanjem, i to je posao koji se radi jednom, uz jednostavan pokus. Slučajne se ne daju ukloniti — one se samo ograničavaju povremenim vanjskim mjerenjem, koje nesigurnost vraća na malu vrijednost.
Najjednostavniji način umjeravanja: vozilo se pusti da odveze kvadrat stranice dva metra i vrati se na polazište, prvo u smjeru kazaljke na satu, pa suprotno. Izmjeri se koliko je promašilo u oba smjera. Ako promašuje na istu stranu u oba smjera, kriv je razmak kotača. Ako promašuje na suprotne strane, kotači nisu jednakoga promjera. Iz tih se dvaju odstupanja izračunaju ispravke, i nakon njih odometrijska pogreška obično padne nekoliko puta.
Drugi veliki izazov nema veze s preciznošću. Zove se višeznačnost i pojavljuje se kad dva različita mjesta u prostoru daju ista mjerenja.
Skladišni hodnik između dvaju redova polica izgleda laserskomu skeneru jednako na svakome mjestu: zid lijevo na 1,2 m, zid desno na 1,2 m, i tako sto metara. Robot koji se oslanja samo na obris prostora u takvu hodniku zna gdje je poprijeko, ali ne i uzduž. Isto vrijedi za jednake urede, jednake katove i simetrične dvorane.
Odaberi prostor i pogledaj što mjerenje kaže.
Rješenja su tri, i sva se koriste. Prvo: nositi odometriju kroz dvojben dio — ako je robot ušao u hodnik s poznatoga mjesta, zna približno koliko je odmakao. Drugo: dodati razlikovnu oznaku, pa hodnik prestane biti jednolik. Treće: zadržati više mogućnosti istodobno i pustiti da ih sljedeća mjerenja razriješe — što je način na koji rade suvremeni postupci lokalizacije.
Rješenje cijeloga modula stane u jednu rečenicu: odometrija popunjava vrijeme, vanjsko mjerenje ispravlja pogrešku.
Odometrija daje procjenu stotinama puta u sekundi, glatko i bez prekida, ali joj nesigurnost stalno raste. Vanjsko mjerenje — usporedba obrisa prostora s kartom, očitanje oznake, satelitski prijamnik — dolazi rjeđe, šumno je i katkad ga nema, ali ne ovisi o prošlosti, pa nesigurnost vraća na malu vrijednost.
Klikni „Vožnja“ pa gledaj što se događa s nesigurnošću.
Iz prikaza se čita pravilo koje odlučuje o rasporedu oznaka: nesigurnost naraste najviše između dvaju ispravaka. Ako zadatak traži točnost od 10 cm, oznake moraju biti postavljene tako da odometrija između njih ne naraste preko te vrijednosti — a koliko je to metara, izračuna se iz izmjerenoga koeficijenta pogreške.
Položaj se ne mjeri nego procjenjuje, pa rezultat lokalizacije uvijek ima i nesigurnost. Odometrijska pogreška se nakuplja: slučajna raste s korijenom puta, sustavna razmjerno putu, pa sustavna prije ili kasnije nadvlada. Pogreška zakreta opasnija je od pogreške puta jer se s udaljenošću množi. Sustavne se pogreške uklanjaju umjeravanjem, primjerice pokusom s kvadratom, a slučajne se ograničavaju povremenim vanjskim mjerenjem. Poseban problem je višeznačnost, kad različita mjesta daju ista mjerenja.
Da bi se mjerenje s nečim usporedilo, treba karta prostora. Njome se bavi sljedeća jedinica.
Odgovor se zaključava nakon prvoga klika, uz objašnjenje zašto je točan.