Inteligência Física

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Percecionar é estimar

Uma câmara entrega imagens. Uma IMU entrega acelerações e velocidades angulares. Um encoder entrega posições ou incrementos. O sistema converte essas medidas parciais numa estimativa do estado com a confiança necessária para decidir.

A estimação combina medidas, modelos e contexto para responder:

• onde se encontra o robô;
• que orientação tem;
• que objeto observa;
• com que confiança;
• que movimento se produziu;
• que parte do ambiente permanece incerta;
• que sinal contradiz outro;
• que correção convém aplicar;
• quando a estimativa já não permite continuar.

Tratar a perceção como estimação permite desenhar comportamentos proporcionais à confiança. O sistema pode continuar, reduzir a velocidade, procurar uma referência, mudar de sensor, alargar a observação, solicitar intervenção, voltar a uma posição segura ou parar.

A incerteza é uma variável que modifica a operação.

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Visão artificial para compreender geometria e estado

A visão pode identificar, localizar, medir e seguir elementos do ambiente.

Trabalhamos com deteção, segmentação, classificação, estimação de pose, marcadores e referências visuais, calibração, correspondências, profundidade, seguimento, inspeção, leitura de instrumentos e relação entre imagem e modelo geométrico.

A utilidade depende de condições concretas: iluminação, distância, movimento, frequência, resolução, oclusão, ótica, superfície, latência e capacidade de computação.

Avaliamos a visão dentro do percurso físico: que decisão muda, que tolerância necessita e o que acontece quando o sinal falta ou chega tarde. Uma métrica obtida sobre imagens selecionadas descreve essas imagens; o comportamento durante uma operação mede-se na operação.

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Representar o ambiente e o corpo

O planeamento necessita de uma representação de geometria, articulações, limites, ferramentas, cargas, zonas permitidas, obstáculos, estações, tolerâncias, contactos, capacidades de movimento e estados seguros.

A representação liga o modelo digital ao equipamento físico. Uma trajetória válida num modelo pode necessitar de ajustes por flexão, folga, desgaste, cablagem, carga, fricção, tolerância de fabrico, calibração, inércia, deformação e elementos não modelados.

Por isso distinguimos geometria nominal, parâmetros identificados e comportamento observado. O efeito de um comando depende do estado, da carga, da geometria, das tolerâncias e do ambiente.

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Navegação e mobilidade

Um sistema móvel precisa de estimar a sua pose, representar rotas e zonas, planear, seguir uma trajetória, responder a obstáculos, aproximar-se com precisão, coordenar o movimento com o resto da operação e conservar capacidade de paragem e recuperação.

Trabalhamos com navegação que combina odometria, IMU, referências visuais, mapas ou geometria conhecida, controlo cinemático, controlo preditivo, correções terminais, perfis de velocidade e estados de missão.

A navegação geral e a aproximação final podem necessitar de controladores diferentes. O cruzeiro prioriza continuidade e eficiência. A fase terminal prioriza erro lateral, longitudinal e angular em relação à tarefa.

O critério de êxito consiste em colocar o sistema numa condição a partir da qual a ação física seguinte possa executar-se com a tolerância necessária.

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Planeamento e otimização de movimento

O planeamento procura uma trajetória que cumpra objetivos e restrições: posição, orientação, colisões, limites articulares, velocidade, aceleração, jerk, tempo, energia, estabilidade, carga, zonas proibidas e capacidade de recuperação.

cuRobo permite acelerar em GPU tarefas como cinemática inversa, verificação de colisões, geração de trajetórias e planeamento de movimento. A aceleração alarga o número de alternativas que o sistema pode examinar dentro do tempo disponível.

A seleção final conserva geometria real, ferramentas, payload, tolerâncias, limites do controlador, segurança e verificação.

Em MagdalenOS, o planeamento pode combinar backends especializados com uma representação própria do equipamento e das suas restrições.

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Controlo preditivo e adaptação

Um controlador converte uma referência em ações sobre o sistema. O controlo preditivo utiliza um modelo para antecipar a evolução durante um horizonte e escolher ações que respeitem restrições.

Pode ser útil em seguimento de trajetória, navegação, aproximação, estabilização, manipulação, coordenação e gestão de limites. A eficácia depende da fidelidade do modelo, da frequência, da latência e da capacidade de estimar o estado.

Trabalhamos com controlo geométrico, controlo P, PD e combinações, MPC, identificação de planta, controlo com restrições, perfis de velocidade, supervisão, fallback e paragem segura.

O controlo avalia-se sobre erro, estabilidade, tempo, esforço, recuperação e comportamento sob perturbações.

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Agentes e operações físicas

Os agentes podem ajudar a interpretar objetivos, escolher competências, coordenar missões, consultar conhecimento, diagnosticar, preparar recuperação, explicar, pedir ajuda e adaptar um plano dentro de limites.

A trajetória física crítica permanece protegida por controladores, estados e políticas que podem ser verificados. Um agente pode decidir entre ações declaradas; os componentes deterministas mantêm limites de movimento, permissões, interlocks, paragem, sequências críticas, contratos e critérios de conclusão.

Esta distribuição permite aproveitar interpretação e planeamento conservando as restrições físicas em componentes verificáveis.

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Verificar a ação sobre o ambiente

Uma operação física termina quando o ambiente permite observar o seu efeito.

A verificação pode responder:

• o robô chegou à pose útil?;
• o objeto está preso?;
• a carga mudou?;
• a estação recebeu o elemento?;
• o mecanismo regressou a uma posição segura?;
• o ambiente ficou preparado para a operação seguinte?;
• a máquina pode continuar?;
• criou-se uma condição que necessita de intervenção?

Um sinal independente aumenta a confiança: a mesma cadeia que envia o comando informa da sua própria execução, e a verificação do efeito necessita de outra observação.

Desenhamos o critério de êxito junto com a tarefa e incorporamo-lo na avaliação.

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Segurança, paragem e recuperação

A segurança estrutura a operação física.

Desenhamos limites, zonas, velocidades, estados seguros, interlocks, supervisão, paragem, recuperação, intervenção, registo de incidentes e ensaios.

A capacidade de parar e voltar a uma condição conhecida faz parte do resultado.

As ações classificam-se por impacto, reversibilidade, energia, proximidade, confiança, autoridade e capacidade de observação. Uma ação de maior consequência exige mais evidência, controlo e separação entre planeamento e execução.

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Fecho

A Inteligência Física liga o conhecimento da tarefa a uma estimativa do mundo e converte essa estimativa em ações sob restrições. O seu valor aparece quando o sistema pode percecionar, decidir, atuar, verificar e aprender dentro do ambiente em que terá de operar.