Precisão a cada passo: por que razão os robôs humanóides precisam do GNSS e da IMU

Quando uma pessoa atravessa uma sala, raramente pára para pensar na inclinação do corpo, no local exato onde o pé pousa ou na distância que ainda falta até ao destino. Um robô humanóide tem de responder a todas essas questões continuamente, e tem de o fazer em coordenadas reais. Quando um robô precisa de andar continuamente, virar-se, agarrar objetos e interagir num ambiente dinâmico e incerto, precisa de mais do que uma ideia aproximada da sua localização. Necessita de uma referência de coordenadas contínua, fiável e de baixa latência. É precisamente para isso que os módulos GNSS e os serviços de correção PointX da CHC Navigation foram concebidos.

Módulos GNSS de alta precisão: a referência de coordenadas absolutas para robôs humanóides

O Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS) é a tecnologia de posicionamento por satélite subjacente à maior parte da navegação moderna. Um módulo GNSS recebe sinais de várias constelações de satélites e calcula a posição do robô na Terra, indicando a latitude e a longitude, a altitude, a hora exata e a direção do percurso. Esta é a camada que associa o modelo interno do mundo do robô às coordenadas geográficas reais.
 

Os módulos GNSS constituem o cerne do que a CHC Navigation desenvolve e são a razão pela qual um robô humanóide pode operar para além de um laboratório controlado. Imagine um robô de inspeção a trabalhar num grande complexo industrial, num armazém ou numa instalação ao ar livre. Para seguir um percurso e chegar ao ponto de inspeção correto, ele precisa de saber onde esse ponto se encontra, onde está atualmente e em que direção deve avançar. O GNSS fornece essa referência global. À medida que os robôs humanóides vão assumindo funções na indústria transformadora, na logística, na inspeção ao ar livre, nas cidades inteligentes e nos serviços públicos, o posicionamento por satélite fiável torna-se a base sobre a qual tudo o resto assenta.
 

Na CHC Navigation, fornecemos esta camada fundamental através do nosso portfólio de módulos GNSS. Com lançamento global previsto para 2026, o Módulo GNSS M722 foi concebido para fornecer a âncora de posicionamento absoluto necessária aos robôs humanóides da próxima geração:
 

• Suporte a todas as constelações e frequências, mantendo um posicionamento estável em ambientes urbanos complexos e em zonas de transição entre interiores e exteriores.
   
• Capacidade de determinação do rumo com antena dupla, que fornece dados de rumo de alta precisão para ajudar os robôs humanóides a determinar rapidamente a orientação durante o arranque e as manobras de viragem, reduzindo o desvio da IMU.
   
• Design compacto e de baixo consumo energético, adequado ao espaço limitado e à autonomia da bateria dos robôs humanóides.
   
• Qualidade de nível automóvel, validada em vários projetos de produção em série, com fiabilidade comprovada para operação industrial contínua.
   

O valor do M722 reside não apenas em saber onde se encontra, mas em indicar continuamente ao robô, sem desvio acumulado, que continua aqui.

Para além do nível do metro: Serviços de correção RTK

Uma questão frequente é saber por que razão os robôs precisam de mais do que o GPS já presente num smartphone. A resposta é a precisão. O GNSS padrão proporciona normalmente um posicionamento com uma precisão da ordem dos metros, o que é suficiente para a navegação passo a passo de veículos, mas demasiado impreciso para um robô que tenta agarrar uma ferramenta ou premir um comando. Um erro de dois a cinco metros torna impossível uma manipulação precisa.
 

O posicionamento cinemático em tempo real (RTK) colmata essa lacuna. Os sinais de satélite sofrem erros decorrentes do atraso atmosférico, imprecisões de órbita e de relógio, e reflexão multipath. O RTK utiliza uma estação de referência num local precisamente levantado para medir esses erros e transmitir dados de correção aos recetores próximos, aumentando a precisão de metros para centímetros. A CHC Navigation fornece estas correções através do PointX, o nosso portfólio de serviços de correção GNSS. O PointNet fornece RTK em rede através da Internet, apoiado por uma rede de mais de 10 000 estações de referência para uma precisão ao nível dos centímetros e uma convergência quase instantânea, enquanto o PointSky fornece correção por satélite na banda L para ambientes remotos e com acesso limitado à rede, onde não se pode contar com uma ligação móvel. Juntos, transformam um vago «por aqui algures» num seguro «exatamente aqui, com uma margem de erro de poucos centímetros».

A IMU: Equilíbrio e Percepção do Movimento

Se o GNSS indica a um robô onde este se encontra, a Unidade de Medição Inercial (IMU) indica-lhe o que o seu corpo está a fazer. Com lançamento global previsto para 2026, o CHCNAV CI-300 é uma IMU de alta precisão que combina um acelerómetro de três eixos e um giroscópio de três eixos para medir a aceleração linear, a velocidade angular, a mudança de orientação e a direção da gravidade. A partir desses dados, um robô sabe se está a inclinar-se, a virar, a acelerar ou se sofreu um impacto inesperado.
 

É essa consciência que mantém um robô bípede na vertical. As pessoas mantêm o equilíbrio utilizando o sistema vestibular no ouvido interno, juntamente com a visão e o feedback muscular; um robô humanóide consegue algo semelhante através da sua IMU. Quando o robô dá um passo em frente e o seu centro de gravidade se desloca, a IMU deteta a inclinação e o sistema de controlo ajusta os ângulos das ancas, o apoio das pernas e a postura em milésimos de segundo. Na prática, a IMU é o ouvido interno do robô, funcionando a uma elevada taxa de atualização para que a máquina se mantenha estável ao longo de cada passo do ciclo de marcha.

Fusão de sensores: integrar as camadas

Num robô em funcionamento, estas camadas não funcionam isoladamente. O GNSS fornece a posição global, as correções RTK refinam-na ao nível do centímetro e a IMU acrescenta dados de movimento e orientação de alta frequência, enquanto as câmaras, o LiDAR e os codificadores das articulações interpretam o ambiente circundante e o movimento de cada membro. Algoritmos de fusão de sensores, como o Filtro de Kalman Alargado e a otimização de grafos de fatores, combinam tudo isto numa única estimativa contínua da posição, velocidade, orientação e relação do robô com o ambiente circundante. O resultado é a inteligência espacial: o robô consegue planear um percurso, evitar obstáculos, chegar a um destino e manusear objetos com a confiança que advém de saber exatamente onde se encontra.

GNSS e GNSS/INS para máquinas autónomas

O GNSS constitui a base dessa pilha de tecnologias e é nele que a CHC Navigation concentra os seus esforços. Os nossos sistemas GNSS/INS combinam GNSS de alta precisão com um sensor inercial integrado numa única unidade fortemente interligada. O sistema GNSS/INS de nível automóvel CGI-230 proporciona um posicionamento com precisão centimétrica e mantém resultados de navegação válidos durante breves interrupções do sinal GNSS, enquanto o CGI-610, com antena dupla, acrescenta uma orientação precisa para as plataformas que dela necessitam. Estes fazem parte das nossas soluções de navegação e posicionamento para máquinas autónomas, a mesma abordagem já em aplicação na condução autónoma e em frotas logísticas de baixa velocidade. Para as equipas que estão a desenvolver a próxima geração de robôs humanóides, o posicionamento fiável é o que liga um modelo de IA poderoso ao mundo físico, e é precisamente isso que a CHC Navigation foi concebida para proporcionar.

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Sobre a CHC Navigation

A CHC Navigation (CHCNAV) desenvolve soluções avançadas de cartografia, navegação e posicionamento concebidas para aumentar a produtividade e a eficiência. Atuando em setores como o geoespacial, a agricultura, o controlo de máquinas e a autonomia, a CHCNAV oferece tecnologias inovadoras que capacitam os profissionais e impulsionam o avanço do setor. Com uma presença global que abrange mais de 140 países e uma equipa de mais de 2 200 profissionais, a CHC Navigation é reconhecida como líder no setor geoespacial e não só. Para mais informações sobre a CHC Navigation [Huace:300627.SZ], visite: https://navigation.chcnav.com/about/overview