Software: ROS2 y Node-RED

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ROS2 (Robot Operating System 2)

Conceptos Básicos

ROS2 es un framework open-source que proporciona herramientas y librerías para aplicaciones robóticas. Características clave para este proyecto:

• Arquitectura distribuida y modular — los nodos se comunican eficientemente
• DDS (Data Distribution Service) — comunicación fiable y segura
• No tiempo real — no es un requisito de este proyecto

Conceptos aplicados: - Nodes: Unidad funcional (un nodo por responsabilidad) - Topics: Bus de comunicación entre nodos, modelo publicador/suscriptor - Messages: Estructuras de datos para intercambio de información (tipos primitivos y personalizados)

Diagrama de Nodos

Nodo	Publica	Tipo Mensaje	Se suscribe a
camera_node	/camera_image	sensor_msgs/Image	—
energy_node	/energy	Energy (custom)	—
imu_node	/imu	sensor_msgs/Imu	—
teleop_twist_joy	/joy	sensor_msgs/Joy	—
distance_node	/ultrasound_data	Distance (custom)	—
car_control_node	—	—	/joy

Descripción de nodos

• camera_node: Captura imágenes con OpenCV y las publica a 5 Hz (0.2s). Usa CvBridge para convertir a formato ROS2 (Image).
• energy_node: Lee voltaje de 3 celdas (INA3221) y corriente (INA226) por I2C. Publica en /energy cada segundo.
• imu_node: Lee aceleración y velocidad angular del MPU6050. Publica en /imu a 2 Hz.
• teleop_twist_joy: Nodo del paquete estándar de ROS2. Publica datos del mando PS3 en /joy.
• distance_node: Lee 3× HC-SR04 (izquierda, centro, derecha) y KY-032 (emergencia). Publica en /ultrasound_data a 10 Hz.
• car_control_node: Interpreta datos del mando PS3 para controlar velocidad y dirección del robot.

Mensajes personalizados

Definidos en src/messages_pkg/msg/:

Distance.msg:

float32 left_distance
float32 right_distance
float32 center_distance
bool emergency_stop

Energy.msg:

float32 voltage_battery_1
float32 voltage_battery_2
float32 voltage_battery_3
float32 current

Estructura del repositorio

Directorio/Archivo	Contenido
.venv/	Entorno virtual Python3 con dependencias
sixpair/	Script de configuración del mando PS3
pruebas/	Scripts del benchmarking de sensores
src/	Código de nodos ROS2 (paquetes)
launch.sh	Script para lanzar todos los nodos
setup.sh	Variables de entorno y configuración

Paquetes ROS2

1. messages_pkg — Mensajes personalizados (Distance, Energy)
2. robocar_pkg — Todos los nodos del proyecto
3. lib/ — Librerías de drivers de hardware
4. robocar_pkg/ — Archivos Python de los nodos
5. setup.py — Entry points de los nodos ejecutables
6. teleop_twist_joy — Submodule Git del paquete estándar de ROS2

Construcción y ejecución

# Dentro del directorio src/
colcon build
source install/setup.sh

# Lanzar un nodo individual
ros2 run robocar_pkg camera_node

# Lanzar todos los nodos
bash launch.sh

Servicio del sistema

Para que los nodos se lancen automáticamente al encender la Raspberry:

# /etc/systemd/system/robocar.service
[Service]
ExecStart=/home/lab/robocar/launch.sh

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl enable robocar.service

---

Panel de Control (Node-RED)

¿Por qué Node-RED?

Node-RED es una herramienta de programación visual sobre Node.js, orientada a IoT. Ventajas: - Interfaz visual intuitiva y sencilla - Escalabilidad para usos complejos (optimización de rendimiento, detección anticipada de fallas) - Amplia gama de nodos disponibles

Interconexión ROS2 – Node-RED

ROS2 se comunica con Node-RED mediante rclNodejs, la implementación JavaScript de la ROS Client Library (al mismo nivel que rclPy para Python y rclCPP para C++).

Primer intento: Integration Service de eProsima → falló por insuficiencia de RAM (4GB) al compilar.

Solución adoptada: Plugin EduArt-Robotik/edu_nodered_ros2_plugin, más ligero y compatible con la Raspberry Pi. Se ejecutan los comandos del Dockerfile directamente en la RPi (sin Docker).

Instalación

npm install -g --unsafe-perm node-red rclnodejs cron
cd /home/lab/edu_nodered_ros2_plugin
npm install -g .

Para mensajes custom, regenerar desde /usr/lib/node_modules/rclnodejs/scripts:

sudo su
source /opt/ros/iron/setup.sh
source /home/ros2/robocar/src/install/setup.sh
npm run generate-messages

Dashboard

El panel de control muestra datos en tiempo real de los sensores. Los flujos se definen en flows.json.

Diagrama de Batería

Suscripción al topic /energy para mostrar: - Carga de baterías (porcentaje calculado a partir del voltaje) - Potencia consumida (W) - Salud de las baterías (diferencia de potencial entre celdas → indica equilibrio del BMS)

Nota: Si se alimenta con fuente externa, la potencia aparece negativa (no circula corriente desde las baterías).

Diagrama de Cámara

Visualización en tiempo real de los frames de la cámara (con retardo de algunos segundos).

Diagrama de Monitoreo Raspberry

Monitoreo en tiempo real del estado de la Raspberry Pi (CPU, temperatura, memoria, etc.).