Actuación: el puente `/cmd_vel` (car_control_node)¶

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car_control_node es el único actuador del robocar: el nodo que convierte una orden de movimiento genérica en señales físicas al servo de dirección y al ESC de tracción (vía PCA9685). Es la última pieza de la cadena de control y, por eso, la que concentra la lógica de seguridad del vehículo. Los fundamentos conceptuales del puente están en Fundamentos ROS2 §4; este documento describe la implementación real y sus salvaguardas.

Resumen

Traduce /cmd_vel (geometry_msgs/Twist) a ángulo de servo (dirección Ackermann) + throttle del ESC, con rampa anti-pico, watchdog, tope duro del 50 %, armado del ESC y neutro garantizado al arrancar, al perder comandos y al salir. En la navegación autónoma es el eslabón Nav2 → /cmd_vel → car_control → motores.

1. Lugar en la arquitectura¶

flowchart LR
    joy["/joy<br/>(mando)"] --> cc
    lane["/lane_info<br/>(carril)"] --> cc
    nav["Nav2 / teleop / mando web<br/>/cmd_vel (Twist)"] --> cc
    cc["car_control_node<br/>(puente de actuación)"] -->|"servo[2]"| dir["Servo dirección"]
    cc -->|"servo[0], servo[1]"| esc["ESC (tracción)"]
    dir --> pca["PCA9685 (I2C)"]
    esc --> pca


Suscribe	`/cmd_vel` (`Twist`) · `/joy` (`Joy`) · `/lane_info` (`Float32MultiArray`)
Actúa sobre	PCA9685 por I2C: `servo[2]` = dirección · `servo[0]`+`servo[1]` = ESC (dos canales)
No publica topics:	su salida es hardware (I2C), no ROS

2. El mapeo Ackermann¶

Dirección (`angular.z` → servo canal 2)¶

steer = steer_center + (angular.z / max_angular) · steer_span

Centrado en 105°, desviación máxima ±65°, recortado al rango físico del servo [40, 170]. Convención: angular.z > 0 (giro a la izquierda) → servo por encima del centro.

Tracción (`linear.x` → throttle del ESC, canales 0 y 1)¶

El ESC (BLHeli bidireccional) tiene su neutro en 93.6 y avanza BAJANDO el ángulo (93.6 reposo → 27 a fondo). El mapeo:

linear.x <= 0      → throttle = 93.6 (neutro)   ← sin marcha atrás en esta ruta
linear.x  > 0      → throttle = start − frac·(start − full),  frac = min(vx / max_lin, 1)

con throttle_start = 90.0 (donde empieza a moverse) y throttle_full = 78.0 (a max_linear, conservador). Después se recorta al rango [59.4, 93.6].

Regla dura: tope del 50 % (THROTTLE_HARD_FLOOR = 59.4)

El throttle nunca baja de 59.4 (el 50 % del recorrido 93.6→27). Es un límite de código, innegociable: ningún parámetro puede saltárselo. Protege el hardware y a las personas de acelerones a fondo.

3. Las salvaguardas (por qué este nodo es "de seguridad")¶

Mecanismo	Qué hace
Armado del ESC	Al arrancar pone throttle a neutro (93.6). El ESC solo se arma si ve señal estable en su neutro al encender; por eso el nodo emite neutro antes de aceptar comandos.
Watchdog	Un timer a 10 Hz: si no llega `/cmd_vel` durante `cmd_vel_timeout` (0.5 s), pone el throttle a neutro. Evita que el coche siga latcheado si el emisor muere.
Tope duro 50 %	`clamp` a `THROTTLE_HARD_FLOOR` (59.4).
Rampa anti-pico	Dar gas (bajar el ángulo) se limita a `max_throttle_step` (0.5°/comando); quitar gas (subir) es instantáneo. Suaviza arranques (menos patinaje) y frena sin demora.
I2C con reintentos	Cada escritura de throttle reintenta 3× por canal; un fallo se registra (no se silencia), y si no se puede poner neutro se emite `FATAL`. El arranque del motor mete ruido en el bus.
Neutro al salir	Un `finally` pone el throttle a reposo al terminar el nodo; si falla, avisa.

Regla de oro (Rubén)

Nunca reiniciar el software con el ESC armado: el init de ServoKit resetea el PCA9685 y glitchea la señal. Secuencia segura de arranque: coche ON → nodo emitiendo neutro → el ESC se arma solo.

4. Modos: manual y autónomo¶

stateDiagram-v2
    [*] --> Manual
    Manual --> Autonomo: botón X (/joy buttons[0])
    Autonomo --> Manual: botón X
    Manual: MANUAL — conduce desde /joy directamente
    Autonomo: AUTÓNOMO — obedece /cmd_vel y /lane_info

Manual (por defecto): manual_control() lee el /joy — dirección con axes[0], gas con el gatillo R2 (axes[5]), marcha atrás con L1 (buttons[4]). Escribe el throttle directamente.
Autónomo: actúan cmd_vel_callback (Nav2/teleop/mando web) y lane_info_callback (seguimiento de carril). El toggle es el botón X (buttons[0]).

Diferencia de seguridad entre modos

La ruta /cmd_vel (autónoma) tiene rampa + watchdog + tope. La ruta manual escribe el throttle directo, sin watchdog ni rampa: si dejan de llegar mensajes de /joy, el throttle queda latcheado. Detalle relevante para el mando web y para depurar: un /joy con los gatillos a 0 (en vez de su reposo +1.0) se lee como medio gas.

5. Parámetros (calibrables en caliente)¶

Ajustables con ros2 param set /car_control_node <param> <valor>:

Parámetro	Valor	Significado
`max_linear`	0.7	m/s de entrada que corresponde a `throttle_full`
`max_angular`	0.4	rad/s de entrada que corresponde al tope de dirección
`throttle_stop`	93.6	neutro (para y arma el ESC)
`throttle_start`	90.0	umbral donde el coche empieza a moverse
`throttle_full`	78.0	throttle a `max_linear` (conservador)
`steer_center`	105.0	servo de dirección centrado
`steer_span`	65.0	desviación máxima de dirección (grados)
`cmd_vel_timeout`	0.5	s sin `/cmd_vel` → neutro (watchdog)
`max_throttle_step`	0.5	°/comando al dar gas (rampa)

6. Papel en la navegación autónoma¶

En la Capa 2 (Navegación), la cadena de actuación será:

flowchart LR
    plan["Nav2<br/>planificador + controlador TEB"] -->|"/cmd_vel"| cc["car_control_node"]
    cc -->|"servo + ESC"| chasis["chasis Ackermann"]
    chasis -->|"movimiento"| odom["Odometría / SLAM"]
    odom -->|"pose"| plan

Nav2 emite un Twist genérico; car_control lo convierte en la cinemática real del coche respetando sus límites. Su fiabilidad (rampa, watchdog, tope, armado) es lo que permite que Nav2 mueva el chasis de forma segura. El controlador local elegido es TEB (decisión D3), por respetar el radio de giro Ackermann.

7. Limitaciones conocidas¶

Sin marcha atrás por /cmd_vel: linear.x ≤ 0 → neutro. La reversa solo existe en modo manual (L1). Añadirla requeriría mapear linear.x < 0 a throttle de reversa del ESC.
La ruta manual no tiene watchdog ni rampa (escritura directa).
El lane_info_callback mantiene el motor en neutro (93.6) — el gas del seguimiento de carril está desactivado a la espera de calibrar.

Actuación: el puente /cmd_vel (car_control_node)¶