🤖 Robot Autónomo Tadeo eCar 4WD4WS

Plataforma robótica autónoma para logística universitaria en interiores. Robot eléctrico omnidireccional 4WD 4WS con capacidades de navegación autónoma, SLAM, visión computacional y planificación de trayectorias usando ROS2 Humble. Diseñado para transporte de materiales en ambientes universitarios.

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📋 Descripción del Proyecto

El Robot Autónomo eCar 4WD4WS es una plataforma robótica de vanguardia desarrollada por el Semillero de Robótica para revolucionar la logística en ambientes universitarios. Este sistema integra tecnologías avanzadas de robótica móvil, inteligencia artificial y navegación autónoma para crear un robot completamente autónomo capaz de transportar materiales de forma eficiente y segura.

🎯 Características Principales

• 🚗 Sistema 4WD4WS: Tracción en las 4 ruedas con dirección en las 4 ruedas para máxima maniobrabilidad
• 🧠 Navegación Autónoma: Sistema completo de navegación con planificación de rutas y evitación de obstáculos
• 🗺️ SLAM Avanzado: Simultaneous Localization and Mapping para crear mapas del entorno en tiempo real
• 👁️ Visión Computacional: Procesamiento de imágenes y detección de objetos
• 🛡️ Sistema de Seguridad Multicapa: Múltiples niveles de protección para operación segura
• 🤖 Comportamientos Inteligentes: Árboles de comportamiento para toma de decisiones complejas
• 📊 Monitoreo en Tiempo Real: Sistema completo de telemetría y diagnósticos

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🏗️ Arquitectura del Sistema

📦 Paquetes del Sistema (12 Total)

El sistema está organizado en 12 paquetes especializados que trabajan en conjunto:

🔧 1. tadeo_ecar_msgs

Mensajes Personalizados del Sistema

• Mensajes de estado del robot y sistema
• Información de salud de componentes
• Estados de navegación y seguridad
• Telemetría de ruedas y sensores

🔌 2. tadeo_ecar_interfaces

Servicios y Acciones del Sistema

• Servicios de calibración y configuración
• Acciones de navegación y acoplamiento
• Interfaces de control y monitoreo
• Comunicación entre subsistemas

⚙️ 3. tadeo_ecar_config

Configuraciones Centralizadas

• Parámetros del robot y controladores
• Configuración de navegación (Nav2)
• Parámetros de sensores y hardware
• Archivos de lanzamiento básicos

🎮 4. tadeo_ecar_control

Sistema de Control 4WD4WS

• Control cinemático 4WD4WS avanzado
• Dinámica vehicular y estabilidad
• Controladores PID para ruedas
• Gestión de actuadores y motores

📡 5. tadeo_ecar_perception

Procesamiento de Sensores

• Procesamiento de LiDAR 360°
• Visión computacional con cámaras
• Fusión de datos de IMU
• Calibración automática de sensores

🛡️ 6. tadeo_ecar_safety

Sistema de Seguridad Multicapa

• Parada de emergencia automática
• Evitación de colisiones en tiempo real
• Monitoreo de estado del sistema
• Watchdog para componentes críticos

🎯 7. tadeo_ecar_localization

Localización y Fusión Sensorial

• Filtro de Kalman Extendido (EKF)
• Filtro de Kalman sin scent (UKF)
• Fusión de odometría y sensores
• Corrección de deriva y localización precisa

🗺️ 8. tadeo_ecar_slam

SLAM y Mapeo

• SLAM con SLAM Toolbox
• SLAM con Cartographer
• Gestión inteligente de mapas
• Detección de bucles cerrados

🛣️ 9. tadeo_ecar_planning

Planificación de Trayectorias

• Planificación global con OMPL
• Planificador local adaptativo
• Optimización de trayectorias
• Algoritmos RRT*, PRM, EST

🧭 10. tadeo_ecar_navigation

Navegación Autónoma

• Integración completa con Nav2
• Ejecución de misiones complejas
• Gestión de waypoints
• Monitoreo de navegación

🧠 11. tadeo_ecar_behavior

Comportamientos Inteligentes

• Árboles de comportamiento (BehaviorTree.CPP)
• Máquina de estados jerárquica
• Comportamientos autónomos adaptativos
• Monitoreo de rendimiento

🚀 12. tadeo_ecar_bringup

Sistema de Arranque Integral

• Lanzamiento de sistema completo
• Configuraciones para múltiples escenarios
• Scripts de utilidad y monitoreo
• Integración de todos los subsistemas

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🛠️ Tecnologías Utilizadas

🤖 Frameworks y Middleware

• ROS2 Humble: Sistema operativo robótico de última generación
• Nav2: Stack de navegación autónoma
• BehaviorTree.CPP: Motor de árboles de comportamiento
• SLAM Toolbox: SLAM de código abierto
• Cartographer: SLAM avanzado de Google

🧮 Algoritmos y Librerías

• OMPL: Librería de planificación de movimiento
• OpenCV: Visión computacional
• PCL: Procesamiento de nubes de puntos
• Eigen: Álgebra lineal de alto rendimiento
• yaml-cpp: Manejo de configuraciones

📊 Visualización y Monitoreo

• RViz2: Visualización 3D avanzada
• Foxglove Studio: Monitoreo web en tiempo real
• Groot: Debugging de árboles de comportamiento
• PlotJuggler: Análisis de datos en tiempo real

🔧 Herramientas de Desarrollo

• Colcon: Sistema de construcción
• Rosbag2: Grabación y reproducción de datos
• Launch: Sistema de lanzamiento flexible
• Lifecycle: Gestión del ciclo de vida de nodos

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🎯 Casos de Uso

🏫 Logística Universitaria

• Transporte de materiales entre laboratorios
• Distribución de equipos y suministros
• Entrega de documentos y paquetes
• Soporte en bibliotecas y centros de cómputo

🔬 Investigación y Desarrollo

• Plataforma para investigación en robótica móvil
• Testing de algoritmos de navegación
• Desarrollo de aplicaciones de IA
• Educación en robótica avanzada

🏭 Aplicaciones Industriales

• Inspección de instalaciones
• Mapeo de entornos industriales
• Monitoreo de seguridad
• Automatización de procesos

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🚀 Inicio Rápido

📋 Requisitos Previos

Sistema Operativo

Ubuntu 22.04 LTS (recomendado)
ROS2 Humble Hawksbill

Dependencias

# Instalar ROS2 Humble
sudo apt update && sudo apt install curl gnupg lsb-release
sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] http://packages.ros.org/ros2/ubuntu $(source /etc/os-release && echo $UBUNTU_CODENAME) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null

sudo apt update
sudo apt install ros-humble-desktop-full

Dependencias del Proyecto

# Herramientas de construcción
sudo apt install python3-colcon-common-extensions

# Navegación
sudo apt install ros-humble-nav2-bringup ros-humble-slam-toolbox

# Comportamientos
sudo apt install ros-humble-behaviortree-cpp-v3

# Visualización
sudo apt install ros-humble-rviz2 ros-humble-foxglove-bridge

🏗️ Instalación

# 1. Crear workspace
mkdir -p ~/ros2/ecar-ws/src
cd ~/ros2/ecar-ws/src

# 2. Clonar repositorio (requiere acceso)
git clone https://github.com/TadeoRoboticsGroup/tadeo-eCar-ws.git .

# 3. Instalar dependencias
cd ~/ros2/ecar-ws
rosdep install --from-paths src --ignore-src -r -y

# 4. Compilar proyecto
source /opt/ros/humble/setup.bash
colcon build --symlink-install

# 5. Source del workspace
source install/setup.bash

▶️ Ejecución del Sistema

🎮 Modo Simulación (Recomendado para Empezar)

# Sistema completo en simulación
./src/tadeo_ecar_bringup/scripts/start_system.sh sim

🤖 Modo Hardware Real

# Sistema en hardware real (requiere robot físico)
./src/tadeo_ecar_bringup/scripts/start_system.sh hardware

🗺️ Solo Navegación

# Solo sistema de navegación (requiere mapa existente)
./src/tadeo_ecar_bringup/scripts/start_system.sh nav

📊 Monitor del Sistema

# Monitor en tiempo real
./src/tadeo_ecar_bringup/scripts/start_system.sh monitor

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🎮 Control del Robot

🕹️ Control Manual

# Teleoperación con teclado
ros2 run teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard

🎯 Navegación por Objetivos

# Enviar objetivo de navegación
ros2 topic pub /goal_pose geometry_msgs/PoseStamped "
{
  header: {frame_id: 'map'},
  pose: {
    position: {x: 2.0, y: 1.0, z: 0.0},
    orientation: {w: 1.0}
  }
}"

🤖 Control de Comportamientos

# Cambiar modo de comportamiento
ros2 topic pub /behavior_command std_msgs/String "data: 'start_tree:patrol_behavior'"

# Cambiar estado del robot
ros2 topic pub /state_command std_msgs/String "data: 'TRANSITION:NAVIGATING'"

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📊 Monitoreo y Diagnósticos

📈 Tópicos Principales

# Estado del robot
ros2 topic echo /robot_state

# Salud del sistema
ros2 topic echo /system_health

# Métricas de navegación
ros2 topic echo /navigation_metrics

# Estado de batería
ros2 topic echo /battery_state

🔍 Diagnósticos Avanzados

# Diagnósticos agregados
ros2 topic echo /diagnostics_agg

# Salud de componentes específicos
ros2 topic echo /behavior/manager_health
ros2 topic echo /safety/monitor_health

📊 Visualización

# RViz para visualización 3D
rviz2 -d src/tadeo_ecar_bringup/rviz/tadeo_ecar_full_system.rviz

# Foxglove para monitoreo web (puerto 8765)
# Abrir navegador en http://localhost:8765

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🛠️ Configuración Avanzada

⚙️ Parámetros del Sistema

Los parámetros principales se encuentran en:

• tadeo_ecar_config/config/robot_params.yaml
• tadeo_ecar_bringup/config/system_params.yaml
• tadeo_ecar_bringup/params/hardware_params.yaml

🎛️ Personalización de Comportamientos

# Editar árboles de comportamiento
nano src/tadeo_ecar_behavior/behavior_trees/main_behavior.xml

# Modificar parámetros de navegación
nano src/tadeo_ecar_config/config/nav2_params.yaml

🔧 Calibración de Hardware

# Calibración automática
ros2 launch tadeo_ecar_bringup tadeo_ecar_hardware.launch.py auto_calibrate:=true

# Calibración manual de ruedas
ros2 run tadeo_ecar_control wheel_calibration_node

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🧪 Testing y Desarrollo

🔬 Ejecutar Tests

# Tests unitarios
colcon test --packages-select tadeo_ecar_control tadeo_ecar_perception

# Ver resultados
colcon test-result --verbose

🐛 Debugging

# Modo debug con logs detallados
ros2 launch tadeo_ecar_bringup tadeo_ecar_full_system.launch.py log_level:=debug

# Groot para debugging de comportamientos
ros2 launch tadeo_ecar_behavior behavior_system.launch.py enable_groot:=true

📝 Grabación de Datos

# Grabar datos importantes
ros2 bag record /scan /camera/image_raw /odom /tf /cmd_vel /robot_state

# Reproducir datos