Arquitectura del Sistema

Visión general de la arquitectura del Rover.

Arquitectura de Workspaces

El proyecto está organizado en 8 workspaces independientes:

rover_core          → rover_drivers → rover_control
                                    → rover_navigation
                                    → rover_perception
                                    → rover_simulation
                                    → rover_tools
                                    → rover_bringup

Dependencias

graph TD
    A[rover_core] --> B[rover_drivers]
    A --> C[rover_control]
    A --> D[rover_navigation]
    A --> E[rover_perception]
    A --> F[rover_simulation]
    A --> G[rover_tools]
    B --> C
    B --> G
    C --> D
    C --> F
    C --> H[rover_bringup]
    D --> H
    E --> H
    F --> H
    G --> H

Arquitectura de Nodos

Sistema Completo

┌─────────────────────────────────────────────────┐
│                  rover_bringup                  │
│           (Integración y Launch Files)          │
└─────────────────────────────────────────────────┘
                        │
        ┌───────────────┼───────────────┐
        │               │               │
┌───────▼──────┐ ┌─────▼──────┐ ┌─────▼──────┐
│   Drivers    │ │  Control   │ │ Navigation │
│              │ │            │ │            │
│ RoboClaw     │ │ Base Ctrl  │ │   Nav2     │
│ IBUS         │ │ Teleop     │ │  AMCL      │
│ PX4          │ │            │ │  EKF       │
└──────────────┘ └────────────┘ └────────────┘

Flujo de Datos

Teleoperación

Joystick → joy_node → teleop_node → /cmd_vel → base_controller → RoboClaw → Motores

Odometría

Encoders → RoboClaw → roboclaw_driver → /wheel_odom ─┐
IMU      → PX4      → px4_bridge      → /imu        ─┤→ EKF → /odom → TF
GPS      → PX4      → px4_bridge      → /gps        ─┘

Navegación

/odom ─┐
/scan ─┤→ Nav2 → /cmd_vel → base_controller → Motores
/map ──┘

Componentes Principales

1. Hardware Layer

RoboClaw Drivers

• Comunicación serial (115200 baud)
• Control de 4 motores (differential drive)
• Lectura de 4 encoders
• PWM control

Sensor Drivers

• PX4: IMU + GPS via uXRCE-DDS
• LIDAR: RPLiDAR via USB
• IBUS: Radio receiver via UART

2. Control Layer

Base Controller

• Cinemática diferencial
• Fusión de odometría
• Publicación de TF (odom → base_link)
• Control de velocidad

Teleop

• PS4 controller mapping
• FrSky IBUS mapping
• Dead man switch
• Velocity scaling

3. Navigation Layer

Localization

• Extended Kalman Filter (robot_localization)
• AMCL (con LIDAR)
• GPS fusion (opcional)

Planning

• Nav2 stack completo
• Costmap 2D
• Path planning (NavFn, SmacPlanner)
• Controller (DWB, TEB)

4. Perception Layer

Sensores

• LIDAR: Escaneo 2D
• Cámara: (futuro) Visión
• IMU: Orientación y aceleración
• GPS: Posición global

Frames de Referencia (TF Tree)

map
 └─ odom
     └─ base_footprint
         └─ base_link
             ├─ lidar_link
             ├─ imu_link
             ├─ gps_link
             ├─ wheel_fl_link
             ├─ wheel_fr_link
             ├─ wheel_rl_link
             └─ wheel_rr_link

Transformaciones

• map → odom: Publicado por localization (AMCL o EKF)
• odom → base_link: Publicado por odometry (encoders + IMU)
• base_link → sensors: Estático (URDF)

Topics Principales

Entrada

Topic	Tipo	Descripción
/joy	sensor_msgs/Joy	Datos de joystick
/scan	sensor_msgs/LaserScan	Datos de LIDAR
/imu/data	sensor_msgs/Imu	Datos de IMU
/gps/fix	sensor_msgs/NavSatFix	Posición GPS

Salida

Topic	Tipo	Descripción
/cmd_vel	geometry_msgs/Twist	Comandos de velocidad
/odom	nav_msgs/Odometry	Odometría fusionada
/motor_status	(custom)	Estado de motores

Navegación

Topic	Tipo	Descripción
/map	nav_msgs/OccupancyGrid	Mapa del entorno
/goal_pose	geometry_msgs/PoseStamped	Goal para navegación
/path	nav_msgs/Path	Ruta planificada

Parámetros de Configuración

Todos los parámetros están centralizados en:

rover_bringup/src/rover_config/config/rover_params.yaml

Parámetros Críticos

# Física del robot
wheel_radius: 0.075
wheelbase: 0.180
track_width: 0.250

# Encoders
encoder_cpr: 4096

# Velocidades máximas
max_linear_vel: 0.5   # m/s
max_angular_vel: 1.0  # rad/s

# Navegación
robot_radius: 0.15    # m
inflation_radius: 0.3 # m

Modos de Operación

1. Modo Manual (Teleop)

• Control directo desde joystick
• Sin navegación autónoma
• Seguridad: dead man switch

2. Modo Semi-Autónomo

• Navegación con waypoints
• Evitación de obstáculos
• Operador puede intervenir

3. Modo Autónomo

• Navegación completamente autónoma
• Planning dinámico
• Re-planning en tiempo real

4. Modo Research

• Grabación de datos
• Múltiples fuentes de odometría
• Análisis de precisión

Seguridad

Hardware

• Emergency stop físico
• Voltage monitoring
• Current limiting en RoboClaw

Software

• Watchdog en drivers
• Timeout en cmd_vel
• Collision detection
• Geofencing (opcional con GPS)

Performance

Frecuencias de Publicación

Topic	Frecuencia
/odom	50 Hz
/scan	10 Hz
/imu/data	100 Hz
/cmd_vel	20 Hz

Latencias

• Teleop: < 50ms
• Planning: < 100ms
• Control loop: 20ms (50Hz)

Extensibilidad

El diseño modular permite agregar fácilmente:

• Nuevos sensores (cámara, ultrasónico)
• Algoritmos de navegación alternativos
• Modos de operación custom
• Data logging avanzado