Disseny i Implementació del control d'un Cotxe Autònom amb ROS2 i Python

Abstract

[El proyecto tiene como objetivo desarrollar un sistema de control para una máquina teledirigida que sea completamente programable y pueda ser controlada a través de python utilizando ROS2. Emprenderemos una Raspberry Pi con un ordinador de bordes y un microcontrolador Teensy para gestionar los aspectos de control del cotxe. La Raspberry Pi actuará como el cuello del sistema y ejecutará el sistema operativo y software necesario para la comunicación con el microcontrolador Teensy. Esto último se encargará de romper los sensores de control provinentes de la Raspberry Pi y controlar los actuadores del coche, como los motores y la dirección, para lo cual hay que estar de acuerdo con las instrucciones recibidas. Para conseguir la programación y el control desde python, implementamos el framework ROS2 (Robot Operating System 2), que permitirá la comunicación bidireccional entre python y el robot teledirigido a través de la red. De esta manera, python enviará comandos de control al cotxe y recibirá información en tiempo real, como datos de sensores del cotxe. A través de python, los usuarios pueden programar algoritmos de control avanzados, que proporcionan flexibilidad y posibilitan el desarrollo de comportamientos autónomos para la máquina teledirigida. Entre las funcionalidades que se pueden diseñar se encuentran algoritmos de navegación, evasión de obstáculos y seguimiento de trayectorias, además del rendimiento y la interacción del coche con el entorno. En resumen, este proyecto tiene como objetivo desarrollar una máquina teledirigida programable con una Raspberry Pi y un microcontrolador Teensy, y permitir el control y la programación desde python utilizando ROS2. La combinación de estas tecnologías proporcionará una plataforma versátil y escalable para el desarrollo de sistemas robóticos y la investigación en el campo de la robótica autónoma.

[CA] El projecte té com a objectiu desenvolupar un sistema de control per a un cotxe teledirigit que siga completament programable i puga ser controlat a través de python utilitzant ROS2. Emprarem una Raspberry Pi com a ordinador de bord i un microcontrolador Teensy per gestionar els aspectes de control del cotxe. La Raspberry Pi actuarà com el cervell del sistema i executarà el sistema operatiu i software necessaris per a la comunicació amb el microcontrolador Teensy. Aquest últim s'encarregarà de rebre les senyals de control provinents de la Raspberry Pi i controlar els actuadors del cotxe, com els motors i la direcció, perquè es moga d'acord amb les instruccions rebudes. Per aconseguir la programació i el control des de python, implementarem el framework ROS2 (Robot Operating System 2), que permetrà la comunicació bidireccional entre python i el cotxe teledirigit a través de la xarxa. D'aquesta manera, python enviarà comandes de control al cotxe i rebrà informació en temps real, com ara dades de sensors del cotxe. A través de python, els usuaris podran programar algoritmes de control avançats, que proporcionaran flexibilitat i possibilitaran el desenvolupament de comportaments autònoms per al cotxe teledirigit. Entre les funcionalitats que es podran dissenyar es troben algoritmes de navegació, evasió d'obstacles i seguiment de trajectòries, millorant així el rendiment i la interacció del cotxe amb l'entorn. En resum, aquest projecte té com a objectiu desenvolupar un cotxe teledirigit programable amb una Raspberry Pi i un microcontrolador Teensy, i permetre el control i la programació des de python utilitzant ROS2. La combinació d'aquestes tecnologies proporcionarà una plataforma versàtil i escalable per al desenvolupament de sistemes robòtics i la recerca en el camp de la robòtica autònoma.

[EN] The project aims to develop a control system for a remote-controlled car that is fully programmable and can be controlled via python using the ROS2 framework. A Raspberry Pi will serve as the onboard computer, and a Teensy microcontroller will handle the hardware control aspects. The remote-controlled car will be equipped with a Raspberry Pi as the brain of the system. The Raspberry Pi will run the necessary operating system and software for communication with the Teensy microcontroller, enabling programming and control from a python-enabled PC. The Teensy microcontroller will receive control signals from the Raspberry Pi and manage the car's actuators, such as motors and steering, to move it according to the received instructions. To achieve python programming and control, we will implement the ROS2 (Robot Operating System 2) framework. ROS2 provides a distributed node communication system that allows integration of different components, facilitating effective python-based programming and control of the car. The programming process will involve developing ROS2 nodes for both the Raspberry Pi and Teensy microcontroller. These nodes will enable bidirectional communication between python and the remote-controlled car over the network. This way, python can send control commands to the car and receive real-time information, such as sensor data. Through python, users can program advanced control algorithms, offering flexibility and the ability to develop autonomous behaviors for the remote-controlled car. Users can design navigation algorithms, obstacle avoidance, path tracking, and other functionalities to enhance performance and interaction with the environment. In conclusion, this project aims to develop a programmable remote-controlled car using Raspberry Pi and Teensy microcontroller, allowing control and programming through python with ROS2. The combination of these technologies will provide a versatile and scalable platform for robotics system development and research in autonomous robotics