Desarrollo de herramientas de software para el control y monitoreo de agentes robóticos Pololu 3Pi+ mediante ROS2 dentro del ecosistema Robotat

Abstract

La robótica móvil requiere herramientas de software para integrar el control y la comunicación multiagente, siendo ROS 2 (robot operating system) un estándar clave. No obstante, su uso en plataformas educativas de bajo costo se limita por los recursos reducidos de los microcontroladores. Para superar esto, se empleó micro-ROS, una extensión que permite llevar las funcionalidades de ROS 2 a dispositivos embebidos. El trabajo se centró en la integración de micro-ROS en robots móviles Pololu 3Pi+ dentro del laboratorio Robotat. La implementación se realizó en un microcontrolador ESP32-WROOM-32D, utilizando comunicación wi-fi (UDP) y un puente MQTT para interactuar con ROS 2, logrando soportar hasta diez agentes simultáneos. Se integró el sistema de captura de movimiento OptiTrack mediante Mocap4ros2 y un puente MQTT para la localización. Se desarrolló un controlador punto a punto en ROS 2 para el Pololu 3Pi+, combinando un controlador PID para la orientación y un acercamiento exponencial para el error de posición. Este controlador se implementó tanto en versión individual como multiagente, probándose exitosamente con nueve robots simultáneamente. Los resultados validan la factibilidad de integrar ROS 2 y micro-ROS en el Pololu 3Pi+ dentro del ecosistema Robotat, estableciendo una arquitectura modular y escalable.

Mobile robotics requires software tools capable of integrating multi-agent control and communication, with ROS 2 (robot operating system) standing as a key standard. However, its use on low-cost educational platforms is limited by the constrained resources of microcontrollers. To address this, micro-ROS (an extension that brings ROS 2 capabilities to embedded devices) was employed. This work focused on integrating micro-ROS into Pololu 3Pi+ mobile robots within the Robotat laboratory. The implementation was carried out on an ESP32-WROOM-32D microcontroller, using WiFi (UDP) communication and an MQTT bridge to interface with ROS 2, supporting up to ten simultaneous agents. The OptiTrack motion-capture system was integrated through Mocap4ros2 and an MQTT bridge for localization. A point-to-point controller for the Pololu 3Pi+ was developed in ROS 2, combining a PID controller for orientation with an exponential approach for position-error reduction. This controller was implemented in both single-agent and multi-agent versions, and successfully tested with nine robots operating simultaneously. The results validate the feasibility of integrating ROS 2 and micro-ROS on the Pololu 3Pi+ within the Robotat ecosystem, establishing a modular and scalable architecture. This provides a solid foundation for future development of more advanced control strategies and larger collaborative projects using these robots.