Fig. 13 · Laboratorio de robótica · Cerebro con ROS 2

Raspberry Pi 5

Cargando la figura…

Banco

Aún sin lectura

Alimentación (línea de 5 V)

Aún sin lectura

Consumo de corriente

0 mA

Monta y avería

1MontajeSiguiente
Déjala en la PCB desnuda
Desconecta la fuente y luego quita todas las piezas. La Pi 5 se monta como cualquier placa moderna: primero las piezas de montaje superficial, luego los conectores de agujero pasante de los más bajos a los más altos, y la tarjeta microSD y el Active Cooler al final.
2
Colocación automática de las piezas SMD, y luego reflujo
3
Coloca las piezas bajas de agujero pasante
4
Coloca los conectores altos
5
Suelda las uniones de agujero pasante
6
Mete la tarjeta microSD
7
Coloca el Active Cooler
8
Conecta la fuente USB-C de 27 W
9
Ejecuta el nodo de conducción de ROS 2
10
Comprueba la alimentación y el calor
11
Averíala: aliméntala con un cargador de móvil de 5 V y 2 AAveríala
12
Averíala: hazla funcionar sin el Active CoolerAveríala
13
Averíala: una soldadura fría en el conector del ventiladorAveríala
14
Averíala: motores de tracción en los 5 V de la PiAveríala
15
Averíala: los 5 V del robot conectados al revésAveríala
16
Averíala: 12 V en los pines de 5 VAveríala
17
Vista despiezada

Averíala a propósito

Cada avería es de las que pillan a quien monta de verdad. Provócala, lee el síntoma en el banco y luego arréglala.

Subtensión con un cargador de móvil
tensión incorrecta
Por qué pasa
Síntoma: La alimentación marca 4,6 V, el reloj baja a 1,5 GHz, get_throttled muestra 0x50005 y el kernel registra 'Undervoltage detected!'.
La Pi 5 avisa de subtensión por debajo de 4,63 V (±5 %). Un cargador de móvil de 5 V y 2 A con un cable fino cae con la carga de la Pi, así que el firmware limita el reloj. Las fuentes débiles también provocan reinicios aleatorios, tarjetas SD corruptas y dispositivos USB que se desconectan.
Solución: Usa la fuente USB-C oficial de 5 V y 5 A (27 W).
Sin Active Cooler
sobrecalentamiento
Por qué pasa
Síntoma: La temperatura de la CPU pasa de 80 °C, el reloj baja de 2,4 GHz hacia 1,5 GHz, get_throttled muestra 0x40004 y el nodo de conducción avisa del calor.
El firmware reduce paso a paso el reloj de los núcleos Arm a partir de 80 °C, y también el de la GPU a 85 °C. Con la carga de ROS 2, un BCM2712 sin disipador llega ahí enseguida, y 1,5 GHz es solo el 62,5 % de la velocidad máxima.
Solución: Desconecta, vuelve a colocar el Active Cooler y enchufa su cable en el conector del ventilador.
Soldadura fría en el conector del ventilador
soldadura fría
Por qué pasa
Síntoma: El ventilador se para y arranca, su ciclo de trabajo salta entre 0 y el valor de la curva, y la CPU se calienta más.
Una soldadura fría es una gota mate y granulosa que nunca mojó el pad, así que solo hace contacto a ratos. El pin de alimentación o de PWM del ventilador se corta con cada vibración.
Solución: Vuelve a fundir la soldadura: calienta a la vez el pad y el pin, añade un poco de estaño nuevo y deja que se solidifique en un menisco brillante y cóncavo.
Caída de tensión: motores en la línea de 5 V de la Pi
caída de tensión
Por qué pasa
Síntoma: La alimentación cae, el LED se apaga y vuelve, y el terminal repite el registro de arranque: la Pi se reinicia cada vez que arrancan los motores.
Un motorreductor TT consume 1,2-1,5 A al arrancar o bloqueado. Dos de ellos más los 0,8 A de la Pi son más de lo que puede dar el convertidor buck de 3 A del robot, así que los 5 V se hunden y la placa se reinicia.
Solución: Alimenta los motores desde la batería a través de un driver de motores controlado por la ESP32, y dale a la Pi su propia fuente de 5 V y 5 A.
Polaridad invertida en los pines de 5 V del GPIO
polaridad invertida
Por qué pasa
Síntoma: No arranca nada, la fuente entra en limitación de corriente y el PMIC se calienta.
El USB-C tiene forma y no se puede conectar al revés, pero los pines de 5 V del conector van directos a la línea de entrada de 5 V sin ninguna protección. Al revés, la corriente atraviesa el PMIC en el sentido equivocado y lo quema.
Solución: Intercambia los cables: 5 V al pin 2 o 4, tierra al pin 6. Mejor aún, alimenta la Pi por USB-C.
12 V en los pines de 5 V
tensión incorrecta
Por qué pasa
Síntoma: El PMIC se quema al instante y la placa se queda muerta.
Los pines de 5 V se saltan todos los reguladores: lo que les metas llega directamente a la entrada del PMIC. Una batería 3S (11,1-12,6 V) es más del doble de aquello para lo que está hecho el PMIC.
Solución: Alimenta los pines de 5 V solo con una fuente regulada de 5 V, como un convertidor buck ajustado a 5,1 V, o usa el USB-C.
Sin tarjeta microSD
falta una pieza
Por qué pasa
Síntoma: El LED se queda en rojo: la placa tiene alimentación, pero no aparece ningún registro de arranque.
La Pi 5 no tiene sistema operativo propio. El bootloader de su flash SPI busca uno en la tarjeta (y luego en USB y en la red, si configuras el orden de arranque) y no encuentra nada que cargar.
Solución: Desconecta, mete una tarjeta grabada con Raspberry Pi Imager y vuelve a encenderla.
Falta el PMIC
falta una pieza
Por qué pasa
Síntoma: Ninguna luz: no se enciende nada en la placa.
El DA9091 genera todas las líneas a partir de la entrada de 5 V. Sin él, ningún chip recibe alimentación.
Solución: Vuelve a poner U4 y haz el reflujo.
Falta el BCM2712
falta una pieza
Por qué pasa
Síntoma: El LED se queda en rojo: las líneas de alimentación suben, pero no hay registro de arranque ni luz verde.
El BCM2712 es el ordenador: los cuatro núcleos Arm, la GPU y el controlador de memoria. Las líneas suben, pero nada ejecuta el bootloader.
Solución: Vuelve a poner U1 y haz el reflujo.
Falta la RAM
falta una pieza
Por qué pasa
Síntoma: El LED da ocho destellos verdes cortos, una y otra vez, y el arranque se para.
El bootloader no encuentra ninguna SDRAM y muestra el código de destellos documentado 0L8S: cero destellos largos y ocho cortos, 'SDRAM failure'.
Solución: Vuelve a poner U2 y haz el reflujo.
Falta el RP1
falta una pieza
Por qué pasa
Síntoma: El LED da cuatro destellos largos y tres cortos, y no hay USB, ni Ethernet, ni GPIO.
Todos los puertos de la Pi 5 salen del RP1. El firmware no lo encuentra y muestra el código de destellos documentado 4L3S, 'RP1 not found'.
Solución: Vuelve a poner U3 y haz el reflujo.

Conoce el banco

Móntala, con la tarjeta y el disipador al final, y aliméntala con una fuente de 5 A de verdad

La Raspberry Pi 5 es el cerebro del robot, no su médula espinal: un ordenador Linux de cuatro núcleos a 2,4 GHz que ejecuta ROS 2, SLAM Toolbox, Nav2 y el procesado de la cámara. Linux no es de tiempo real, así que los bucles de los motores y del equilibrio viven en una ESP32 o una Nano que habla con la Pi por USB serie, el mismo reparto que en el UGV Rover de Waveshare. Móntala desde la placa desnuda, ponle su tarjeta microSD y el Active Cooler, aliméntala con una fuente de 5 V y 5 A de verdad y mira el terminal. Aquí el calor avanza unas diez veces más rápido que en una placa real, así que ves en segundos lo que en el banco tarda minutos.

Fuentes

En el banco

Seleccionado

Instantáneo: cambia al momento, sin carga

Código: Arranque y comprobación

# boot_check.py: ejecútalo después del primer arranque para ver que la Pi está bien
# en una tarjeta SD recién grabada, actualiza primero:
#   sudo apt update && sudo apt full-upgrade
from pathlib import Path
import subprocess


def vcgencmd(*args):
    out = subprocess.run(['vcgencmd', *args], capture_output=True, text=True, check=True)
    return out.stdout.strip()


model = Path('/proc/device-tree/model').read_text().rstrip('\x00')
print(model)                             # Raspberry Pi 5 Model B Rev 1.0
print(vcgencmd('get_throttled'))         # throttled=0x0: la alimentación nunca ha caído
print(vcgencmd('measure_temp'))          # temperatura de la CPU
print(vcgencmd('measure_clock', 'arm'))  # reloj Arm: 2400000000 Hz a toda velocidad

Tareas prácticas

0/3 tareas

Escribe el código y luego ejecuta las comprobaciones. La ejecución usa un reloj virtual y un entorno con guion, así que el mismo código da siempre el mismo resultado.

Publica /cmd_vel a 10 Hz con un temporizador

Python

El código de partida conduce el robot desde un bucle while con time.sleep(0.1). Eso bloquea el nodo, así que rclpy nunca puede ejecutar sus callbacks, y el periodo se desvía lo que tarde cada publicación. Reescríbelo a la manera de ROS 2: un temporizador de 0,1 s que publica el Twist (0,2 m/s hacia delante, 0,5 rad/s de giro) y registra lo que ha enviado, y luego rclpy.spin().

Comprobaciones

Aún sin ejecutarUsa un temporizador de 0,1 s y rclpy.spin, sin bucle con sleep
Aún sin ejecutarPublica 0,20 m/s y 0,50 rad/s diez veces por segundo
Aún sin ejecutarFunciona durante 2 segundos sin errores

Pistas

self.create_timer(0.1, self.tick) llama a tick cada 0,1 s en cuanto el nodo hace spin.
Registra cada mensaje con self.get_logger().info(f'linear.x={msg.linear.x:.2f} angular.z={msg.angular.z:.2f}').
Cambia Drive().run() por node = Drive() y rclpy.spin(node).

Código de Publica /cmd_vel a 10 Hz con un temporizador

Convierte /cmd_vel en velocidades de las ruedas

Python

La ESP32 mueve dos ruedas, así que la Pi divide cada Twist en una velocidad para la rueda izquierda y otra para la derecha: left = v − ω·b/2 y right = v + ω·b/2, donde b es la distancia entre las ruedas. Termina el nodo de la base: declara un parámetro wheel_base (0,16 m), suscríbete a cmd_vel y registra las dos velocidades.

Comprobaciones

Aún sin ejecutarDeclara wheel_base y se suscribe a cmd_vel
Aún sin ejecutarRegistra left=0.16 right=0.24 m/s con cada mensaje

Pistas

self.declare_parameter('wheel_base', 0.16), y luego léelo con self.get_parameter('wheel_base').value.
self.create_subscription(Twist, 'cmd_vel', self.on_cmd, 10) llama a on_cmd con cada mensaje.
Con v = 0,2 m/s, ω = 0,5 rad/s y b = 0,16 m sale left = 0,16 m/s y right = 0,24 m/s. Registra f'left={left:.2f} right={right:.2f} m/s'.

Código de Convierte /cmd_vel en velocidades de las ruedas

Tres nodos: sensor, filtro y parada de seguridad

Python

Un sistema de varios nodos sin robot. El nodo del sensor publica una distancia que se acerca a una pared (2,0 m, 1,9 m, 1,8 m … a 10 Hz). Escribe un nodo de filtro que promedie las últimas window lecturas (un parámetro, 4) y publique range_avg, y un nodo de seguridad que publique un Twist a cero en cmd_vel y avise una sola vez cuando la media baje de stop_m (un parámetro, 0,5 m). En una Pi real, llévalo más lejos: tus propios tipos .msg y .srv, un archivo de lanzamiento en Python con argumentos, y luego ros2 bag record y su reproducción.

Comprobaciones

Aún sin ejecutarDeclara window y stop_m y se suscribe a range
Aún sin ejecutarEl filtro registra una media con cada lectura
Aún sin ejecutarEl nodo de seguridad para a 0,45 m antes de 2 segundos

Pistas

Filtro: guarda una lista, añade cada lectura, haz pop(0) cuando sea más larga que la ventana y publica sum / len.
Seguridad: recuerda que ya has parado, para que el aviso se imprima una sola vez.
Con una ventana de 4, la media baja de 0,5 m por primera vez a 0,45 m: registra f'obstacle at {msg.data:.2f} m: stop'.
En una Pi: ros2 pkg create --build-type ament_python my_robot, un archivo de lanzamiento con DeclareLaunchArgument, y luego ros2 bag record -a y ros2 bag play.

Código de Tres nodos: sensor, filtro y parada de seguridad

# Tarea: promedia la distancia en un nodo de filtro y para el robot en un nodo de seguridad
import rclpy
from rclpy.node import Node
from rclpy.executors import SingleThreadedExecutor
from std_msgs.msg import Float32
from geometry_msgs.msg import Twist

class Sensor(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('sensor')
        self.pub = self.create_publisher(Float32, 'range', 10)
        self.k = 0
        self.create_timer(0.1, self.tick)

def tick(self):
        # el robot avanza hacia una pared a 1 m/s: 0,1 m más cerca cada 0,1 s
        msg = Float32()
        msg.data = max(0.2, 2.0 - 0.1 * self.k)
        self.k += 1
        self.pub.publish(msg)

class Filter(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('filter')
        # declara 'window', publica la media móvil en range_avg y regístrala

class Safety(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('safety')
        # declara 'stop_m', suscríbete a range_avg y publica Twist() en cuanto baje de ese valor

rclpy.init()
executor = SingleThreadedExecutor()
for node in (Sensor(), Filter(), Safety()):
    executor.add_node(node)
executor.spin()

Monta y avería

1MontajeSiguiente

Déjala en la PCB desnuda

Desconecta la fuente y luego quita todas las piezas. La Pi 5 se monta como cualquier placa moderna: primero las piezas de montaje superficial, luego los conectores de agujero pasante de los más bajos a los más altos, y la tarjeta microSD y el Active Cooler al final.

Colocación automática de las piezas SMD, y luego reflujo

Coloca las piezas bajas de agujero pasante

Coloca los conectores altos

Suelda las uniones de agujero pasante

Mete la tarjeta microSD

Coloca el Active Cooler

Conecta la fuente USB-C de 27 W

Ejecuta el nodo de conducción de ROS 2

Comprueba la alimentación y el calor

Averíala: aliméntala con un cargador de móvil de 5 V y 2 AAveríala

Averíala: hazla funcionar sin el Active CoolerAveríala

Averíala: una soldadura fría en el conector del ventiladorAveríala

Averíala: motores de tracción en los 5 V de la PiAveríala

Averíala: los 5 V del robot conectados al revésAveríala

Averíala: 12 V en los pines de 5 VAveríala

Vista despiezada

En el banco

Seleccionado

Instantáneo: cambia al momento, sin carga

Código: Arranque y comprobación

# boot_check.py: ejecútalo después del primer arranque para ver que la Pi está bien
# en una tarjeta SD recién grabada, actualiza primero:
#   sudo apt update && sudo apt full-upgrade
from pathlib import Path
import subprocess


def vcgencmd(*args):
    out = subprocess.run(['vcgencmd', *args], capture_output=True, text=True, check=True)
    return out.stdout.strip()


model = Path('/proc/device-tree/model').read_text().rstrip('\x00')
print(model)                             # Raspberry Pi 5 Model B Rev 1.0
print(vcgencmd('get_throttled'))         # throttled=0x0: la alimentación nunca ha caído
print(vcgencmd('measure_temp'))          # temperatura de la CPU
print(vcgencmd('measure_clock', 'arm'))  # reloj Arm: 2400000000 Hz a toda velocidad

Tres nodos: sensor, filtro y parada de seguridad

Python

Comprobaciones

Aún sin ejecutarDeclara window y stop_m y se suscribe a range
Aún sin ejecutarEl filtro registra una media con cada lectura
Aún sin ejecutarEl nodo de seguridad para a 0,45 m antes de 2 segundos

Pistas

Filtro: guarda una lista, añade cada lectura, haz pop(0) cuando sea más larga que la ventana y publica sum / len.
Seguridad: recuerda que ya has parado, para que el aviso se imprima una sola vez.
Con una ventana de 4, la media baja de 0,5 m por primera vez a 0,45 m: registra f'obstacle at {msg.data:.2f} m: stop'.
En una Pi: ros2 pkg create --build-type ament_python my_robot, un archivo de lanzamiento con DeclareLaunchArgument, y luego ros2 bag record -a y ros2 bag play.

Código de Tres nodos: sensor, filtro y parada de seguridad

class Filter(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('filter')
        # declara 'window', publica la media móvil en range_avg y regístrala

class Safety(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('safety')
        # declara 'stop_m', suscríbete a range_avg y publica Twist() en cuanto baje de ese valor

rclpy.init()
executor = SingleThreadedExecutor()
for node in (Sensor(), Filter(), Safety()):
    executor.add_node(node)
executor.spin()

Raspberry Pi 5

El banco

Monta y avería

Déjala en la PCB desnuda

Colocación automática de las piezas SMD, y luego reflujo

Coloca las piezas bajas de agujero pasante

Coloca los conectores altos

Suelda las uniones de agujero pasante

Mete la tarjeta microSD

Coloca el Active Cooler

Conecta la fuente USB-C de 27 W

Ejecuta el nodo de conducción de ROS 2

Comprueba la alimentación y el calor

Averíala: aliméntala con un cargador de móvil de 5 V y 2 AAveríala

Averíala: hazla funcionar sin el Active CoolerAveríala

Averíala: una soldadura fría en el conector del ventiladorAveríala

Averíala: motores de tracción en los 5 V de la PiAveríala

Averíala: los 5 V del robot conectados al revésAveríala

Averíala: 12 V en los pines de 5 VAveríala

Vista despiezada

Averíala a propósito

Subtensión con un cargador de móvil

Sin Active Cooler

Soldadura fría en el conector del ventilador

Caída de tensión: motores en la línea de 5 V de la Pi

Polaridad invertida en los pines de 5 V del GPIO

12 V en los pines de 5 V

Sin tarjeta microSD

Falta el PMIC

Falta el BCM2712

Falta la RAM

Falta el RP1

Estado en vivo

Consumo de corriente

Ponte a prueba

Después de: Colocación automática de las piezas SMD, y luego reflujo

Después de: Suelda las uniones de agujero pasante

Después de: Conecta la fuente USB-C de 27 W

Después de: Ejecuta el nodo de conducción de ROS 2

Después de: Averíala: aliméntala con un cargador de móvil de 5 V y 2 A

Después de: Averíala: hazla funcionar sin el Active Cooler

Cuestionario final del banco

Conoce el banco

Fuentes

En el banco

Tareas prácticas

Publica /cmd_vel a 10 Hz con un temporizador

Comprobaciones

Convierte /cmd_vel en velocidades de las ruedas

Comprobaciones

Tres nodos: sensor, filtro y parada de seguridad

Comprobaciones

Raspberry Pi 5

El banco

Monta y avería

Déjala en la PCB desnuda

Colocación automática de las piezas SMD, y luego reflujo

Coloca las piezas bajas de agujero pasante

Coloca los conectores altos

Suelda las uniones de agujero pasante

Mete la tarjeta microSD

Coloca el Active Cooler

Conecta la fuente USB-C de 27 W

Ejecuta el nodo de conducción de ROS 2

Comprueba la alimentación y el calor

Averíala: aliméntala con un cargador de móvil de 5 V y 2 AAveríala

Averíala: hazla funcionar sin el Active CoolerAveríala

Averíala: una soldadura fría en el conector del ventiladorAveríala

Averíala: motores de tracción en los 5 V de la PiAveríala

Averíala: los 5 V del robot conectados al revésAveríala

Averíala: 12 V en los pines de 5 VAveríala

Vista despiezada

Averíala a propósito

Subtensión con un cargador de móvil

Sin Active Cooler

Soldadura fría en el conector del ventilador

Caída de tensión: motores en la línea de 5 V de la Pi

Polaridad invertida en los pines de 5 V del GPIO

12 V en los pines de 5 V

Sin tarjeta microSD