PDF de programación - Integración de ROS (Robot Operating System) con Arduino y Raspberry Pi

INTEGRACIÓN DE ROS

(ROBOT OPERATING SYSTEM)

CON ARDUINO Y RASPBERRY PI
























Álvaro Ángel Romero Gandul

Tutor: Federico Cuesta Rojo








Dpto. Ingeniería Sistemas y Automática

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2014






























Agradecimientos



Resulta difícil expresar en unas pocas líneas tantas sensaciones y emociones que

convergen en la finalización de este proyecto fin de carrera y cuánto significa.

En primer lugar me gustaría agradecer a mi familia el apoyo y amor incondicional
durante todos estos años. Muy en especial a mis padres, sin los cuales nada de esto hubiera
sido posible, a los cuales profeso mi más sincero amor y profunda devoción. A mi padre,
Serafín, por representar siempre esa serenidad, humildad, honradez, vocación por su
familia y profesión, esa persona con la que siempre da gusto sentarse a hablar de tantos
temas como se pueda imaginar e incontables cualidades más en las que siempre he tratado
de fijarme para crecer como persona. A mi madre, Rosario, de la cual siempre me he
sentido orgulloso de ser su “mellizo”, por transmitirme esos valores de lucha, de no
rendirme nunca, de pelear hasta el último aliento para conseguir mis sueños y metas, por
definirse como la voz de la conciencia, mi “Pepito Grillo” particular sin el cual estaría
perdido hoy día. Por todo esto y mucho más, puedo sentir este orgullo y admiración
incontenibles además de una envidia sana de dos de las mejores personas que jamás
conoceré.

No podría olvidarme de mi hermana pequeña, Ana, mi aliada en la sombra. Pese a
que no siempre fuimos uña y carne, el tiempo nos dio la razón y hoy día es de lejos la
mejor amiga que puedo llegar a tener. Esa persona a la que siempre he podido recurrir
cuando la he necesitado y con la que no me canso de compartir anécdotas y aventuras
(psicosis, ermies, calgon…).

A mi novia, Rosa, por constituirse como esa pieza insustituible y de valor
incalculable en mi vida. Por haberme hecho crecer como persona desde el primer
momento que nos conocimos, por constituir ese apoyo incondicional, ese hombro sobre
el que llorar, por transmitir tanta alegría en tantos momentos y por contagiarme de ese
positivismo sin el cual no sería posible avanzar. Por haberme ayudado a introducirme en
el mundo de la programación, sirviéndome como base para la realización de este proyecto.

Por último y no menos importante, a todos mis amigos y amigas que me han
acompañado a lo largo ya no solo de la carrera, si no de tantos años de sana amistad,
incontables aventuras, apoyo en malos momentos, risas y variopintas circunstancias. En
líneas generales, por respeto y cariño a todos y tantos de ellos, puesto que cada uno ha
aportado esa preocupación, cariño, compañerismo y en definitiva amistad de la cual me
siento tan orgulloso.

Me gustaría agradecer a mi tutor, Federico Cuesta, la oportunidad de realizar este
proyecto fin de carrera bajo su tutela. Por todo cuanto ello ha representado y cuanto he
aprendido durante su realización. Por abrirme esa puerta al mundo de la programación y
control de robots y descubrir el vasto mundo que hay tras ello.
















INDICE ABREVIADO

1 INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 1

2 ELEMENTOS INTEGRANTES ............................................................................... 3

2.1 ROS .................................................................................................................................................... 3
2.1.1 Introducción ............................................................................................................................... 3
2.1.2 Historia ....................................................................................................................................... 4
2.1.3 Características............................................................................................................................ 5
2.1.4 Historial de versiones ............................................................................................................... 12
2.1.5 Conceptos básicos de ROS ........................................................................................................ 13
2.2 RASPBERRY PI .................................................................................................................................. 14
2.2.1 Introducción ............................................................................................................................. 14
2.2.2 Historia ..................................................................................................................................... 15
2.2.3 Hardware ................................................................................................................................. 16
2.2.4 Conclusiones ............................................................................................................................ 18
2.3 ARDUINO ......................................................................................................................................... 19
2.3.1 Introducción ............................................................................................................................. 19
2.3.2 Arduino MEGA ADK .................................................................................................................. 19

3 PREPARACIÓN DEL ENTORNO DE TRABAJO .............................................. 25

3.1 INSTALACIÓN Y CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA OPERATIVO RASPBIAN EN EL RASPBERRY PI .................................. 25
3.1.1 Raspbian .................................................................................................................................. 25
3.1.2 Requisitos ................................................................................................................................. 25
3.1.3 Instalación ................................................................................................................................ 27
3.1.4 Configuración ........................................................................................................................... 28
3.2 INSTALACIÓN DEL PAQUETE ROS ............................................................................................................. 31
3.2.1 ROS Groovy Galapagos ............................................................................................................ 31
3.2.2 Métodos de instalación ............................................................................................................ 32
3.3 EDICIÓN DEL ARCHIVO .BASHRC ............................................................................................................... 40
3.4 INTEGRACIÓN DE LA PLACA ARDUINO CON ROS .......................................................................................... 40
3.4.1 Rosserial ................................................................................................................................... 40

4. ROBOT OBJETIVO ................................................................................................ 44

4.1 DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS ............................................................................................................. 44
4.2 L293D ............................................................................................................................................... 45
4.3 ESQUEMAS DE CONEXIONADO ................................................................................................................. 47
4.3.1 Conexionado al motor .............................................................................................................. 47
4.3.2 Conexionado Arduino ............................................................................................................... 48
4.4 APLICACIONES DISEÑADAS ...................................................................................................................... 48
4.4.1 Aplicación 1 .............................................................................................................................. 48
4.4.2 Aplicación 2 .............................................................................................................................. 48
4.4.3 Comunicación de los sensores: Arduino Wire y bus I2C ........................................................... 49

5 HARDWARE IMPLICADO ................................................................................... 57

5.1 SENSOR DE ULTRASONIDO HC-SR04 ........................................................................................................ 57
5.1.1 Descripción ............................................................................................................................... 57
5.1.2 Características.......................................................................................................................... 57
5.1.3 Funcionamiento ....................................................................................................................... 59
5.2 WEATHER SHIELD ................................................................................................................................. 59
5.2.1 Descripción ............................................................................................................................... 60









5.2.2 Características........................................................