Nox: Robot Errante Doméstico con SLAM Habilitado por ROS

Nox es un robot de tracción diferencial construido sobre ROS, Raspberry Pi y Arduino, equipado con Kinect 360 para SLAM en tiempo real y detección de obstáculos.

Inicialmente concebido como base modular, lo expandí a una plataforma totalmente autónoma capaz de crear mapa de su entorno (usando gmapping), localizarse y planificar rutas libres de colisiones hacia cualquier objetivo.

Alimentado por batería Li‑Ion de 11,1 V y dos motores DC de 12 V (107 rpm) de Banggood, el robot permite recambio rápido –el panel frontal es extraíble y acepta baterías de varias longitudes. Un indicador de nivel de batería alerta cuando hace falta recargar.

Aunque los motores dan velocidad amplia, prioricé encoders precisos para navegación más suave.

El chasis se diseñó para integrar el Kinect sin fisuras. Opté por forma triangular elegante inspirada en diseño contemporáneo y la estética icónica “Deus Ex”. Ajustes CAD extensos aseguraron acabado profesional manteniendo cableado manejable.

LEDs de estado –reciclados de una varita luminosa de Nochevieja– dan pistas visuales: parpadeo rápido triple indica que Arduino aún no conectado al master ROS; patrón respiratorio indica navegación activa, con frecuencia de parpadeo escalando a velocidad del robot.

Parpadeo no conectado

Parpadeo en reposo

Estructura

La tracción diferencial coloca ambos motores en eje compartido. Base de madera soporta dos ruedas locas para estabilidad; la trasera aloja placas apiladas para Raspberry Pi, Arduino y demás electrónica.

La carcasa exterior es placa de plástico negro cortada a mano, diseño que se optimizará con impresión 3D en futuras versiones.

Hardware

En el núcleo está una Raspberry Pi 3B corriendo Ubuntu y ROS, accesible vía Wi‑Fi y SSH para control remoto. ROS gestiona odometría, planificación de navegación y SLAM con datos del Kinect. La Pi envía comandos de velocidad a un Arduino Mega 2560, que acciona los motores mediante Adafruit Motor Shield usando bucle PID. Retroalimentación de encoders vuelve a la Pi para odometría precisa.

Experimenté con Uno y Leonardo antes de decantarme por Mega 2560, que ofrece memoria amplia y pines de interrupción para lectura de encoders.

El Kinect 360 es central: cámara 3D de 25 € que entrega datos de profundidad para gmapping, y también proporciona visión, acelerómetro y array de micrófonos –valioso para expansiones futuras.

Gestión de energía usa dos convertidores DC: motores van directo de la batería 11,1 V; Pi, Arduino y encoders a 5 V; Kinect recibe 12 V estabilizados.

Software

El proyecto corre ROS Kinetic. El único nodo personalizado, nox_controller, calcula odometría desde datos de velocidad de motores. El modelo cinemático sigue el enfoque de “On Differential Drive Robot Odometry with Application to Path Planning”. Matrices de covarianza se publican para futura fusión de sensores.

Control de motores usa comandos PWM directos; el bucle PID está deshabilitado pero se calibrará para mayor precisión. La retroalimentación de encoders ya ofrece regulación de velocidad satisfactoria.

Leer Más Detalle: Nox – A House Wandering Robot (ROS)