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🚤 Lancha Autónoma — Wiki

ES: Wiki del proyecto Lancha Autónoma (USV — Unmanned Surface Vehicle).

EN: Wiki of the Autonomous Boat (USV — Unmanned Surface Vehicle) project.

🎯 Objetivo / Objective

ES: Desarrollar una lancha autónoma para navegación en entornos acuáticos, implementando sistemas de control y navegación autónoma, validando algoritmos en simulación (VRX) y desplegando en hardware real.

EN: Develop an autonomous boat for navigation in aquatic environments, implementing control and autonomous navigation systems, validating algorithms in simulation (VRX), and deploying to real hardware.

🛠️ Tecnologías / Technologies

Tecnología	Versión	Propósito
ROS 2	Jazzy	Framework de robótica
Gazebo	Harmonic	Simulador 3D
VRX	Última	Simulador USV
Python	3.12	Scripts de control
C++	17	Nodos ROS 2

📊 Estado del Proyecto / Project Status

Módulo	Estado	Progreso
Simulación VRX	✅	100%
Control Manual	✅	100%
Monitoreo de Sensores	✅	100%
Navegación Autónoma	🔄	40%
Pruebas de Hardware	⏳	0%

🖥️ Hardware

Componente	Especificación
Portátil	ASUS TUF Gaming F15 (FX506HC)
CPU	Intel Core i5-11400H
RAM	32 GB
GPU	NVIDIA GeForce RTX 3050 Mobile

Distribución de discos:

nvme0n1 (512 GB) — Windows 11
nvme1n1 (1 TB) — Ubuntu + Backup

🔧 Instalación / Installation

Requisitos

Windows 11 con WSL2 (o Ubuntu nativo)
20 GB de disco disponible
8 GB RAM mínimo (16 GB recomendado)

Pasos principales

1. WSL2 + Ubuntu 24.04

wsl --install -d Ubuntu-24.04

2. Gazebo Harmonic

sudo apt install gz-harmonic -y

3. ROS 2 Jazzy

sudo apt install ros-jazzy-desktop-full -y
echo "source /opt/ros/jazzy/setup.bash" >> ~/.bashrc

4. VRX (compilado desde fuente)

mkdir -p ~/vrx_ws/src && cd ~/vrx_ws/src
git clone https://github.com/osrf/vrx.git -b jazzy
cd ~/vrx_ws && rosdep install --from-paths src --ignore-src -r -y
colcon build --merge-install --symlink-install
echo "source ~/vrx_ws/install/setup.bash" >> ~/.bashrc

Verificación

ros2 -h
gz sim --help
ros2 pkg list | grep vrx

⚠️ Nota: En WSL2 se requiere export LIBGL_ALWAYS_SOFTWARE=1 para evitar fallos de OpenGL. En Ubuntu nativo con GPU NVIDIA se puede habilitar D3D12 para aceleración.

🎮 Control del WAM-V / WAM-V Control

Script de control manual

cd ~/vrx_ws/src/vrx/scripts
python3 teleop_wamv.py

Controles

Tecla	Acción	Descripción
`i`	⬆️ Avanzar	Ambos propulsores avanzan
`k`	⏹️ Detener	Ambos propulsores se detienen
`j`	⬅️ Girar izquierda	Derecho avanza, izquierdo retrocede
`l`	➡️ Girar derecha	Izquierdo avanza, derecho retrocede
`q`	💪 Aumentar potencia	+10% empuje
`z`	💪 Reducir potencia	-10% empuje
`Ctrl+C`	❌ Salir	Detiene y cierra

Control directo por tópicos

# Avanzar (50%)
ros2 topic pub /wamv/thrusters/left/thrust std_msgs/msg/Float64 "{data: 50.0}" --once
ros2 topic pub /wamv/thrusters/right/thrust std_msgs/msg/Float64 "{data: 50.0}" --once

# Girar izquierda
ros2 topic pub /wamv/thrusters/left/thrust std_msgs/msg/Float64 "{data: -50.0}" --once
ros2 topic pub /wamv/thrusters/right/thrust std_msgs/msg/Float64 "{data: 50.0}" --once

# Detener
ros2 topic pub /wamv/thrusters/left/thrust std_msgs/msg/Float64 "{data: 0.0}" --once
ros2 topic pub /wamv/thrusters/right/thrust std_msgs/msg/Float64 "{data: 0.0}" --once

Movimiento según propulsores

Izquierdo	Derecho	Movimiento
300	300	Recto hacia adelante
500	200	Girar a la derecha
200	500	Girar a la izquierda
-300	-300	Reversa
300	-300	Girar en el lugar

🎯 Navegación Autónoma A→B / Autonomous A→B Navigation

Descripción

Controlador proporcional que navega el WAM-V desde su posición actual (punto A) hasta un destino (punto B) sin intervención manual.

Características:

Lee la pose del WAM-V desde Gazebo (/world/sydney_regatta/dynamic_pose/info)
Calcula distancia y rumbo (usando cuaterniones)
Publica comandos a los propulsores con corrección de rumbo
Se detiene automáticamente al llegar (< 3 m del destino)

Ubicación: ~/vrx_ws/src/vrx/scripts/controlador_ab.py

Lanzamiento (4 terminales)

Terminal 1 — Gazebo + VRX:

cd ~/vrx_ws
source install/setup.bash
ros2 launch vrx_gz competition.launch.py world:=sydney_regatta

Terminal 2 — Visualizador v6 (opcional):

source ~/vrx_ws/install/setup.bash
python3 ~/vrx_ws/src/vrx/scripts/visualizar_trayectoria_v6.py

Terminal 3 — RViz2 (opcional):

source ~/vrx_ws/install/setup.bash
rviz2

Terminal 4 — Controlador A→B:

source ~/vrx_ws/install/setup.bash
python3 ~/vrx_ws/src/vrx/scripts/controlador_ab.py

Parámetros

Parámetro	Descripción	Valor por defecto
`PUNTO_B`	Coordenadas de destino (x, y)	`(-500.0, 200.0)`
`DISTANCIA_LLEGADA`	Umbral para "llegado"	`3.0 m`
`POTENCIA_MAX`	Potencia máxima	`400`
`GANANCIA_ANGULO`	Kp para corrección de rumbo	`1.5`
`DISTANCIA_FRENADO`	Distancia de frenado	`10.0 m`

Cambiar destino

sed -i 's/PUNTO_B = (-500.0, 200.0)/PUNTO_B = (-480.0, 150.0)/' \
~/vrx_ws/src/vrx/scripts/controlador_ab.py

Diferencias WSL2 vs Ubuntu Nativo

Aspecto	WSL2	Ubuntu Nativo
Entorno	WSL2 con `.wslconfig`	Ubuntu 24.04 nativo
Mundo	`waypoint_race.sdf`	`sydney_regatta.sdf`
Puntos A/B	Boyas físicas	Coordenadas en script
Control	Solo posición	Rumbo real (cuaterniones)
Parser	`gz model -m wamv -p`	`gz topic -e dynamic_pose/info`
Frecuencia	~2 Hz	~20 Hz
Rutas validadas	1	2

🎯 Controlador Proporcional Puro (P) / Pure Proportional Controller

Concepto

Un controlador proporcional (P) es el tipo más simple de lazo cerrado:

$$u(t) = K_p \cdot e(t)$$

Donde el error es la distancia euclidiana al goal:

$$e = \sqrt{(X - X_G)^2 + (Y - Y_G)^2}$$

Características:

Sin término integral (I): no elimina error en estado estacionario
Sin término derivativo (D): no amortigua oscilaciones
Fácil de implementar: solo una ganancia
Respuesta rápida

Limitación conocida: un P puro sobre distancia no corrige el rumbo. Si el WAM-V arranca con un heading que no apunta al goal, se desviará.

Resultados experimentales (Kp = 1.0)

Métrica	Valor
Duración	793.1 s (~13 min)
Muestras	15,860 @ 20 Hz
Error inicial	30.21 m
Error final	243.74 m ⚠️
Posición inicial	(-532.26, 161.96)
Posición final	(-407.56, 340.18)
Goal (B)	(-560.00, 150.00)
¿Llegó?	❌ No

Observaciones:

El error creció en lugar de disminuir
El WAM-V se alejó del goal — navegó en dirección opuesta
La señal u siguió la ecuación — u = Kp·e se cumplió en cada muestra
La saturación se alcanzó cuando e > 400

Análisis

El controlador P puro sobre distancia no corrige el rumbo del WAM-V. Cuando el heading inicial no apunta hacia el goal, el WAM-V avanza en la dirección de su proa y se aleja del destino.

Esto NO es un error del código — es una limitación estructural del control P puro sobre distancia. La ecuación se cumple perfectamente en cada muestra (15,860 registros verificados), pero el comportamiento del sistema no es el deseado para navegación autónoma.

Conclusión

Se implementó correctamente el controlador P puro ($u = K_p \cdot e$)
Se verificó empíricamente la ecuación de control en cada muestra
Se descubrió una limitación importante: el control P puro sobre distancia no navega autónomamente
El WAM-V se aleja del goal cuando su heading inicial no apunta hacia el destino
Se motiva la siguiente fase: añadir un segundo lazo P sobre el error de rumbo

📡 Visualizador de Trayectoria del WAM-V

Descripción

Script de Python que:

Lee /world/sydney_regatta/dynamic_pose/info desde Gazebo usando gz topic -e
Parsea la posición del WAM-V usando regex
Publica un Marker LINE_STRIP en /trayectoria_wamv
RViz2 lo renderiza en tiempo real

Ubicación: ~/vrx_ws/src/vrx/scripts/visualizar_trayectoria_v6.py

Configuración de RViz2 (primera vez)

Fixed Frame: wamv/wamv/base_link
Add → By topic → /trayectoria_wamv → Marker
Target Frame: wamv/wamv/base_link
Distance: 30
Focal Point: X=0, Y=0, Z=0

Verificación

# Frecuencia de pose (esperado ~95 Hz)
timeout 10 ros2 topic hz /wamv/pose

# Frecuencia del visualizador (esperado ~20 Hz)
timeout 10 ros2 topic hz /trayectoria_wamv

🎮 Sistema Completo — 5 Terminales

Terminal 1: Gazebo + VRX

cd ~/vrx_ws
source install/setup.bash
ros2 launch vrx_gz competition.launch.py world:=sydney_regatta

⏳ Esperar ~45 segundos para que cargue Gazebo.

Terminal 2: Visualizador v6

source ~/vrx_ws/install/setup.bash
python3 ~/vrx_ws/src/vrx/scripts/visualizar_trayectoria_v6.py

✅ Esperar mensaje: "Visualizador v6 iniciado".

Terminal 3: RViz2

source ~/vrx_ws/install/setup.bash
rviz2

Terminal 4: Propulsor Izquierdo

source ~/vrx_ws/install/setup.bash
ros2 topic pub -r 20 /wamv/thrusters/left/thrust std_msgs/msg/Float64 "data: 300.0"

Terminal 5: Propulsor Derecho

source ~/vrx_ws/install/setup.bash
ros2 topic pub -r 20 /wamv/thrusters/right/thrust std_msgs/msg/Float64 "data: 300.0"

Resultado esperado

Gazebo: WAM-V moviéndose sobre el agua
Terminal 2: Punto 50 | (-532.05, 162.03) cada ~8 seg
RViz2: Trayectoria naranja dibujándose en curva

Detener todo

pkill -9 -f "gz sim"
pkill -9 -f "ros2 launch"
pkill -9 -f "parameter_bridge"
pkill -9 -f "visualizar_trayectoria"
pkill -9 -f "rviz2"
pkill -9 -f "ros2 topic pub"

Problemas comunes

Problema	Solución
WAM-V no aparece en Gazebo	Esperar otros 45 segundos
Visualizador sin puntos	Lanzar Terminales 4 y 5
RViz2 no dibuja trayectoria	Verificar Fixed Frame = `wamv/wamv/base_link`
Tópicos no existen	Ejecutar `source ~/vrx_ws/install/setup.bash`

🚀 Aceleración por GPU en WSL2

Objetivo

Mejorar los FPS de ~10 a ~60+ migrando de renderizado por software (llvmpipe) a D3D12 con GPU NVIDIA.

Requisitos

Windows 11 (22H2+)
WSL2 con Ubuntu 24.04
GPU NVIDIA (RTX 3050+)
Driver NVIDIA 570+ en Windows

Verificación

ls -la /dev/dxg
glxinfo -B
nvidia-smi
ls -la /usr/lib/wsl/lib/libd3d12*

Configuración en `~/.bashrc`

# GPU NVIDIA para WSL2 (D3D12)
export GALLIUM_DRIVER=d3d12
export MESA_D3D12_DEFAULT_ADAPTER_NAME=NVIDIA
export LIBGL_ALWAYS_SOFTWARE=0
export LD_LIBRARY_PATH=/usr/lib/wsl/lib:$LD_LIBRARY_PATH

# ROS 2 Jazzy + VRX
source /opt/ros/jazzy/setup.bash
source ~/vrx_ws/install/setup.bash

Verificación final

glxinfo -B | grep -E "renderer|Accelerated|Device"

Salida esperada:

Device: D3D12 (NVIDIA GeForce RTX 3050 Laptop GPU)
Accelerated: yes
OpenGL renderer string: D3D12 (NVIDIA GeForce RTX 3050 Laptop GPU)

📈 Cifras Finales / Final Figures

Métrica	WSL2 (antes)	Ubuntu Nativo (ahora)	Objetivo
Frecuencia de pose	5 Hz	95 Hz	≥ 50 Hz
Latencia	~430 ms	~10 ms	≤ 20 ms
Estado	❌	✅ margen 2x	—

🐛 Problemas Resueltos / Resolved Issues

WSL2 con alta latencia → Migrar a Ubuntu nativo
El instalador de Xubuntu falla → Usar debootstrap (CLI)
BitLocker bloquea el acceso → Suspender BitLocker primero
fstab vacío causó modo de solo lectura → Escribir usando UUIDs
/wamv/pose devuelve datos del sensor, no la pose mundial → Usar /world/sydney_regatta/dynamic_pose/info
RViz2 descarta el Marker → frame_id = "wamv/wamv/base_link"

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Crea tu rama: git checkout -b feature/AmazingFeature
Commit: git commit -m 'Add some AmazingFeature'
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Commit your changes: git commit -m 'Add some AmazingFeature'
Push to the branch: git push origin feature/AmazingFeature
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📄 Licencia / License

ES: Este proyecto está bajo la Licencia MIT — consulta el archivo LICENSE para más detalles.

EN: This project is licensed under the MIT License — see the LICENSE file for details.

📞 Contacto / Contact

Miguel V. Monroy
📧 [email protected]
🔗 GitHub

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Última actualización / Last update: Septiembre 2026 / September 2026

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🖥️ Hardware

🔧 Instalación / Installation

Requisitos

Pasos principales

🎮 Control del WAM-V / WAM-V Control

Script de control manual

Controles

Control directo por tópicos

Movimiento según propulsores

🎯 Navegación Autónoma A→B / Autonomous A→B Navigation

Descripción

Lanzamiento (4 terminales)

Parámetros

Cambiar destino

Diferencias WSL2 vs Ubuntu Nativo

🎯 Controlador Proporcional Puro (P) / Pure Proportional Controller

Concepto

Resultados experimentales (Kp = 1.0)

Análisis

Conclusión

📡 Visualizador de Trayectoria del WAM-V

Descripción

Configuración de RViz2 (primera vez)

Verificación

🎮 Sistema Completo — 5 Terminales

Terminal 1: Gazebo + VRX

Terminal 2: Visualizador v6

Terminal 3: RViz2

Terminal 4: Propulsor Izquierdo

Terminal 5: Propulsor Derecho

Resultado esperado

Detener todo

Problemas comunes

🚀 Aceleración por GPU en WSL2

Objetivo

Requisitos

Verificación

Configuración en ~/.bashrc

Verificación final

📈 Cifras Finales / Final Figures

🐛 Problemas Resueltos / Resolved Issues

🤝 Contribuciones / Contributions

📄 Licencia / License

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Configuración en `~/.bashrc`