Para la mayoría de los equipos novatos e intermedios de FIRST Tech Challenge (FTC), la respuesta corta es que no: no se necesitan estrictamente módulos de odometría con ruedas libres («dead wheels») para puntuar en la fase autónoma. Los encoders integrados en los motores, combinados con la Unidad de Medición Inercial (IMU) interna de tu REV Control Hub, pueden ejecutar de forma fiable una rutina autónoma de dos acciones, como aparcar y puntuar un elemento de juego precargado. Sin embargo, si tu equipo pretende realizar ciclos rápidos de múltiples muestras, trazar trayectorias continuas basadas en curvas spline o recuperarse con garantías de colisiones en el centro del campo, los encoders integrados se quedarán cortos. El motivo no reside en la calidad del software, sino en la física fundamental de las ruedas de tracción bajo carga.

La física: por qué mienten los encoders del motor

Los encoders integrados (como los encoders de efecto Hall incorporados en los motores goBILDA YellowJacket o REV HD Hex) miden la rotación del inducido interno del motor antes o después de la reductora. Responden con precisión a una sola pregunta: ¿cuántas vueltas ha dado el eje de salida de este motor?

Sin embargo, no pueden decirte en qué punto del campo de baldosas de espuma se encuentra el robot. La traslación de la rotación del eje a la posición en el campo falla debido a tres fenómenos físicos bien diferenciados:

• Deslizamiento de las ruedas (wheel slip): cada vez que el robot acelera con brusquedad, frena o cambia de dirección, las ruedas patinan sobre las blandas baldosas de espuma. Si una rueda gira en vacío aunque solo sean 50 milisegundos durante un arranque, el encoder del motor registrará un avance que jamás se ha producido.
• Pérdida vectorial en ruedas Mecanum: los chasis Mecanum se mueven de forma omnidireccional combinando fuerzas diagonales a través de rodillos pasivos. Sometidos a cargas de desplazamiento lateral (strafing), estos rodillos rozan y patinan mucho más que las ruedas de tracción convencionales. El cálculo matemático estándar con encoders no puede predecir de forma constante el desplazamiento lateral real cuando la fricción de los rodillos varía según el desgaste de las baldosas.
• Holgura en reductoras y transmisión (backlash): las reductoras planetarias, la holgura de las cadenas y la elongación de las correas introducen imprecisiones mecánicas entre los pulsos del encoder y la superficie de contacto del neumático. A lo largo de una rutina autónoma de 30 segundos con diez cambios de sentido, esta histéresis mecánica se acumula hasta generar desviaciones de entre 10 y 20 centímetros.

Cuándo son realmente suficientes los encoders integrados y la IMU

Antes de gastar presupuesto y espacio en el chasis montando ruedas auxiliares («dead wheels»), conviene plantearse si tu estrategia de fase autónoma las necesita de verdad. No te harán falta si tu rutina cumple estos criterios:

• Movimientos en línea recta y a baja velocidad: avanzar al 40 % de potencia produce un deslizamiento prácticamente insignificante en las ruedas.
• Corrección de orientación mediante IMU: utilizar el giroscopio integrado del Control Hub para gestionar todos los giros y mantener el rumbo suprime la deriva de rotación de la transmisión.
• Puestas a cero mediante sensores: si tu robot avanza hasta que un sensor de distancia detecta el muro perimetral o se alinea contra el borde del campo mediante un choque físico controlado («squaring» o «bumping»), la deriva acumulada del encoder vuelve a cero.
• Rutina autónoma de una sola tarea: dejar un elemento precargado, cruzar una línea y aparcar no requiere un seguimiento de trayectorias con precisión milimétrica.

Para los equipos que están en sus dos primeras temporadas, dedicar tres semanas a depurar el ajuste PID de Road Runner en módulos de odometría personalizados sin suspensión suele traducirse en una pérdida neta de puntos en competición frente al beneficio de construir un mecanismo de recogida (intake) fiable.

El punto de inflexión: cuándo resultan esenciales las ruedas libres

Los módulos de odometría con ruedas libres (también llamadas ruedas de seguimiento sin tracción o «dead wheels») constan de pequeñas ruedas omnidireccionales que giran libremente presionadas contra las baldosas del campo mediante muelles, conectadas individualmente a un encoder rotatorio independiente. Dado que estas ruedas no transmiten par motor ni soportan el peso del robot, ruedan sin patinar ni derrapar.

Has alcanzado el límite de los encoders integrados y necesitas ruedas auxiliares cuando te encuentres en las siguientes situaciones:

• Ejecutas trayectorias spline: librerías de trayectorias como Road Runner o Pedro Pathing necesitan actualizaciones continuas con precisión de microsegundos tanto de las coordenadas (x, y) como de la orientación (θ) mientras el robot acelera a la máxima potencia del motor.
• Te desplazas lateralmente a gran velocidad: si tu rutina autónoma se basa en desplazamientos diagonales o laterales por el centro del campo, las estimaciones de los encoders de tracción se desviarán 15 centímetros o más en una sola pasada.
• Rutinas autónomas de ciclos continuos: si intentas recoger tres o cuatro elementos de juego del suelo durante la ventana autónoma de 30 segundos, un error de solo 2 centímetros provocará que el mecanismo de recogida falle por completo en la alineación.
• Contactos o choques defensivos entre robots: si otro robot colisiona contra tu chasis durante la fase autónoma, las ruedas motrices patinarán sobre el suelo. Los encoders del motor asumirán que el robot ha avanzado con normalidad, mientras que las ruedas libres medirán el desplazamiento real provocado por el empujón.

Comparativa de los métodos de localización

Aspectos prácticos de la implementación

Si tu equipo decide dar el salto al seguimiento con ruedas auxiliares, ten en cuenta dos reglas mecánicas fundamentales. En primer lugar, los módulos deben empujarse hacia abajo con una fuerza constante mediante muelles; si una rueda libre rebota al pasar por una junta entre las baldosas de espuma, perderá el seguimiento de inmediato. En segundo lugar, asegúrate de tener suficientes puertos de encoder disponibles en tu REV Control Hub o Expansion Hub, ya que cada rueda libre ocupa una entrada de encoder que normalmente se reservaría para un motor.

Para los equipos sudafricanos que buscan componentes a nivel local, pueden encontrar componentes robóticos y electrónica de nivel de competición a través de la tienda de Sheen Robotics, o bien consultar nuestros módulos formativos para competición en el soporte para FTC de Sheen Robotics, diseñados para ayudar a los programadores a configurar eficazmente librerías de perfilado de movimiento.

El veredicto

No instales odometría de ruedas libres simplemente porque hayas visto a los mejores equipos usarla en YouTube. Instálala cuando el límite de puntuación de tu fase autónoma esté realmente bloqueado por el deslizamiento mecánico de las ruedas. Si a tu robot todavía le cuesta puntuar con fiabilidad un solo elemento precargado, ajusta primero los mecanismos y utiliza los encoders integrados junto con el control de orientación por IMU. Cuando llegue el momento de arañar segundos en tus trayectorias de ciclos y ejecutar rutinas autónomas de varios elementos a máxima velocidad, las «dead wheels» serán la mejora individual más eficaz que podrás incorporar.