Raspberry Pi

Qué es

La Raspberry Pi es un ordenador completo del tamaño de una tarjeta de crédito. Donde un Arduino Uno es un microcontrolador que ejecuta un único programa para siempre, un Pi ejecuta Linux, así que puede manejar una cámara, hablar con la red, ejecutar ROS 2 y correr tu código de robótica todo a la vez. Es el cerebro al que recurres cuando un robot necesita pensar, no solo reaccionar.

Ese poder es también su contrapartida: el multitarea de Linux hace que el Pi sea peor en los tiempos con precisión de microsegundo que un microcontrolador resuelve sin esfuerzo. Los dos son socios, no rivales.

Cómo funciona

El Pi arranca un sistema operativo (normalmente Raspberry Pi OS) desde una tarjeta microSD y se comporta como cualquier máquina Linux. Para robótica, la parte importante es la cabecera GPIO de 40 pines: entradas y salidas digitales, más buses I²C, SPI y UART, que permiten al Pi leer sensores y mandar órdenes al hardware. Por encima están las partes informáticas —USB, Ethernet, Wi-Fi y una interfaz de cámara— que un microcontrolador sencillamente no tiene.

Una arquitectura habitual es el robot de dos cerebros: el Pi se encarga de la percepción y la planificación (visión, SLAM, nodos de ROS) y baja las órdenes de los motores a un Arduino que hace el control en tiempo real.

Cuándo usarlo

Recurre a un Pi cuando el robot necesite las capacidades de un ordenador:

• Visión por computador: una cámara más OpenCV para detectar marcadores, objetos o líneas.
• ROS 2: ejecutar nodos, temas y la pila de navegación.
• Cartografía y SLAM: construir un mapa y localizarse en él.
• Redes: un panel de control web, control remoto o telemetría.

Quédate con un Arduino o un ESP32 para tareas de control puro en tiempo real: son más baratos, más simples y mejores en tiempos precisos.

Cableado y errores comunes

• Lógica de 3,3 V, y sin tolerancia a 5 V. Meterle 5 V a un pin GPIO puede dañar el Pi. Convierte el nivel de las señales que vienen de componentes de 5 V (por ejemplo la línea TX de un HC-05).
• Sigue sin poder alimentar motores. El GPIO maneja señales; la corriente de motor pasa por un controlador como el L298N.
• La alimentación es quisquillosa. Dale unos 5 V estables y con corriente suficiente; los brown-outs corrompen la tarjeta SD y provocan reinicios aleatorios.
• Apágalo limpiamente. Cortar la alimentación de un sistema Linux en marcha puede corromper la tarjeta: diseña un apagado seguro o usa un sistema de archivos de solo lectura.

La cabecera de 40 pines, y cuáles puedes usar

La cabecera tiene 40 pines y solo 26 son GPIO utilizables. El resto son alimentación y masa.

Dos de esas filas le cuestan a la gente una tarde entera con regularidad.

El UART es la consola. De fábrica, GPIO 14/15 llevan un prompt de login de Linux. Si conectas ahí un módulo GPS o un Arduino, obtendrás ruido de login en lugar de datos. Libéralos con sudo raspi-config → Interface Options → Serial Port → login shell: no, hardware serial: yes. En un Pi 3 y posteriores hay otro detalle: el buen UART lo usa el Bluetooth por defecto, y el de la cabecera es un «mini UART» menor cuya velocidad de baudios se desvía con el reloj de la CPU. Añade dtoverlay=disable-bt a /boot/config.txt para intercambiarlos.

El PWM por software vibra. Solo cuatro pines tienen PWM por hardware. Todo lo demás lo genera el kernel, y el planificador de Linux lo interrumpirá, lo que en un servo se ve como conmutación visible. Es la ilustración más clara de lo que un Pi hace mal.

El problema de los tiempos, dicho sin rodeos

Esto es lo más importante que hay que entender sobre un Pi en un robot, y no es un defecto: es lo que es un sistema operativo.

Un microcontrolador ejecutando loop() corre tu código y nada más, así que un intervalo de 1 ms es 1 ms. Linux es de tiempo compartido: el kernel puede preemptar tu proceso para atender un paquete de red, vaciar una escritura en disco o ejecutar cualquiera de cien tareas en segundo plano.

La consecuencia es la arquitectura de dos cerebros, y no es un compromiso sino el diseño normal de un robot serio:

Raspberry Pi                        Microcontroller
- camera, vision                    - encoder counting
- SLAM, path planning       <-->    - PID motor control
- ROS 2 nodes                       - servo timing
- networking, dashboard             - emergency stop
        high-level goals                  hard real time

Se hablan por serie USB, UART o I²C, y cada uno hace lo que se le da bien. Un Pi que intenta contar flancos de encoder los perderá; un Arduino que intenta ejecutar OpenCV no puede.

Cómo alimentarlo, y el problema de la tarjeta SD

La alimentación es donde fallan los robots con Pi, y el modo de fallo es inhabitualmente caro: un brown-out durante una escritura corrompe la tarjeta SD, y pierdes la imagen completa del sistema.

Reglas que se derivan de eso:

• Nunca alimentes los motores y el Pi desde el mismo riel. La corriente de arranque del motor es exactamente el transitorio que corrompe una tarjeta.
• Usa un regulador conmutado, no uno lineal, si bajas de una batería. Un regulador lineal que pasa de 11,1 V a 5 V a 1 A quema 6 W.
• Vigila el rayo. El Pi muestra un icono de aviso de subtensión y lo registra en el log; vcgencmd get_throttled también lo informa. Cualquier valor distinto de cero significa que la alimentación es insuficiente, y acabará corrompiendo una tarjeta.
• Apágalo limpiamente. sudo shutdown -h now antes de cortar la alimentación. Un robot que se apaga con un interruptor de palanca necesita un botón de apagado cableado a un GPIO, o un sistema de archivos raíz de solo lectura.

El sistema de archivos de solo lectura merece considerarse seriamente para un robot desplegado: con overlayfs activado, nunca se escribe nada en la tarjeta durante el funcionamiento, y la alimentación se puede cortar en cualquier momento sin consecuencias. Pierdes la posibilidad de guardar datos localmente, que suele ser un intercambio razonable.

Qué modelo elegir para un robot

Para ROS 2 con cámara, los 4 GB son el punto en que las cosas dejan de ser frustrantes. RViz, un nodo de visión y una pila de navegación juntos usarán más de 1 GB, y un Pi que empieza a intercambiar con la tarjeta SD se vuelve insoportablemente lento, y desgaste la tarjeta.

Dos accesorios que en la práctica no son opcionales: un disipador o ventilador (un Pi 4 bajo carga sostenida limita su frecuencia a 80 °C, y un Pi limitado pierde fotogramas) y una tarjeta microSD de buena calidad, clase A2, o mejor, arrancar desde un SSD USB. La velocidad de la tarjeta es el cuello de botella mucho más a menudo que la CPU.

Resolución de problemas

¿Pi o microcontrolador?

El encuadre honesto: no son competidores. Un Pi no puede contar un encoder de forma fiable y un microcontrolador no puede ejecutar OpenCV. Casi todos los robots de afición capaces acaban con ambos, y reconocerlo pronto ahorra mucho esfuerzo dedicado a intentar que uno haga el trabajo del otro.

Si todo el comportamiento de tu robot cabe en un lazo de control —un seguidor de línea, un esquivador de obstáculos, un resolutor de laberinto— no necesitas un Pi en absoluto, y añadirlo hace que el robot tarde más en arrancar, sea más frágil y más difícil de depurar.