pybricks-ev3-fundamentals

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pybricks-ev3-fundamentals

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API de Pybricks específica para LEGO MINDSTORMS EV3 (no Spike Prime, no NXT). Cubre EV3Brick, módulo pybricks.ev3devices, Motor, ColorSensor, GyroSensor, InfraredSensor, UltrasonicSensor, TouchSensor de EV3, puertos 1-4 y A-D, MicroPython embebido y diferencias clave contra Pybricks Spike. Usar SIEMPRE que se trabaje con robots EV3, ev3dev, Pybricks for EV3, programación EV3 con Python, o se mencione 'EV3Brick', 'Port.S1', 'Port.A', 'ev3devices', 'brick.py', 'ev3dev-stretch', 'ev3-pybricks', 'EV3', 'LargeMotor', 'MediumMotor', 'ColorSensor EV3', 'GyroSensor EV3'. NO usar para Spike Prime (eso es pybricks-spike-fundamentals) ni para sensores Mindsensors I2C (eso es mindsensors-ev3-sensors).

Pybricks para EV3 — fundamentos

LEGO MINDSTORMS EV3 es la generación anterior al Spike Prime y sigue siendo la plataforma dominante en competencias educativas (RoboCup Junior, WRO en muchas regiones, FLL hasta 2023, OBR). Pybricks corre sobre el firmware ev3dev y expone una API limpia de MicroPython que es muy parecida a la de Spike pero no idéntica.

Esta skill cubre las diferencias clave, los gotchas típicos del EV3 y el patrón base de un programa de competición.

Cuándo usar / cuándo NO usar

• ✅ Usar para: programar EV3 con Pybricks, instalar ev3dev en SD, conectar EV3 vía SSH/Wi-Fi/BT, manejar motors EV3 (LargeMotor, MediumMotor), sensores LEGO oficiales conectados al EV3.
• ❌ No usar para: Spike Prime / Robot Inventor (es pybricks-spike-fundamentals), sensores Mindsensors I²C (es mindsensors-ev3-sensors), EV3 con el firmware LEGO oficial o EV3-G (este skill asume Pybricks/ev3dev exclusivamente).

Instalación rápida (resumen)

1. Bajar imagen ev3dev-stretch-ev3-generic-2020-04-10.img.xz desde ev3dev.org.
2. Flashear a microSD ≥ 8 GB con balenaEtcher.
3. Insertar SD en EV3, encender — bootea desde la SD sin tocar el firmware interno.
4. Conectar por USB/Wi-Fi y abrir VS Code con extensión LEGO MINDSTORMS EV3 MicroPython (de LEGO/ev3dev).
5. Cada programa se sube por SSH y corre con brickrun.

Para Pybricks 3.x (versión moderna), se usa el mismo flujo pero el import cambia — ver abajo.

Estructura típica de un programa Pybricks EV3

#!/usr/bin/env pybricks-micropython
from pybricks.hubs import EV3Brick
from pybricks.ev3devices import (Motor, TouchSensor, ColorSensor,
                                 InfraredSensor, UltrasonicSensor, GyroSensor)
from pybricks.parameters import Port, Stop, Direction, Button, Color
from pybricks.tools import wait, StopWatch, DataLog
from pybricks.robotics import DriveBase
from pybricks.media.ev3dev import SoundFile, ImageFile

# Hub
ev3 = EV3Brick()

# Motors — EV3 usa puertos A, B, C, D
left_motor = Motor(Port.B, Direction.CLOCKWISE)
right_motor = Motor(Port.C, Direction.CLOCKWISE)

# Sensors — EV3 usa puertos 1, 2, 3, 4
color_sensor = ColorSensor(Port.S3)
gyro = GyroSensor(Port.S2)
touch = TouchSensor(Port.S1)

# DriveBase — diámetro de rueda y track width en mm
WHEEL_DIAMETER = 56    # rueda balón de fútbol clásica de EV3
AXLE_TRACK = 114       # distancia entre el centro de las ruedas
drive = DriveBase(left_motor, right_motor, WHEEL_DIAMETER, AXLE_TRACK)

# Beep al iniciar
ev3.speaker.beep()

# ... lógica de competición ...

Shebang obligatorio: #!/usr/bin/env pybricks-micropython. Sin él, ev3dev no sabe qué interprete usar.

Diferencias críticas vs Pybricks Spike

Aspecto	EV3 (ev3dev)	Spike Prime / Inventor
Import del hub	from pybricks.hubs import EV3Brick	from pybricks.hubs import PrimeHub
Import sensores	from pybricks.ev3devices import ColorSensor, ...	from pybricks.pupdevices import ColorSensor, ...
Puertos motores	Port.A, Port.B, Port.C, Port.D (4 puertos)	Port.A-Port.F (6 puertos)
Puertos sensores	Port.S1, Port.S2, Port.S3, Port.S4	Mismos puertos que motores
Motores	LargeMotor (Port A-D), MediumMotor (Port A-D) — la clase Motor() detecta el tipo	Todos son Motor() (medium-angular, large-angular)
Velocidad típica útil	LargeMotor ~700 deg/s, MediumMotor ~1200 deg/s	Más rápidos, ~1000-1500 deg/s
Encoder	1 deg de precisión	1 deg de precisión
Loop rate seguro	wait(10) = 100 Hz	wait(10) = 100 Hz
IMU/Gyro	Sensor EXTERNO (GyroSensor que se enchufa)	IMU integrado (hub.imu)
Color sensor	Devuelve reflection() 0-100, color(), ambient()	Igual pero con HSV adicional
Multitarea	Solo single-thread (uasyncio limitado)	Multitask con multitask()
Display	178×128 monocromo, ev3.screen.draw_*	5×5 LED matrix
Sonido	Speaker integrado con ev3.speaker.beep/play_file	Solo beep
Botones	ev3.buttons.pressed() devuelve lista de Button.*	Igual
Tiempo de boot	30-45 seg (booteo de Linux)	~3 seg

EV3Brick — APIs útiles

ev3 = EV3Brick()

# Screen
ev3.screen.clear()
ev3.screen.draw_text(20, 40, "Hola!", text_color=Color.BLACK)
ev3.screen.print("línea simple")
ev3.screen.load_image(ImageFile.HAPPY)

# Speaker
ev3.speaker.beep(frequency=500, duration=300)
ev3.speaker.play_notes(["E4/4", "D4/4", "C4/2"], tempo=120)
ev3.speaker.say("Robot listo")  # text-to-speech, requiere espeak

# Buttons
pressed = ev3.buttons.pressed()
if Button.CENTER in pressed:
    print("Centro presionado")

# Battery
print("Bater:", ev3.battery.voltage(), "mV")
print("Current:", ev3.battery.current(), "mA")

# Light bar arriba del brick (verde/rojo/naranja, sólido/flash)
ev3.light.on(Color.GREEN)
ev3.light.on(Color.RED)
ev3.light.off()

Motors — particularidades EV3

m = Motor(Port.A, Direction.CLOCKWISE, gears=[12, 36])  # gear reduction 1:3
m.run(500)              # deg/s constante hasta nuevo comando
m.run_time(500, 1000)   # 500 deg/s durante 1000 ms (bloqueante)
m.run_target(500, 90)   # ir a posición absoluta 90° (bloqueante)
m.run_angle(500, 90)    # girar 90° desde posición actual (bloqueante)
m.run_until_stalled(500, then=Stop.HOLD, duty_limit=30)  # útil para attachments

m.stop()                # coast (frenado libre)
m.brake()               # brake (resistencia eléctrica)
m.hold()                # hold (lock activo, drena batería)

# Lectura
m.angle()       # posición absoluta acumulada (deg)
m.speed()       # velocidad actual (deg/s)
m.reset_angle(0)
m.reset_angle()  # resetea al cero del encoder físico

# Control settings
m.control.limits(speed=600, acceleration=2000, torque=100)
m.control.target_tolerances(speed=20, position=10)

Diferencia importante con Spike: en EV3 los motores LargeMotor saturan ~700-900 deg/s reales. Pedirle 1500 deg/s no acelera más — solo desperdicia control. Conocé el techo real de tu motor antes de tunear.

DriveBase — el caballo de batalla

drive = DriveBase(left_motor, right_motor, wheel_diameter=56, axle_track=114)

# Settings (mm/s, mm/s², deg/s, deg/s²)
drive.settings(straight_speed=200, straight_acceleration=400,
               turn_rate=120, turn_acceleration=300)

# Movimientos bloqueantes
drive.straight(300)            # avanzar 300 mm
drive.straight(-100)           # retroceder 100 mm
drive.turn(90)                 # girar 90° en el lugar (pivot)
drive.curve(radius=200, angle=90)  # curva de radio 200 mm, 90°

# Movimiento no-bloqueante (loop manual)
drive.drive(speed=200, turn_rate=30)   # mm/s, deg/s
# ... hacer otras cosas ...
drive.stop()

# Estado
drive.distance()    # mm recorridos desde reset()
drive.angle()       # deg girados acumulados
drive.state()       # (distance, drive_speed, angle, turn_rate)
drive.reset()

Sensores LEGO en EV3 — particularidades

ColorSensor (EV3, puerto S3 típicamente)

cs = ColorSensor(Port.S3)
cs.reflection()  # 0-100, LED rojo, mejor para line following
cs.ambient()     # 0-100, sin LED, mide luz ambiente
cs.color()       # Color.BLACK/WHITE/RED/GREEN/BLUE/YELLOW/BROWN/NONE
cs.rgb()         # (r, g, b) cada uno 0-100

Gotcha: el ColorSensor de EV3 es ~3-5× más lento que el del Spike. No esperes muestreos de 500 Hz — quédate en ~100 Hz reales.

GyroSensor (EV3, puerto S2 típicamente)

g = GyroSensor(Port.S2, Direction.CLOCKWISE)
g.angle()  # deg acumulados desde reset()
g.speed()  # deg/s (rate)
g.reset_angle(0)

El gyro EV3 tiene drift: ~1-2°/min en reposo. Para una corrida de 2-3 minutos no es problema, para una de 10 sí. Recalibrar antes de cada misión, no en el medio.

No mover el robot durante el reset_angle(). El gyro hace una calibración interna que requiere reposo.

UltrasonicSensor

us = UltrasonicSensor(Port.S4)
us.distance()  # mm, rango 30-2500
us.presence()  # True si detecta algún otro sensor ultrasónico cercano

Rango efectivo confiable: 50-1000 mm. Por debajo de 30 mm es ciego, por arriba de 1500 mm es ruidoso. Filtrar con median filter cuando se uses en loop.

InfraredSensor (rojo, opcional)

ir = InfraredSensor(Port.S4)
ir.distance()        # 0-100 (proxy de distancia, NO mm)
ir.beacon(channel=1) # (relative_distance, heading) del beacon IR
ir.keypad(channel=1) # botones del control remoto IR

Útil para WRO Football (beacon ball) pero no es ranging real.

TouchSensor

t = TouchSensor(Port.S1)
if t.pressed(): ...

Útil como bumper de seguridad y para arrancar el robot al apretarse contra una pared.

Patrón "wait for start" robusto

def wait_for_start():
    """Mostrar 'READY' en pantalla. Arrancar al apretar centro O al tocar bumper."""
    ev3.screen.clear()
    ev3.screen.draw_text(40, 50, "READY")
    ev3.speaker.beep()
    while True:
        if Button.CENTER in ev3.buttons.pressed():
            break
        if touch.pressed():
            break
        wait(20)
    while Button.CENTER in ev3.buttons.pressed():
        wait(20)
    ev3.screen.clear()
    ev3.screen.draw_text(40, 50, "GO!")

Patrón "calibrar gyro" antes de arrancar

def calibrate_gyro():
    """Reset del gyro asegurando que el robot esté quieto."""
    ev3.screen.draw_text(30, 50, "Calibrando")
    wait(500)  # asegurar reposo
    gyro.reset_angle(0)
    wait(200)
    # Doble check — debería seguir en 0
    if abs(gyro.angle()) > 1:
        gyro.reset_angle(0)
        wait(200)
    ev3.screen.draw_text(30, 80, "OK")

Multi-archivo: estructura recomendada

robot/
├── main.py                 # entry point, lógica de misiones
├── robot_config.py         # constantes (puertos, dimensiones, ganancias PID)
├── drive_helpers.py        # straight_with_gyro(), turn_to_heading(), etc.
├── sensor_helpers.py       # calibración, normalización
├── missions/
│   ├── mission_1.py
│   └── mission_2.py
└── tests/
    └── test_calibration.py

main.py carga las constantes:

import robot_config as cfg
left_motor = Motor(cfg.PORT_LEFT, cfg.DIR_LEFT)

Watchdog y wait() — manejo del loop rate

from pybricks.tools import StopWatch

watch = StopWatch()
LOOP_PERIOD_MS = 20  # 50 Hz objetivo

while running:
    loop_start = watch.time()
    
    # ... lógica del PID ...
    
    elapsed = watch.time() - loop_start
    if elapsed < LOOP_PERIOD_MS:
        wait(LOOP_PERIOD_MS - elapsed)
    # si elapsed > período, ya nos pasamos — log y continuar

Pybricks EV3 NO tiene watchdog hardware que mate el programa, pero sin un wait() en el loop, el scheduler de ev3dev congela responsividad y el USB se desconecta.

DataLog — telemetría para tuning

from pybricks.tools import DataLog

log = DataLog('time', 'error', 'kp_term', 'kd_term', 'output', name='run',
              extension='csv', timestamp=False)

start = watch.time()
while running:
    error = sensor.reflection() - SETPOINT
    kp_term = KP * error
    kd_term = KD * (error - last_error)
    output = kp_term + kd_term
    log.log(watch.time() - start, error, kp_term, kd_term, output)
    drive.drive(BASE_SPEED, output)
    last_error = error
    wait(20)

El CSV queda en el EV3 en /home/robot/. Bajarlo por SCP y graficarlo en pandas para identificar oscilaciones.

Errores típicos

Síntoma	Causa	Solución
OSError: ENODEV al arrancar	Sensor no detectado en el puerto	Verificar cable y puerto, reiniciar EV3
Gyro lee valores raros (±1000°)	No se reseteó o se movió durante reset	gyro.reset_angle(0) con el robot quieto 500 ms
Motor "ronronea" sin moverse	Stall por carga excesiva o duty_limit muy bajo	Subir duty_limit en run_until_stalled o quitar carga mecánica
Programa cuelga 30 seg al arrancar	Es normal — booteo de Linux	Esperar, ver LED verde sólido
OSError: Permission denied al escribir CSV	Programa corriendo sin write permission	Correr con brickrun o asegurar path /home/robot/
Wi-Fi se desconecta solo	EV3 ahorra energía con dongle barato	Usar dongle Edimax EW-7811Un v1 o RT5370 confirmado
DriveBase va torcido	wheel_diameter o axle_track incorrectos	Medir con calibre. Test: pedí straight(1000) y medí lo real
Color sensor lee distinto en cada robot	Variación entre sensores	Calibración por robot guardada como constantes
ColorSensor saturado bajo sol	Luz ambiente penetra la falda	Falda de cartulina negra alrededor del sensor
Latencia notable en reflection()	El loop está pidiendo demasiados sensores	Reducir a lo mínimo, o leer en variables al inicio del loop

Comandos útiles desde la PC (terminal)

ssh [e-mail]       # password: maker
brickrun /home/robot/my_program/main.py
scp -r robot/ [e-mail]:/home/robot/
journalctl -f                # logs en vivo
free -h                       # ver RAM disponible (típico: 64 MB libre)

Recursos

• Pybricks EV3 docs: https://pybricks.com/ev3-micropython/
• ev3dev.org: https://www.ev3dev.org/
• LEGO MINDSTORMS EV3 MicroPython (LEGO oficial, basado en ev3dev): https://education.lego.com/en-us/product-resources/mindstorms-ev3/teacher-resources/python-for-ev3/
• Foro Pybricks (EV3 channel): https://github.com/orgs/pybricks/discussions
• Repo de ejemplos: https://github.com/pybricks/pybricks-projects