从零创建学习工作区

从本节开始，你亲手创建学习工程。先只安装模型和配置，不写硬件 C++ 插件。

1.示例 1：创建工作区与功能包

1.1.Program Objectives

创建 learn_control_hardware，先使用框架自带的 GenericSystem 作为临时硬件。等启动链路跑通后，在从零编写模拟硬件插件换成自己写的插件。

打开一个新的 Ubuntu 终端，只 source 系统 Humble：

source /opt/ros/humble/setup.bash
mkdir -p ~/ros2_control_humble_ws/src
cd ~/ros2_control_humble_ws/src
ros2 pkg create learn_control_hardware --build-type ament_cmake
cd learn_control_hardware
mkdir -p urdf config launch include/learn_control_hardware src

下面需要你编辑文件。命令中的 ~ 指当前 Ubuntu 用户的主目录，例如 /home/你的用户名。后续工作区操作均使用普通用户，不要给 colcon build 或创建源码文件的命令添加 sudo。

1.2.文件结构

learn_control_hardware/
├── CMakeLists.txt
├── package.xml
├── urdf/mini.urdf
├── config/                 下一节配置后续文件
├── launch/                 稍后编写启动文件
├── include/learn_control_hardware/
└── src/

1.3.完整 CMakeLists.txt

cmake_minimum_required(VERSION 3.16)
project(learn_control_hardware)
find_package(ament_cmake REQUIRED)
install(DIRECTORY urdf config launch DESTINATION share/${PROJECT_NAME})
ament_package()

install(DIRECTORY ...) 把运行所需资源安装到 share 目录。launch 中使用包的 share 路径，所以必须安装资源，而不能只把文件留在源码目录。

1.4.完整 package.xml

<?xml version="1.0"?>
<package format="3">
  <name>learn_control_hardware</name><version>0.0.1</version>
  <description>Humble learning hardware and bringup</description>
  <maintainer email="learner@example.com">Learner</maintainer>
  <license>Apache-2.0</license>
  <buildtool_depend>ament_cmake</buildtool_depend>
  <depend>hardware_interface</depend><depend>pluginlib</depend>
  <depend>rclcpp</depend><depend>rclcpp_lifecycle</depend>
  <exec_depend>controller_manager</exec_depend>
  <exec_depend>joint_state_broadcaster</exec_depend>
  <exec_depend>forward_command_controller</exec_depend>
  <exec_depend>joint_trajectory_controller</exec_depend>
  <exec_depend>robot_state_publisher</exec_depend><exec_depend>xacro</exec_depend>
  <exec_depend>launch_ros</exec_depend>
  <export><build_type>ament_cmake</build_type></export>
</package>

这里提前列出后续基础章节所需依赖。maintainer 中的示例身份请换成你自己的；它不影响插件类名。

2.示例 2：编写完整机器人描述

将以下内容保存为 urdf/mini.urdf：

<?xml version="1.0"?>
<robot name="mini">

  <link name="world"/>
  <link name="base_link">
    <inertial><mass value="1"/><inertia ixx="0.005" ixy="0" ixz="0" iyy="0.005" iyz="0" izz="0.007"/></inertial>
    <visual><geometry><box size="0.2 0.2 0.1"/></geometry></visual>
  </link>
  <joint name="world_fixed" type="fixed"><parent link="world"/><child link="base_link"/></joint>

  <link name="link1">
    <inertial><origin xyz="0 0 0.2"/><mass value="1"/>
      <inertia ixx="0.0135" ixy="0" ixz="0" iyy="0.0135" iyz="0" izz="0.00042"/>
    </inertial>
    <visual><origin xyz="0 0 0.2"/><geometry><box size="0.05 0.05 0.4"/></geometry></visual>
    <collision><origin xyz="0 0 0.2"/><geometry><box size="0.05 0.05 0.4"/></geometry></collision>
  </link>
  <joint name="joint1" type="revolute">
    <parent link="base_link"/><child link="link1"/>
    <origin xyz="0 0 0.05"/><axis xyz="0 1 0"/>
    <limit lower="-1" upper="1" effort="20" velocity="2"/>
  </joint>

  <link name="link2">
    <inertial><origin xyz="0 0 0.2"/><mass value="1"/>
      <inertia ixx="0.0135" ixy="0" ixz="0" iyy="0.0135" iyz="0" izz="0.00042"/>
    </inertial>
    <visual><origin xyz="0 0 0.2"/><geometry><box size="0.05 0.05 0.4"/></geometry></visual>
    <collision><origin xyz="0 0 0.2"/><geometry><box size="0.05 0.05 0.4"/></geometry></collision>
  </link>
  <joint name="joint2" type="revolute">
    <parent link="link1"/><child link="link2"/>
    <origin xyz="0 0 0.4"/><axis xyz="0 1 0"/>
    <limit lower="-1" upper="1" effort="20" velocity="2"/>
  </joint>

  <ros2_control name="MiniSystem" type="system">
    <hardware><plugin>mock_components/GenericSystem</plugin></hardware>
    <joint name="joint1">
      <command_interface name="position"/>
      <state_interface name="position"><param name="initial_value">0.0</param></state_interface>
      <state_interface name="velocity"/>
    </joint>
    <joint name="joint2">
      <command_interface name="position"/>
      <state_interface name="position"><param name="initial_value">0.0</param></state_interface>
      <state_interface name="velocity"/>
    </joint>
  </ros2_control>
</robot>

2.1.关键结构说明

• world_fixed 把机器人固定到 world，便于后续机械臂仿真。
• 两个可动关节名称为 joint1、joint2。
• 每个关节提供 position 命令，以及 position、velocity 状态。
• mock_components/GenericSystem 是已安装框架的插件，不需要你此时编写 C++。
• 惯量和碰撞是为后续物理模型准备；GenericSystem 不使用它们计算动力学。

3.编译与检查

cd ~/ros2_control_humble_ws
colcon build --symlink-install --packages-select learn_control_hardware
source install/setup.bash

ros2 pkg prefix learn_control_hardware
xacro src/learn_control_hardware/urdf/mini.urdf > /tmp/mini_expanded.urdf

3.1.运行结果

此时还没有启动控制器，所以不会出现机器人运动。验收目标是包可以构建和找到、URDF 能被解析。完整运行放在YAML与launch启动过程。

3.2.Points to note in this example

colcon 识别 src 中的 package.xml；CMake 控制构建和安装；source install/setup.bash 让当前终端找到新包。三者承担不同工作。

源码目录和安装目录的结构也不同：源码中是 urdf/mini.urdf，安装后是 share/learn_control_hardware/urdf/mini.urdf。

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