Humble版本

本教程使用 Ubuntu 22.04 和 ROS 2 Humble，從環境準備開始，逐步學習 ros2_control 的配置、硬件接口、控制器、仿真與實物接入。

1.學習路線

运行官方 RRBot
  → 自己创建工作区与双关节工程
  → 模拟硬件 + RViz
  → 接口、生命周期、控制周期与轨迹
  → Fortress 机械臂与差速底盘物理仿真
  → 自定义控制器与框架源码
  → Asio 虚拟串口与模拟下位机
  → 根据实际设备完成实物适配

學習工作區從創建目錄、功能包和文件開始，隨着各章的實踐逐步完善。

2.開始前需要什麼

具備基本 C++ 類、繼承、指針與 vector 知識；知道 ROS 2 包、Topic、參數與 launch 的基本用途。遇到 pluginlib、生命週期和 realtime buffer 時，教程會結合當前實例解釋。

開始學習時不需要真實機械人。使用 Ubuntu 22.04、ROS 2 Humble、仿真和虛擬串口即可完成從環境準備到虛擬串口與模擬下位機的主要實踐。軟件安裝與檢查方法見環境準備和仿真章節。從單執行器實物接入開始，根據實際設備的型號與協議進行適配。

3.章節目錄

1. 環境準備與源碼地圖
2. ros2_control整體工作過程
3. 運行第一個RRBot實例
4. 從零創建學習工作區
5. URDF與控制接口
6. YAML與launch啓動過程
7. 從零編寫模擬硬件插件
8. 狀態接口與命令接口源碼
9. 硬件與控制器生命週期
10. read-update-write控制週期
11. 狀態廣播與機械人顯示
12. 命令轉發與常用控制接口
13. Joint-Trajectory-Controller
14. 機械臂物理仿真
15. DiffBot與差速底盤控制
16. 差速底盤物理仿真
17. 多接口與硬件類型
18. 從零編寫控制器
19. 管理器與資源管理源碼
20. 實時循環與異步通信
21. 虛擬串口與模擬下位機
22. 單執行器實物接入
23. 完整機械人與進階實例
24. 綜合工程與系統排錯

4.工作區與終端約定

~ 指當前 Ubuntu 用户的主目錄，例如 /home/你的用户名。所有命令默認在 Ubuntu 的 Bash 終端中執行。安裝軟件和修改系統配置時使用 sudo；創建工作區、編輯文件、構建和運行程序時使用普通用户。

每個新終端都要 source 系統 Humble 和當前使用的一個工作區。同一 ROS domain 中一次只運行本教程的一個機械人。Ubuntu 圖形桌面可運行 RViz 和 Gazebo 窗口；無圖形桌面時，可先按照各章的無界面方式運行並檢查 Topic、接口和反饋。

5.教程統一寫法

每個實踐例子解釋程序目標、文件位置、完整必要代碼、編譯運行、輸出與執行順序、函數參數與返回值、常見問題及源碼入口。

自編 ROS 回調優先用 std::bind。官方源碼保留原寫法。代碼以 C++17 為基礎，使用 Ubuntu 22.04 的常規開發工具即可構建，不要求編譯器具有某個特定補丁版本。示例輸出、預期現象和教學偽代碼會分別説明。

6.各類運動環境

RViz 顯示運動不是物理仿真；輪子里程計不是世界位姿真值；虛擬串口成功不是實物已經驗證。

7.源碼參考版本

下面的標籤和提交用於對應教程中的函數實現與配置，便於復現和閲讀源碼。

這些是教程採用的源碼參考版本，不要求 Ubuntu 用户的所有安裝包都具有完全相同的補丁版本。遇到 API 或參數差異時，先檢查已安裝的 Humble 包版本，再對照匹配的源碼。官方 Humble 文檔也會更新，閲讀時應區分發行版與源碼提交。

8.各階段學習驗收

驗收時使用關節名稱匹配反饋，並檢查狀態、方向、誤差與超時行為。示例輸出用於幫助理解，實際數值會隨執行時長、參數和調度情況變化。實物還需要依據實際協議和設備完成獨立驗證。

9.官方資料

• Humble 文檔入口
• 官方 demos
• 硬件組件開發
• Controller Manager
• 常用控制器
• Fortress 對應 gz_ros2_control 文檔