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、硬體介面、控制器、模擬與實物接入。

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

學習工作區從建立目錄、功能包和檔案開始，隨著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、指標與 vector 知識；知道 ROS 2 包、Topic、引數與 launch 的基本用途。遇到 pluginlib、生命週期和 realtime buffer 時，教程會結合當前例項解釋。

開始學習時不需要真實機器人。使用 Ubuntu 22.04、ROS 2 Humble、模擬和虛擬序列埠即可完成從環境準備到虛擬序列埠與模擬下位機的主要實踐。軟體安裝與檢查方法見環境準備和模擬章節。從單執行器實物接入開始，根據實際裝置的型號與協議進行適配。

3.章節目錄

1. 環境準備與原始碼地圖
2. ros2_control整體工作過程
3. 執行第一個RRBot例項
4. 從零建立學習工作區
5. URDF與控制介面
6. YAML與launch啟動過程
7. 從零編寫模擬硬體外掛
8. 狀態介面與命令介面原始碼
9. 硬體與控制器生命週期
10. read-update-write控制週期
11. 狀態廣播與機器人顯示
12. 命令轉發與常用控制介面
13. Joint-Trajectory-Controller
14. 機械臂物理模擬
15. DiffBot與差速底盤控制
16. 差速底盤物理模擬
17. 多介面與硬體型別
18. 從零編寫控制器
19. 管理器與資源管理原始碼
20. 即時迴圈與非同步通訊
21. 虛擬序列埠與模擬下位機
22. 單執行器實物接入
23. 完整機器人與進階例項
24. 綜合工程與系統排錯

4.工作區與終端約定

~ 指當前 Ubuntu 使用者的主目錄，例如 /home/你的用户名。所有命令預設在 Ubuntu 的 Bash 終端中執行。安裝軟體和修改系統配置時使用 sudo；建立工作區、編輯檔案、構建和執行程式時使用普通使用者。

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 中一次只執行本教程的一個機器人。Ubuntu 圖形桌面可執行 RViz 和 Gazebo 視窗；無圖形桌面時，可先按照各章的無介面方式執行並檢查 Topic、介面和反饋。

5.教程統一寫法

每個實踐例子解釋程式目標、檔案位置、完整必要程式碼、編譯執行、輸出與執行順序、函式引數與返回值、常見問題及原始碼入口。

自編 ROS 回撥優先用 std::bind。官方原始碼保留原寫法。程式碼以 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、預期現象和教學虛擬碼會分別說明。

6.各類運動環境

RViz 顯示運動不是物理模擬；輪子里程計不是世界位姿真值；虛擬序列埠成功不是實物已經驗證。

7.原始碼參考版本

下面的標籤和提交用於對應教程中的函式實現與配置，便於復現和閱讀原始碼。

這些是教程採用的原始碼參考版本，不要求 Ubuntu 使用者的所有安裝包都具有完全相同的補丁版本。遇到 API 或引數差異時，先檢查已安裝的 Humble 包版本，再對照匹配的原始碼。官方 Humble 文件也會更新，閱讀時應區分發行版與原始碼提交。

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、引數和排程情況變化。實物還需要依據實際協議和裝置完成獨立驗證。

9.官方資料

• Humble 文件入口
• 官方 demos
• 硬體元件開發
• Controller Manager
• 常用控制器
• Fortress 對應 gz_ros2_control 文件