Ros2_control浅析——一个机器人开发通用框架的结构（1）

引言：

最近在开发一个送餐机器人,但是在电机和ros2系统交互时犯了难,不知道该怎么写才能让系统架构清晰一些,后来了解到ros2社区有一个规范的开发框架,所以我会结合个人理解来分析一下这个架构,算是我的学习笔记吧,希望能够对您有帮助！

ros2_control是什么

ros2_control 是一个硬件无关的控制框架，用于抽象第三方解决方案（如 MoveIt2 和 Nav2 系统）的硬件和低级控制，它提供了一些接口来实现标准化的硬件抽象和控制流程。

有点像是cpp的库文件,让上层系统不必关心过多细节。它通过硬件接口插件与真实设备通信，并通过控制器将硬件状态发布为ROS2话题或将ROS2指令传递给硬件。

从而让上层系统不必关心底层硬件的实现,只需要使用ros2_control提供的接口，从而让上层的应用去调用来实现实际应用中的功能。

官方文档示例

这张图就展示了这个框架的核心思想——抽象硬件接口，方便上层软件的使用，实现软硬件解耦

然后是官网文档中的举例图，
可以看到客户端可以不用去考虑硬件方面的资源开销，从而最大化在实际客户端应用程序上花费的资源。可以直接拓展自己的控制器，或者通过自定义的第三方软件进行控制操作。

这个框架的源代码可以在以下两个仓库中找到：

https://github.com/ros-controls/ros2_control

https://github.com/ros-controls/ros2_controllers

这两个仓库里面包含了一些控制器的示例，可以本地克隆下来尝试一下。

官方文档给出的ros2_control框架的架构：

可以看到明显的分成了上下两个部分，两个部分之间连接处是Controller Manager（控制器管理器）和Resource Manager（资源管理器），下面来解析一下图中的概念。

架构解析:

控制器管理器（Controller Manager 简称CM）

可以看作是用户操作硬件的“调度中心”，它知道控制器需要的接口，也知道硬件提供的接口。它管理控制器及其所需接口，而且通过资源管理器访问硬件组件的接口，“承上启下”，可以这样理解。

用户或者上层系统在这个框架下无法直接操作控制器，通过Ros2提供的服务（services）和控制器管理器交互。

CM支持自定义的集成，原生的CM是不带执行器的，一个节点想要处理回调需要执行器（Executor）来运行。比如一个节点中使用rclcpp::spin()，本质上就是创建了一个默认的执行器，这样就可以触发节点对应的回调函数。将cm嵌入到你的执行器中后，就可以在你自己的节点中可以同时启动CM的服务，即个人节点和CM在同一个进程下运行，从而避免进程间的通信开销。

资源管理器（Resource Manager 简称RM）

RM所做的事情是将物理硬件及其驱动程序（一个完整可调用的硬件模组）抽象化成硬件组件（Hardware Components），将硬件组件以插件的形式嵌入到框架之中，并管理它们的生命周期和组件的状态

硬件组件（Hardware Components）

硬件组件是物理硬件的抽象化表示，主要分为以下三种类型：System、Actuator、Sersor。

System（系统组件）：相当于一个组装好的部分，控制多个自由度（比如机械臂，灵巧手），细节在内部处理，ros2_control只关心关节位置和控制命令。
必须实现read()和write()操作（因为要明确状态和下达控制指令）。

Actuator（执行器组件）：通常对应一个关节，比如一个电机或者一个推杆、阀门。
每个执行器之间独立通信，通过执行器之间的组合构建出高自由度的系统。
必须实现write()，read()是可选的。

Sensor（传感器组件）：对应感知类的设备，比如IMU、摄像头、编码器，这些传感器类型的硬件，通常独立于执行器组件，因为获取到的外接信息的处理往往需要单独处理。
只有read()，对于感知设备读取即可。

本篇文章的参考来源：

ros2_control官方文档：https://control.ros.org/master/doc/getting_started/getting_started.html#architecture

《通过控制器访问硬件的设计文档》：https://github.com/ros-controls/roadmap/blob/master/design_drafts/hardware_access.md

ROSCon 2025 Workshop提供的ros2_control有关的幻灯片下载：https://control.ros.org/master/_downloads/facbcb9c9cc446bc58379564f481ee37/ROSCon2025-Workshop_Fun_with_Robot_Drivers.pdf