Moveit2对接硬件

本文待完善（2025.11.25）

一、介绍

本部分关注右侧，Moveit2与硬件的连接：

在 MoveIt2 中，机械臂的规划与执行分为两个体系：

• 左侧（Planning 端）：MoveIt2 负责运动学求解、碰撞检测、路径规划、笛卡尔路径等高级功能
• 右侧（Hardware 端）：真正驱动电机的硬件控制器，例如伺服驱动器、舵机、步进电机

为了让这两个部分协同工作，需要一个中间层把“规划结果”变成“真实电机命令”，这个中间层就是：ros2_control

二、控制流程

ros2_control 负责把 MoveIt2 的输出（关节目标）转成对硬件的指令。结构如下：

简单来说可以总结为：

MoveIt2（规划层）
        |
        | JointTrajectory（轨迹）
        v
ros2_control（控制层）
        |
        | 实时控制指令（PWM / 电流 / 位置环）
        v
硬件驱动器（执行层）

2.1 MoveIt2 —— 规划层

MoveIt2 的职责：

• 逆运动学求解（IK）
• 碰撞检测（Collision Checking）
• 路径规划（OMPL / Pilz）
• 笛卡尔路径计算（computeCartesianPath）
• 生成标准轨迹消息：trajectory_msgs/JointTrajectory

MoveIt2 并不会控制电机，它只生成轨迹，例如：

joint1: 0 → 0.4 → 0.8
joint2: -0.1 → 0.2 → 0.6
…

这些轨迹由 “规划执行管理器” 交给下一层的 ros2_control。

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2.2 ros2_control —— 控制层

图中的“中间控制模块”就是 ros2_control。

它是 MoveIt2 接硬件的唯一官方方式。主要由两个核心插件构成：

hardware_interface

负责接入真实硬件，例如：

• 通过串口控制舵机
• 通过 CAN 控制伺服电机
• 通过 EtherCAT 驱动多轴机械臂
• 自己用 C++ 写一个硬件桥接文件

controllers（控制器）

常用控制器：

控制器类型	说明	MoveIt2 是否支持
JointStateController	发布所有关节状态	✅ 必须
JointTrajectoryController	接收 MoveIt 轨迹，执行控制	✅ MoveIt 标准执行器

MoveIt2 执行规划时，本质上是将轨迹发给：

/joint_trajectory_controller/joint_trajectory

ros2_control 控制器则将轨迹解析成：

• 电流给定
• PWM 输出
• CAN 命令
• EtherCAT 帧
• RS485 命令

最后发给你的真实电机。

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2.3 硬件（执行层 Hardware Layer）

电机驱动器（伺服/步进/舵机）是真正执行关节运动的部分。

ros2_control 定义了三种常见硬件接口：

类型	说明	适用场景
position interface	系统下发“目标角度”，驱动器内部跑位置环	伺服驱动器、舵机
velocity interface	下发“目标速度”	有速度环的驱动器
effort interface	下发“力矩/电流”	高级力控机械臂

自研机械臂几乎都是 position interface。

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三、ros2_control 的典型文件结构

控制器配置：

config/ros2_controllers.yaml

controller_manager:
  ros__parameters:
    update_rate: 200

    joint_trajectory_controller:
      type: joint_trajectory_controller/JointTrajectoryController
      joints: [joint1, joint2, joint3]
      state_publish_rate: 50
      command_interfaces: ["position"]
      state_interfaces: ["position", "velocity"]

硬件插件配置：

config/my_robot.hardware.xacro

<ros2_control name="RobotHardware" type="system">
    <hardware>
        <plugin>my_robot_hardware/MyHardwareInterface</plugin>
    </hardware>
    <joint name="joint1">
        <command_interface name="position"/>
        <state_interface name="position"/>
    </joint>
</ros2_control>

HardwareInterface C++ 实现（核心桥梁）

hardware_interface::CallbackReturn MyHardware::write(...) {
    // 将 position 命令发送给电机，例如 RS485 / CAN / EtherCAT
    send_pos_to_motor(joint_position_command[i]);
}

这是 ros2_control 电机的最关键内容。