基于TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)UR機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制

　　2010年，德國(guó)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界提出“工業(yè)4.0”的概念，即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，或革命性的生產(chǎn)方法。該戰(zhàn)略旨在通過充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)—信息物理系統(tǒng)相結(jié)合的手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。所以，近些年許多工業(yè)自動(dòng)化廠商將自己的產(chǎn)品研發(fā)所考慮的一個(gè)重要方向定在是否能被遠(yuǎn)程控制。另一方面，隨著國(guó)內(nèi)人工成本的不斷上升以及工廠人員流動(dòng)的不確定性，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是近幾年，相信也是未來幾年的朝陽產(chǎn)業(yè)。所以對(duì)于工業(yè)機(jī)器人在工廠生產(chǎn)中的遠(yuǎn)程控制，是一個(gè)機(jī)器人集成方面比較不錯(cuò)的課題。我們知道，在工業(yè)機(jī)器人的隊(duì)伍中，UR機(jī)器人是第一家在工業(yè)環(huán)境下工作的人機(jī)協(xié)作機(jī)器人，它以輕便、簡(jiǎn)單、安全著稱。下面我們就來了解一下如何實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)UR機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制。

2、UR機(jī)器人提供的基于TCP/IP協(xié)議的接口

　　TCP/IP協(xié)議源于1969年，是針對(duì)Internet開發(fā)的一種體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，目的在于解決異種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信問題。使得網(wǎng)絡(luò)在互聯(lián)時(shí)能為用戶提供一種通用、一致的通信服務(wù)。是Internet采用的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)?；赥CP/IP的通訊具有成本低、可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)、性能高等特點(diǎn)，所以現(xiàn)在許多工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品都具有基于TCP/IP協(xié)議通訊的接口，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備之間，設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)之間的通訊。UR機(jī)器人在TCP/IP協(xié)議的基礎(chǔ)上，提供了豐富的接口用于與外部設(shè)備的交互，如表1所述。

　　端口接口描述

　　機(jī)器人作為服務(wù)器

　　502ModbusTCP協(xié)議，機(jī)器人作為服務(wù)器

　　22SSH/SFTP(安全文件傳輸協(xié)議)

　　29999Dashboard功能

　　30001第一客戶端端口，自動(dòng)返回機(jī)器人狀態(tài)與補(bǔ)充消息

　　30002第二客戶端端口，自動(dòng)返回機(jī)器人狀態(tài)與消息

　　30003實(shí)時(shí)反饋端口，自動(dòng)返回機(jī)器人狀態(tài)與消息，125Hz實(shí)時(shí)反饋接口

　　機(jī)器人作為客戶端

　　自定義由UR腳本函數(shù)定義

　　502ModbusTCP協(xié)議，機(jī)器人作為客戶端

表1UR機(jī)器人TCP/IP接口表

　　有了這些接口，上位機(jī)就可以遠(yuǎn)程控制機(jī)器人。如圖1，簡(jiǎn)單描述了上位機(jī)對(duì)UR機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控的系統(tǒng)圖。

圖1遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)圖

　　下面我們就來介紹UR機(jī)器人所提供的相關(guān)通訊接口，從而遠(yuǎn)程控制機(jī)器人。

3、ModbusTCP端口

　　MODBUS是OSI模型第7層上的應(yīng)用層報(bào)文傳輸協(xié)議，它在連接至不同類型總線或網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備之間提供客戶機(jī)/服務(wù)器通信。自從1979年出現(xiàn)工業(yè)串行鏈路的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)以來，MODBUS使成千上萬的自動(dòng)化設(shè)備能夠通信。目前，繼續(xù)增加對(duì)簡(jiǎn)單而雅觀的MODBUS結(jié)構(gòu)支持。互聯(lián)網(wǎng)組織能夠使TCP/IP棧上的保留系統(tǒng)端口502訪問MODBUS。MODBUS是一個(gè)請(qǐng)求/應(yīng)答協(xié)議，并且提供功能碼規(guī)定的服務(wù)。MODBUS功能碼是MODBUS請(qǐng)求/應(yīng)答PDU的元素。

　　UR機(jī)器人既可以作為ModbusTCP服務(wù)器，也可以作為ModbusTCP客戶端，兩者的主要區(qū)別在于消息請(qǐng)求方的不同。在此，我們僅討論UR機(jī)器人作為ModbusTCP服務(wù)器的情況，如圖2所示。

圖2ModbusTCP服務(wù)器

　　既然UR機(jī)器人作為ModbusTCP服務(wù)器，它必定有一系列Modbus地址供上位機(jī)來訪問。

　　地址類型描述

　　0-33Register可以訪問機(jī)器人的所有IO

　　128-255Register可配置寄存器

　　256-265Register機(jī)器人狀態(tài)

　　270-315Register關(guān)節(jié)位置、速度、電流、溫度、模式等信息

　　400-425RegisterTCP位置、速度、偏移等信息

　　768-770Register工具端狀態(tài)

　　0-159Bit可以訪問機(jī)器人的所有IO

　　260-265Bit機(jī)器人狀態(tài)

表2Modbus地址簡(jiǎn)表

　　通過UR機(jī)器人的相關(guān)Modbus地址，我們可以訪問機(jī)器人的很多信息，進(jìn)而可以把這些信息放到上位機(jī)上。下圖就是通過訪問Modbus地址，模仿Polyscope(UR機(jī)器人原版軟件），制作出來一個(gè)界面，當(dāng)然我們可以通過這個(gè)界面監(jiān)控并控制機(jī)器人的所用IO。