KUKA机器人串口通讯如何配置与实现？

99ANYc3cd6 机器人 2025-12-03 10

下面我将从核心概念、实现方式、详细步骤、注意事项和代码示例几个方面，全面地为您解析 KUKA 机器人的串口通讯。

（图片来源网络，侵删）

核心概念：KUKA 通讯的两个层面

在 KUKA 中，串口通讯的实现涉及两个层面，理解这两者的区别至关重要：

系统层面 (System-Level / KRL Level)
- 是什么：这是通过 KUKA 的内置系统变量来直接读写串口数据，这种方式速度快，响应及时，但编程相对底层，需要自己处理协议、数据格式、错误校验等所有细节。
- 常用指令：$OUT[] 和 $IN[] 系统变量数组。
- 适用场景：对实时性要求极高、数据量小、通讯协议简单的场景，实时读取一个传感器的开关量信号。
通道层面 (Channel-Level / KRC Level)
- 是什么：这是通过 KUKA 的 KRC（KUKA Robot Controller）操作系统提供的通道来进行的，系统会自动处理底层的串口打开、关闭、数据接收和发送等操作，你只需要在 KRL 程序中调用相应的指令即可。
- 常用指令：OpenComPort, ReadLine, WriteLine, CloseComPort 等。
- 适用场景：对实时性要求不高、协议较为复杂（如 ASCII 文本协议）、需要方便处理字符串数据的场景，与 PLC 进行 Modbus ASCII 通讯，或与上位机进行简单的指令交互。

实现方式详解

系统层面 - 使用 `$OUT[]` 和 `$IN[]`

这是最直接的方式,通常用于 KUKA 自身与特定外设（如 KUKA 的 SensorCable）的通讯。

（图片来源网络，侵删）

工作原理：

$OUT[]：用于向串口发送数据，它是一个 16 元素的数组，$OUT[1] 到 $OUT[8] 通常对应 COM1，$OUT[9] 到 $OUT[16] 通常对应 COM2。
$IN[]：用于从串口接收数据，数组结构与 $OUT[] 类似。

关键点：

数据类型：$OUT[] 和 $IN[] 中的每个元素只能存储单个字节的数据（0-255）。
数据格式：你需要自己将你需要发送的字符串或数字转换成字节数组，反之亦然，这通常需要借助 KUKA 的字符和数字转换功能。

示例代码 (发送 "HELLO" 字符串)：

; 假设使用 COM1 (OUT[1] - OUT[8])
; "H" 的 ASCII 码是 72, "E" 是 69, "L" 是 76, "O" 是 79
; 发送 "H"
$OUT[1] = 72
; 发送 "E"
$OUT[1] = 69
; 发送 "L"
$OUT[1] = 76
; 发送 "L"
$OUT[1] = 76
; 发送 "O"
$OUT[1] = 79

这种方式非常繁琐,实际应用中通常会结合循环和转换函数来处理复杂的数据。

（图片来源网络，侵删）

通道层面 - 使用 KRC 通讯指令 (推荐)

这是更常用、更强大的方式，它将复杂的底层操作封装成了简单的 KRL 指令。

工作原理：

声明通道：在程序开头声明一个 COM 类型的变量。
打开串口：使用 OpenComPort 指令打开指定的串口，并设置波特率、数据位、停止位、校验位等参数。
读写数据：
- ReadLine：从串口读取一行以回车换行符结尾的数据（文本模式）。
- ReadBin：从串口读取指定长度的二进制数据。
- WriteLine：向串口发送一行文本（系统会自动添加回车换行符）。
- WriteBin：向串口发送一个二进制数据块。
关闭串口：使用 CloseComPort 指令关闭串口，释放资源。

详细步骤：通道层面实现串口通讯

假设我们要实现 KUKA 机器人从串口设备接收一个 "START" 命令，然后回复 "OK"。

步骤 1：在 KUKA SmartPAD 上创建程序

进入 T1 或 T2 模式。
按下 [Menu] -> 程序 -> 新建程序。
输入程序名,Serial_Comm_Test。
选择 KRL 语言。

步骤 2：编写 KRL 代码

;*******************************************************************************
; 程序名称: Serial_Comm_Test
; 功能描述: 演示如何通过串口通道进行通讯
; 使用端口: COM1 (在 KRC 中的设备名通常是 COM1)
;*******************************************************************************
DECL COM myComPort          ; 声明一个串口通道变量
DECL STRING strInput         ; 用于存储接收到的字符串
DECL EPOS posMove            ; 用于存储运动目标点
; --- 主程序 ---
MODULE Serial_Comm_Test
    ; 等待机器人启动完成
    WAIT SEC 1
    ; --- 1. 打开串口 ---
    ; OpenComPort(通道变量, 设备名, 波特率, 数据位, 停止位, 校验位, 流控制)
    ; 参数说明:
    ; - COM1: KRC 中 COM1 的设备名
    ; - 9600: 波特率
    ; - 8: 数据位
    ; - 1: 停止位
    ; - 0: 无校验
    ; - 0: 无流控制
    IF OpenComPort(myComPort, "COM1", 9600, 8, 1, 0, 0) == FALSE THEN
        ; 打开失败，报警并退出
        Stop_Prg
        HALT
    ENDIF
    ; 设置超时时间 (单位: 秒)
    SetComTimeOut myComPort, 2.0 
    ; 设置通讯模式为文本模式 (0:文本, 1:二进制)
    SetComMode myComPort, 0
    ; --- 2. 主循环 ---
    WHILE TRUE
        ; --- 读取数据 ---
        ; ReadLine 会一直等待，直到收到一行以 \r\n 结尾的数据或超时
        ; 如果超时，ReadLine 会返回空字符串 ""
        strInput = ReadLine(myComPort)
        ; 检查是否接收到数据
        IF strInput <> "" THEN
            ; 打印到日志，方便调试
            ; $MNpos 是一个系统变量，用于记录当前行号
            ; $MN_prog 是当前程序名
            $MN_LOG = "程序: " + $MN_prog + " 行号: " + $MNpos + " 接收到: " + strInput
            TPWrite "接收到数据: " + strInput
            ; --- 3. 处理数据 ---
            IF CompareStr(strInput, "START") == 0 THEN
                ; 如果收到 "START" 命令
                TPWrite "收到 START 命令，开始移动..."
                ; 这里可以添加你的机器人运动逻辑
                PTP pHome Vel=0.5 mPerSec=0.1 ; 示例：移动到安全点
                ; --- 4. 发送回复 ---
                WriteLine myComPort, "OK" ; 发送 "OK" 并自动添加 \r\n
                TPWrite "已回复: OK"
            ELSEIF CompareStr(strInput, "STOP") == 0 THEN
                ; 如果收到 "STOP" 命令
                TPWrite "收到 STOP 命令，停止运动。"
                ; 添加停止逻辑...
            ELSE
                ; 未知命令
                WriteLine myComPort, "ERROR: Unknown command"
                TPWrite "已回复: ERROR"
            ENDIF
        ELSE
            ; 超时，这里可以做一些周期性的任务
            ; TPWrite "等待串口数据..." ; 注释掉，避免刷屏
        ENDIF
        ; 避免循环过快，占用过多资源
        WAIT SEC 0.1 
    ENDWHILE
    ; --- 5. 关闭串口 ---
    ; 通常这个部分很难执行到，因为 WHILE TRUE 是死循环
    ; 在实际应用中，可能需要一个外部信号来触发程序停止
    CloseComPort myComPort
    TPWrite "串口已关闭。"
ENDMODULE

步骤 3：在 KRC 系统中配置串口

在 KUKA SmartPAD 上，按下 Start-up。
进入 Config。
找到 System -> Ports。
选择你使用的串口（如 COM1）。
确保该串口是可用的，并且没有被其他系统功能占用（某些 KUKA 选项可能会占用特定串口）。
保存并重启 KRC（如果需要）。

步骤 4：测试

将 KUKA 机器人置于 T1 模式。
启动你编写的程序 Serial_Comm_Test。
使用一台 PC 或 USB-to-Serial 转换器连接到 KUKA 控制柜的 COM1 口。
在 PC 端使用串口调试助手（如 SSCOM, PuTTY, Tera Term）设置相同的波特率（9600）、数据位（8）、停止位（1）、无校验。
在串口调试助手中输入 START 并发送。
观察 KUKA SmartPAD 的显示和机器人日志，以及串口调试助手的接收区，看是否能收到 "OK"。

重要注意事项

物理连接：
- 电平匹配：KUKA 控制柜的串口通常是 RS232 电平（负逻辑），而很多工业设备使用 RS485（差分信号），你需要确保使用正确的电平转换器（如 RS232 转 RS485 转换器）。
- 接线：正确连接 TXD (发送), RXD (接收), GND (地线)，交叉连接：KUKA 的 TXD 接设备的 RXD，KUKA 的 RXD 接设备的 TXD。
参数匹配：
- KUKA 程序中设置的波特率、数据位、停止位、校验位必须与连接的设备完全一致，否则通讯会失败。
程序安全：
- 死循环：串口通讯程序通常包含一个 WHILE 循环，确保有一个明确的方法可以停止该程序（通过一个外部输入信号或安全门信号来跳出循环）。
- 超时设置：SetComTimeOut 非常重要，它可以防止 ReadLine 或 ReadBin 因设备无响应而导致程序永久卡住。
- 错误处理：检查 OpenComPort 的返回值，确保串口成功打开。
数据格式：
- 文本模式 vs 二进制模式：如果设备发送的是纯文本命令（如 "START"），使用文本模式 (SetComMode myComPort, 0) 和 ReadLine/WriteLine 最方便，如果设备发送的是二进制数据（如 Modbus RTU 的报文），则必须使用二进制模式 (SetComMode myComPort, 1) 和 ReadBin/WriteBin。
实时性：

串口通讯对于 KUKA 机器人来说是相对较慢的 I/O 操作，不要在高速运动循环中依赖串口数据来做实时控制，这可能会导致运动不平稳或通讯超时，应将串口数据用于触发宏任务或改变运动状态。
文档：
- 务必阅读你连接的外部设备的技术手册，了解其具体的通讯协议（数据帧格式、起始符、结束符、校验和等），这是成功通讯的关键。