如何给内部带电磁气动阀的机器人配置相关的IO接口

一、电磁气动阀和机器人的通信

有的机器人是自带电磁气动阀的，有了电磁气动阀就可以在机器人末端添加一些气动夹爪进行物品的抓取，如下图所示是KUKA的一款小型机器人产品，自带有电磁气动阀，只不过藏在了机器人内部，看不到。

气动电磁阀通过控制电磁铁的电流间接控制阀体的移动来档住或漏出排气的孔，控制气孔的开闭，就控制了整个电磁阀的机械运动。如下图所示就是一个气动电磁阀，存在一个进气口和两个出气口，两个出气口的出气情况需要根据气阀上的原理图来分析，两边的导线是连接电源以及IO模块的（IO模块后面或者通过别的文档会说明）

对于以上这种电磁气动阀，机器人的控制器需要控制IO模块来间接控制气阀，机器人不需要直接和电磁气动阀通信，但是机器人需要和IO模块建立通信，需要配置IO模块信息才能通信，其原理如下图：

如下图所示是一个外部IO模块，机器人控制器通过网线连接IO模块之后还需要用workvisual对这个IO模块进行配置，配置的目的就是让机器人认识它，配置的方法是在workvisual软件上将这个IO模块的设备描述文件（xml文件）导入机器人，而获取设备描述文件（xml文件）的方法是去这个IO模块的厂商的官网上去找，很麻烦，比如这个IO模块是BECKHOFF（倍福）的，就要到倍福的官网去找。

但是，今天我们所说的这款KR C4机器人，机器人内部有一个电磁气动阀，直接放在了机器人内部，所以机器人直接和电磁气动阀通过总线通信的形式建立了连接（意思就是说电磁气动阀直接通过某种通信连接的形式和机器人控制器连接的，而不是通过简单的导线连接），机器人因此直接和电磁气动阀直接建立了通信，所以还是需要配置的，只不过相比较添加外部设备的配置要简单的多（比如前文说的添加一个外部IO模块，还需要寻找xml文件等），如下图所示就是机器人和它内部带的电磁气动阀的通信形式，可以和前文对比一下：

对比一下，上面是外部来个IO模块，控制外部的电磁气动阀，下面是它直接控制它内部自带的电磁气动阀：

上面的优点是可扩展性好，你想控制啥就控制啥，电磁气动阀你可以增加数量，还可以换成别的东西，比如警报灯等。下面的优点是稳定，使用起来方便。

下面开始说如何给带电磁气动阀的机器人配置相关的IO接口。

二、给带电磁气动阀的机器人配置相关的IO接口

首先在看本节前需要读一下笔者写的另外一篇文档《如何给kuka工业机器人重装系统&如何用workvisual给机器人进行配置》的第二节，了解一下用workvisual进行配置，了解一下配置项目是如何创建的，如何导入到机器人系统的。

2.1 电脑和机器人连接

首先机器人开机，将机器人和电脑进行网络连接，直接用网线将电脑和机器人控制柜连接起来（注意控制柜上的网口不止一个，连接不成功可以多试几次），然后将机器人的静态IP设置成和机器人的IP在同一网段下。

首先先进入安全官模式，然后依次点击主菜单/start-up/network configuration，可以看到机器人的IP为172.31.1.147，若要电脑和机器人的IP在同一网段下，则在电脑上设置静态IP的时候将IP最后的那个10改成1-254中的任何一个别的数即可（对于IP的说明，可以参考这本书籍，图解TCP/IP，链接：https://pan.baidu.com/s/1OoUrgGtSNd4C6IK82binQQ
提取码：fq40）


打开控制面板–网络与共享中心–更改适配器设置–鼠标右键点击已经显示连接上网络的对应的图标–双击那个带有IPv4的选项–更改机器人的静态IP

我们这次用的workvisual6.0.9，（链接:https://pan.baidu.com/s/1WWm0PGB_gzJO0bCwgPRKoA 提取码:uj08workvisual），下载好之后无脑安装，安装之后打开即可

2.2 将机器人中的配置项目导入到workvisual

打开之后会弹出如下的对话框，左侧选择browse（浏览项目），展开折叠之后可以看到软件读取了机器人控制器内部已经存在的配置项目。我们选择自己正在用的这个配置项目就可以了，此处我选择project test，点击open（打开）。

打开配置项目后，我们就在这个项目中配置IO口，然后再把这个配置项目重新导入到机器人系统即可。
打开之后，看到如下界面

左边的项目树中显示了当前的硬件列表，上图中红色箭头指的地方就是控制器，鼠标左键双击红色箭头所指的这个控制器的名字，可以激活控制器，激活之后我们就可以进行接下来的操作了。
展开控制器，鼠标右击“controller components”，点击add（添加），

弹出的对话框选择EM8905-1001，这是倍福公司的一个通信控制板卡，库卡KR C4机器人自己内部安装了这个板卡，所以可以直接选择，并不用导入这个板卡的设备描述文件（xml文件），因此选择这个，点击add（添加）。

选择这个EM8905-1001 I/O-modul之后，如下图所示，可以看到左边项目树中出现了选择的这个EM8905-1001 I/O-modul。（后面为了方便阅读，将EM8905-1001 I/O-modul简写为EM控制卡）

2.3 I/O映射

在右边的窗口中，系统默认在I/O mapping（I/O映射）选项下，I/O映射就是使得机器人的I/O和EM控制卡的I/O建立一一对应关系。左边选择digital output（数字输出），可以看到机器人存在4096个数字输出口，从output[1]直接到output[4096]；右边选择fieldbusses（总线），选择EM8905-1001 I/O-modul，可以看到下面显示了EM控制卡的I/O，一共有6个输出口以及8个输出口，输入口从input[1]到input[6]，输出口从output[7]到output[14]，如下图红色框框所示。数字输出口的数值只有两个，分别是0和1，在KUKA机器人编程语言中分别是true和false。

机器人的输出口output必须和EM控制卡的输出口output建立对应关系，EM控制卡输出口从output[7]到output[14]，它的output[7]到底对应机器人的哪个output口呢？因此这些口需要设定，这就成为I/O映射，一一对应关系。

如下图所示，左边选择output[1]到output[8]，右边选择output[7]到output[14]，表示机器人的output[1]到output[8]分别映射了EM控制卡的output[7]到output[14]，当机器人的output[1]的值为true/false的时候，EM控制卡的output[7]的值就为true/false，当机器人的output[2]的值为true/false的时候，EM控制卡的output[8]的值就为true/false，依此类推。点击下图红色箭头所指的符号（connect）就可以成功将机器人的这8个输出口和EM控制卡的这8个输出口建立一一对应关系。

另外额外说明一下，EM控制卡的output[7]和output[8]两个输出口与电磁气动阀相连，当EM控制卡的output[7]的值为true的时候，电磁气动阀的出气口1会出气，output[8]的值为true的时候，电磁气动阀的出气口2会出气。

出气口1和2分别连在夹爪上，当出气口1出气且出气口2不出气的时候，夹爪会夹紧，反之，当出气口1不出气且出气口2出气的时候，夹爪会松开。

如下图可以说明：

机器人的output的值可以人手动设定，也可以程序中设定，下图就是机器人程序如何控制夹爪开合的信息流。

2.4将配置项目重新导入到机器人

OK，I/O配置基本完成了，现在就可以将项目编译之后导入到机器人系统中去了，在传输之前，必须在示教器上将模式改成安全官模式。如下图所示，界面右上角有两个按钮，右边的按钮的意思是编译，左边的按钮的意思跟运行差不多，就是将这个项目导入到机器人中，且左边的按钮包含了右边按钮的编译的功能，因此点击左边的按钮即可。

点击左边的按钮之后，弹出的对话框，依次点击next即可，示教器上也需要确认。

点一下示教器屏幕的左边的那个齿轮按钮，可以看到我们的项目名字，如下图所示，表示机器人现在用的配置项目就是我们在workvisual内部配置I/O的这个配置项目。

确保机器人的权限在专家权限及以上，然后在示教器上打开机器人的数字I/O显示，KSS（KUKA System Software，库卡系统软件）版本为8.3的可以从主菜单—display—input/output—digital I/O进入，如下图所示，可以看到机器人的output

这些output口的值默认都是false，当机器人的output[1]=true且output[2]=false的时候，夹爪会夹持住，我们试验一下，首先需要打开空气压缩机给机器人的气阀上气，然后需要给机器人的output[1]手动赋值true，如下图所示，按住示教器背后的使能键，然后按value，output[1]的灯会亮，表示现在output[1]的值为true，夹爪加紧。

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致谢

感谢笔者的老师Daniel以及同事赵建国提供的技术支持