UR机器人通信端口和协议

1 概述

UR机器人作为目前使用广泛的协作机器人，其开放了基于TCP/IP的远程控制功能，提供了多个多类型的端口，用于工业总线控制，或者用户自行编程控制，以下记录整理此方面的信息。

2 UR机器人通信

2.1 UR通信协议

UR机器人可通过TCP/IP通信，向机器人发送控制命令，以及从机器人获取状态信息。

2.2 UR通信端口

UR机器人通信时提供了以下接口，我们可以根据自己需要，使用其中的一种或多种。
表1 机器人作为服务器的通信端口

端口	端口描述
502	Modbus TCP协议，机器人作为服务器
22	SSH/SFTP (安全文件传输协议）
29999	Dashboard功能
30001	第一客户端端口，自动返回机器人状态与补充消息
30002	第二客户端端口，自动返回机器人状态与消息
30003	实时反馈端口，自动返回机器人状态与消息，125Hz实时反馈接口

表2 机器人作为客户端的通信端口

端口	端口描述
自定义	由UR脚本函数定义
502	Modbus TCP协议，机器人作为客户端

3 UR机器人通信端口类型

3.1 Modbus TCP端口（502端口）

Modbus是OS模型第7层上的应用层报文传输协议，它在连接至不同类型总线或网络的设备之间提供客户端/服务器通信，互联网组织保留系统端口502访问Modbus，Modbus是一个请求/应答协议，并且提供功能码规定的服务。
UR机器人既可以作为Modbus TCP服务器，也可以作为Modbus TCP客户端，两者的主要区别在于消息请求方的不同。
通过UR机器人的相关Modbus地址，我们可以访问机器人的很多信息，进而可以在上位机上解析这些信息并显示。
下表为Modbus地址

地址	类型	描述
0-33	Register	可以访问机器人的所有IO
128-255	Register	可配置寄存器
256-265	Register	机器人状态
270-315	Register	关节位置、速度、电流、温度、模式等信息
400-425	Register	TCP位置、速度、偏移等信息
768-770	Register	工具端状态
0-159	Bit	可以访问机器人的所有IO
260-265	Bit	机器人状态

示例：本人利用502端口实现了TCP/IP协议的UR控制和状态读取，见文章：《第一次编程操作UR10协作机器人的记录》，其中简单介绍了Modbus命令的构造，并使用260、270、400三个地址读取UR状态和位置信息。

3.2 Dashboard端口（29999端口）

上位机可以通过29999端口直接发送一些简单的指令给机器人，这些指令是UR自己定义的，这种功能被称为Dashboard。我们可以通过一些Dashboard指令，远程切换、加载程序，同时可以启动、暂停、停止程序，实现上位机对UR的远程控制。

3.3 上位机编程端口（30001/30002/30003端口）

UR机器人提供了这三个端口，用于远程控制编程。其功能如下表所示

端口	名称	功能
30001	第一客户端端口	客户端可发送脚本代码至服务器，服务器自动以5Hz的频率返回机器人状态与补充消息到客户端
30002	第二客户端端口	客户端可发送脚本代码安全文件传输协议，服务器自动以5Hz的频率返回机器人状态与消息到客户端
30003	实时反馈端口	客户端可发送脚本代安全文件传输协议，服务器自动以125Hz的频率返回机器人状态与消息到客户端

3.3.1 URScript简介

UR机器人有3种编程方式：Polyscope编程、脚本编程以及C-API编程：

1. Polyscope编程：指的是程序在示教器上被编辑，机器人然后执行，这是UI层的编程方式；
2. C-API编程：是在研发层上的编程方式；
3. 脚本编程：URScript，是UR公司在Python语言基础上，自己研发的语言，是在脚本层上控制机器人的编程语言，我们使用的主要是这种脚本编程。

3.3.2 机器人的控制

上位机作为客户端，通过30001/30002/30003其中一个特定的编程端口，与机器人控制器建立TCP/IP连接，就可以在上位机上按照URScript语言格式编写脚本程序，直接发送给机器人控制器，机器人就可以执行相应动作了。
示例：本人利用30003端口实现了TCP/IP协议的UR控制，见文章：《第一次编程操作UR10协作机器人的记录》，其中介绍了三个常用URScript指令，即MOVEL、MOVEP、STOPL，并利用其实现了UR的运动控制。

3.3.3 机器人状态读取

30001~30003这三个端口共同特点是，一旦客户端打开端口，就会按照一定的频率收到来自机器人的信息，30003端口是实时反馈端口，客户端每8ms（125Hz）就收到一次来自机器人的信息。而其它两个端口只能每200ms（5Hz）收到一次来自机器人的信息。
客户端通过这三个端口收到的机器人信息稍有不同，通过30003端口收到的信息是最丰富的，包含了通过30001和30002收到的大部分信息。
因此，通过实时反馈端口30003，客户端收到机器人的信息频率是最高的，内容也是最全的。
按照参考文献说法：通过30003每次收到的数据包是1044个字节，以标准格式排列，极少数情况下客户端会收到小于1044个字节。
经个人实际测试，30003端口每次会收到1108字节，与上述描述稍有不同，本人试图解析了这些信息，限于篇幅，下一篇文章“UR机器人返回信息格式解析“详细介绍30003端口返回信息的解析。

4 一个概念——TCP

另外需要说明一点的是，在UR控制里出现了两个TCP概念，要注意区分（刚接触UR时，看示教器和说明书，很迷糊了一阵子，所以这里说明一下，有同样疑惑的可以参考）

1. 网络协议的TCP：网络协议中TCP/IP的含义是Transmission Control Protocol / Internet Protocol；
2. UR的TCP：含义是Tool Center Point，指的是机器人工具的中心点，TCP位置指的是机器人工具中心点位置，同理TCP坐标系，指的是固连在机器人工具终端的坐标系。

参考文献

https://wenku.baidu.com/view/c78aa35c0722192e4436f61c.html