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一、系统概述

KUKA机器人TCP通讯上位机系统是一套基于C#语言和.NET Framework 4.0开发的Windows桌面应用，通过TCP/IP协议实现与KUKA机器人的实时数据交互与运动控制。系统采用客户端-服务器架构，PC端作为TCP服务端，KUKA机器人端作为客户端，支持机器人关节位置实时监控、单轴精细控制、六轴联动定位及运动数据导出等核心功能，适用于工业自动化场景中对KUKA机器人的远程操控与状态监测。

系统整体由PC端应用程序与KUKA端配置程序两部分组成，PC端负责人机交互、指令发送与数据处理，KUKA端负责接收指令并执行运动控制，同时实时反馈机器人位置信息，两者通过标准化的XML格式数据进行通讯，确保数据传输的稳定性与兼容性。

二、核心功能模块

（一）TCP通讯连接模块

TCP通讯连接模块是系统的基础，负责建立PC端与KUKA机器人之间的网络连接，实现双向数据传输。该模块采用Socket编程实现TCP服务端功能，支持连接状态监测、异常处理及手动断开连接操作，为后续的运动控制与数据采集提供稳定的通讯链路。

在连接流程上，系统首先读取预配置的IP地址与端口号（默认IP为172.31.1.11，端口为59152），用户可通过界面输入框修改配置；点击“连接机器人”按钮后，PC端初始化Socket实例，绑定指定IP与端口并进入监听状态，等待KUKA机器人端发起连接请求；连接建立后，系统自动启动独立线程监听机器人端发送的数据，确保通讯过程不阻塞主线程，同时支持手动触发“断开”操作，断开时会发送复位指令至机器人，并清空当前显示的位置数据，保障设备安全。

（二）机器人位置实时监测模块

位置实时监测模块负责接收KUKA机器人发送的位置数据，并进行解析、显示与存储，帮助用户实时掌握机器人运行状态。该模块支持两种位置数据格式的监测：一是机器人6个关节的角度数据（A1-A6，单位为度），二是机器人末端执行器的空间坐标数据（X/Y/Z轴位移，单位为毫米；A/B/C轴姿态，单位为度），数据更新频率与机器人端发送频率保持同步，满足实时监控需求。

数据处理流程中，机器人端通过特定程序实时采集位置数据，并封装为包含-（关节角度）与-（空间坐标）标签的XML格式字符串，通过TCP协议发送至PC端；PC端接收到数据后，通过字符串解析提取目标字段，分别更新至界面对应的“实时显示”区域文本框，同时将数据（含时间戳、索引）存入内存数据表，为后续数据导出提供数据源；界面显示采用只读文本框设计，避免误操作修改监测数据，确保数据真实性。

（三）运动控制模块

运动控制模块是系统的核心功能模块，提供两种机器人控制模式——单步控制与六轴联动控制，覆盖不同场景下的机器人运动需求，支持精准定位与精细调节。

1. 单步控制

单步控制适用于对机器人单个关节的微调操作，支持6个关节（A1-A6）的独立控制，每个关节对应“增加”与“减少”两个操作按钮。用户点击目标关节的控制按钮后，系统会生成包含“StepMode”（步骤模式，区分不同关节与操作方向）的XML指令，发送至KUKA机器人端；机器人接收到指令后，驱动对应关节按照预设步长微调角度，实现精细位置调整，该模式常用于机器人姿态校准、避障调整等场景。

2. 六轴联动控制

六轴联动控制适用于机器人从当前位置到目标位置的精准移动，支持通过输入目标空间坐标（X/Y/Z/A/B/C）控制机器人末端执行器定位。用户在界面输入框中填写目标坐标后，点击“运动”按钮，系统会先校验输入合法性（非空校验），校验通过后生成包含目标坐标的XML指令并发送；机器人接收到指令后，根据自身运动学算法规划路径，驱动6个关节协同运动，最终到达目标位置。同时，该模式还支持“复位”功能，点击“复位”按钮后，系统会发送包含预设原点坐标（FRAME结构类型，存于配置类中）的指令，控制机器人回到初始位置，保障设备安全。

（四）数据导出模块

数据导出模块负责将实时监测的机器人位置数据（含时间戳、索引、关节角度、空间坐标）导出为本地文件，支持CSV与TXT两种格式，方便后续数据追溯、分析与报告生成。

用户点击“导出”按钮后，系统会弹出文件保存对话框，默认以当前时间（格式：yyMMddhhmmss）作为文件名，用户可选择保存路径与文件格式；确认后，系统读取内存数据表中的数据，按照“表头-内容”的结构生成文件内容，表头包含数据字段名称（如“Index”“Time”“A1(deg)”等），内容部分采用逗号分隔（CSV格式）或纯文本格式存储，同时对数据中的特殊符号进行处理（如双引号转义），确保文件兼容性；导出完成后，系统清空内存数据表与计数，为下一次数据采集做准备，并在信息窗口提示导出结果（成功路径或错误信息）。

（五）信息交互模块

信息交互模块负责系统运行状态、操作日志、错误提示的展示与管理，为用户提供清晰的操作反馈与故障排查依据。该模块核心为“信息窗口”文本框，支持自动记录时间戳（格式：yyyy-MM-dd HH:mm:ss），展示内容包括：连接状态（等待连接、连接成功、断开连接）、指令发送记录（XML指令内容）、数据接收记录（机器人发送的XML数据）、导出结果（成功/失败提示）等；同时支持“清空”功能，用户点击“清空”按钮可快速清除窗口内容，便于查看最新日志，提升操作体验。

三、系统配置与使用流程

（一）前期配置

1. KUKA端配置

1. 将运行模式设置为T1（手动慢速）或T2（手动快速），进入专家用户组，确保具备系统配置权限；
2. 停止SUBMIT解释器（主菜单>配置>SUBMIT解释器>停止/取消），使用项目提供的config.dat（全局变量）与sps.sub（实时数据传输）覆盖机器人R1\System目录下的原文件（建议备份原文件）；
3. 将Xml_motion16.xml（通讯配置，含IP、端口与数据结构）拷贝至C:\KRC\ROBOTER\Config\User\Common目录；
4. 将motion16.src（主程序，实现TCP连接与运动控制）与motion16.dat（程序数据）拷贝至R1\Program目录或自定义文件夹。

2. PC端配置

1. 使用网线连接PC与KUKA机器人，修改PC端以太网属性，将IP地址设置为与机器人通讯网段一致（默认需与172.31.1.11同网段）；
2. 打开PC端项目的Common.cs文件，配置TCP通讯参数（服务器IP、端口）与机器人原点坐标（XP1为AXIS结构关节角度，XP2为FRAME结构空间坐标）；
3. 编译并启动PC端程序（基于.NET Framework 4.0，需确保环境已安装）。

（二）常规使用流程

1. 启动PC端程序，确认界面“IP地址”“端口号”输入框显示正确配置（可修改）；
2. 点击“连接机器人”按钮，等待信息窗口提示“已连接的客户端”（含机器人IP与端口），确认TCP连接建立；
3. 如需微调机器人姿态，在“单步控制”区域点击目标关节的“+/-”按钮，观察“实时显示”区域数据变化；
4. 如需精准定位，在“六轴联动”区域输入目标坐标（X/Y/Z/A/B/C），点击“运动”按钮，等待机器人执行完成；
5. 如需保存运动数据，点击“实时显示”区域的“导出”按钮，选择路径与格式，完成数据导出；
6. 使用完成后，点击“断开”按钮，确认信息窗口提示“断开连接”，关闭程序。

四、技术特点与注意事项

（一）技术特点

1. 稳定性：采用独立线程处理TCP数据接收，避免主线程阻塞；支持Socket地址复用，减少连接异常；数据传输采用XML格式，结构清晰，便于解析与兼容；
2. 安全性：支持机器人复位功能，异常断开时自动发送复位指令；单步控制采用预设步长，避免关节超程；运行模式依赖KUKA端T1/T2手动模式，符合工业安全规范；
3. 易用性：界面采用分组设计（通讯、控制、监测、信息），操作逻辑清晰；支持数据实时显示与导出，满足追溯需求；提供信息日志，便于故障排查；
4. 可扩展性：系统预留运动模式扩展接口（如直线运动、圆弧运动），可依据《KUKA.Ethernet KRL 2.2》手册开发更多功能；通讯参数与原点坐标集中配置，便于适配不同场景。

（二）注意事项

1. 确保PC与KUKA机器人网络连通，IP地址与端口配置一致（修改PC端配置后需同步更新KUKA端Xml_motion16.xml文件）；
2. KUKA端操作需严格按照工业安全规范，避免在自动模式下执行控制指令，防止设备碰撞；
3. 六轴联动控制时，需确认目标坐标在机器人运动范围内，避免关节超程或机械干涉；
4. 数据导出时建议定期保存，避免内存数据表数据过多导致程序卡顿；
5. 若出现通讯异常，可查看信息窗口日志，排查网络连接、Socket状态或KUKA端程序运行情况。