工業(yè)機器人應(yīng)用編程（KUKA中高級） 課件 項目八 工業(yè)機器人實訓平臺二次開發(fā)

項目八工業(yè)機器人實訓平臺二次開發(fā)公司簡介匯博工業(yè)CATALOGUE一學習目標公司簡介CATALOGUE目錄四知識拓展二工作任務(wù)五評價反饋三實踐操作六練習與思考題1.熟悉軟件程序與硬件的通信。2.掌握C#基本控件的使用方法。3.掌握C#代碼編寫的基礎(chǔ)知識。4.掌握Modbus的使用方法。一、學習目標一、工作任務(wù)背景隨著全球工業(yè)化進程的不斷推進，工業(yè)機器人已經(jīng)在越來越多的行業(yè)發(fā)揮著舉足輕重的作用。為了適應(yīng)不斷發(fā)展的工業(yè)需求，工業(yè)機器人需要不斷創(chuàng)新，不斷完善，一些科研院所對工業(yè)機器人的應(yīng)用，有更多的創(chuàng)新，對工業(yè)機器人二次開發(fā)功能要求也就更具多樣性。二、工作任務(wù)二、所需要的設(shè)備工業(yè)機器人的二次開發(fā)所需要的設(shè)備：一臺裝有VisioStudio2019的計算機。二、工作任務(wù)三、任務(wù)描述1.完成開發(fā)軟件與工業(yè)機器人通信的界面設(shè)計。2.實現(xiàn)開發(fā)軟件中工業(yè)機器人連接與斷開功能。3.實現(xiàn)開發(fā)軟件中數(shù)據(jù)的寫入功能。4.實現(xiàn)開發(fā)軟件中接口地址對應(yīng)值的讀取功能。5.實現(xiàn)開發(fā)軟件中讀取工業(yè)機器人各個關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)的功能。二、工作任務(wù)三、實踐操作C#（CSharp，最初稱為COOL）是由C和C++衍生出來的一種安全穩(wěn)定的、簡單簡單的面向?qū)ο蟮木幊陶Z言。C#綜合了VB簡單的可視化操作和C++的高運行效率，以其強大的操作能力、簡潔的語法風格、創(chuàng)新的語言特性和便捷的面向組件編程成為Microsoft.NET開發(fā)的首選語言。程序員可以通過C#快速地編寫各種基于Microsoft.NET平臺的應(yīng)用程序。一、知識儲備二、任務(wù)實施1.界面設(shè)計（1）控件與軟件主界面控件主要用來進行界面的設(shè)計，常用的控件有Button（按鈕）控件、ComboBox（下拉框）控件、Label（標簽）控件、TextBox（文本框）控件和PictureBox（圖片）控件，所有的控件都在主界面的工具箱中。如果主界面沒有工具箱按鈕，可以單擊菜單欄中的“視圖”→“工具箱”將工具箱調(diào)出，“屬性”標簽同理。軟件工作界面如圖8-1所示。圖8-1軟件工作界面三、實踐操作（2）控件屬性的介紹與修改（表8-1）1）Button控件：將其從工具欄中拖拽到界面設(shè)計窗口后，界面設(shè)計窗口中會自動生成一個按鈕，可以改變按鈕的大小和位置，也可以通過在屬性窗口輸入位置數(shù)值進行精確的設(shè)置，然后在屬性窗口更改“Name”屬性和“Text”屬性。三、實踐操作以“連接機器人”按鈕為例，如果界面設(shè)計窗口中沒有任何按鈕，將Button控件拖拽到界面設(shè)計窗口后，按鈕上的文字默認顯示的是“button1”，通過鼠標拖拽控件，改變控件大小和位置到合適的程度，然后單擊“屬性”打開控件的屬性窗口，設(shè)置“Text”屬性為“連接機器人”，設(shè)置“Name”屬性為“btn_connect”（設(shè)置Name屬性主要是讓開發(fā)者養(yǎng)成一個良好的命名習慣，做到見名知意）。Button控件屬性窗口的修改如圖8-2所示。圖8-2Button控件屬性窗口的修改三、實踐操作2）ComboBox控件：將其從工具欄中拖拽到界面設(shè)計窗口后，界面設(shè)計窗口中會自動生成一個下拉框。下拉框默認是可以輸入數(shù)據(jù)的，可以將下拉框的“DropDownStyle”屬性設(shè)置為“DropDownList”，下拉框就不可以輸入數(shù)據(jù)了。單擊“Item”屬性右側(cè)的按鈕，打開“字符串集合編輯器”對話框，輸入下拉框要顯示的數(shù)據(jù)，以回車作為一條數(shù)據(jù)的結(jié)束?！癈omboBox”屬性的修改如圖8-3所示。圖8-3ComboBox屬性的修改三、實踐操作三、實踐操作3）Label控件：如果界面設(shè)計窗口沒有標簽，將其從工具欄拖拽到界面設(shè)計窗口后默認是“l(fā)able1”，label控件只要在屬性窗口修改它的“Text”屬性即可，控件的大小和位置可進行拖動修改，修改方法與Button控件相同。4）TextBox控件：TextBox控件只要在屬性窗口修改它的“Name”屬性和“AutoSize”屬性即可。“Name”屬性根據(jù)文本框位置和標簽位置可進行相應(yīng)的更改；將“AutoSize”屬性設(shè)置為“false”，可通過鼠標拖拽控件來改變控件大小和位置。5）PictureBox控件：單擊屬性窗口的“image”屬性右側(cè)的按鈕，打開“查找本地文件”對話框，找到要添加的文件，單擊“確定”，然后將“SizeMode”屬性設(shè)置為“Stretch-Image”，讓圖片的大小適應(yīng)控件的大小。（3）控件事件介紹1）Click（單擊）事件：當單擊該控件時，程序會觸發(fā)相應(yīng)的動作。2）SelectedIndexChanged（下拉框索引改變）事件：選擇下拉框中不同數(shù)據(jù)時，會引發(fā)的一個動作。2.代碼編寫知識（1）變量的聲明與初始化1）語法：修飾符數(shù)據(jù)類型變量名。2）修飾符：用來設(shè)置變量或者函數(shù)的訪問權(quán)限。①private代表私有，只能本類訪問，子類和實例都不可訪問。②Public代表公有，不受任何限制。③protected代表保護，只能本類和子類訪問，實例不可訪問。3）數(shù)據(jù)類型：用來說明這個變量或者函數(shù)的類型。常用的數(shù)據(jù)類型有int（整型）、float（浮點型）、bool（布爾型）和byte（字節(jié)型）。例8-1：聲明一個私有整型變量，名稱為a。privateinta；例8-2：聲明一個私有整型變量，名稱為a，并初始化a為66。privateinta=66；（2）數(shù)組(這里僅介紹一維數(shù)組)1）語法：修飾符數(shù)據(jù)類型[]變量名=new數(shù)據(jù)類型[數(shù)組大小]；2）作用：可以包含同一個類型的多個元素。三、實踐操作例8-3：聲明一個公有整型數(shù)組a，數(shù)組大小為4。publicint[]a=newint[4]；例8-4：聲明一個公有整型數(shù)組a，數(shù)組大小為4，并對其進行初始化。publicint[]a=newint[4]{0，0，0，0}；（2）循環(huán)(這里僅介紹while循環(huán))1）語法：while(循環(huán)條件){循環(huán)體；}2）作用：多次執(zhí)行同一部分代碼。例8-5：通過循環(huán)求1到100的和inti=0；while(i<=100){i=i+1；}（3）函數(shù)1）語法：修飾符

數(shù)據(jù)類型

函數(shù)名(){函數(shù)體；}2）作用：當程序功能較多時，可以將功能分模塊來寫，每一個功能模塊放在一個函數(shù)內(nèi)，需要時直接調(diào)用該函數(shù)即可。三、實踐操作例8-6：建立一個私有的無返回值的函數(shù)a。在函數(shù)中實現(xiàn)求1到100的整數(shù)和。Privatevoida(){for(inti=1；i<=100；i++){i+=1；}}（5）線程

開啟線程三步走：創(chuàng)建一個新線程

→

設(shè)置與后臺線程同步

→

準備開啟線程。1）Thread自定義的線程名=newThread（要開啟線程的函數(shù)）。2）自定義的線程名.IsBackground=true。3）自定義的線程名.Start()。注意：使用線程時需要引入System.Threading，引入方法是在程序第一行添加usingSystem.Threading代碼。（6）類中函數(shù)的調(diào)用

步驟為：實例化類→調(diào)用。1）實例化類：類名

自定義名=new類名()。2）調(diào)用：自定義名.函數(shù)名(參數(shù)1，參數(shù)2...參數(shù)n)。三、實踐操作（7）異常處理(這里僅介紹try...catch()...的方式)語法：try{可能會引發(fā)異常的代碼；}Catch(Excepton){對異常進行處理的代碼；}三、實踐操作例8-7：假設(shè)this.pictureBox1.Image=Image.FromFile("C:/Users/Administrator/Desktop/小燈圖片/RedLight.png")；這段代碼會發(fā)生找不到文件的異常，處理方式如下：try{this.pictureBox1.Image=Image.FromFile("C:/Users/Administrator/Desktop/小燈圖片/RedLight.png")；}Catch(Excepton){messageBox.Show(“文件未找到”)；}三、實踐操作3.界面設(shè)計的操作步驟

參考界面如圖8-4。圖8-4界面設(shè)計三、實踐操作三、實踐操作界面設(shè)計的操作步驟見表8-2。三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作按鈕控件對應(yīng)的“Name”和“Text”屬性值見表8-3。三、實踐操作4.界面通信設(shè)計

界面通信設(shè)計的操作步驟見表8-4。三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作一、TCP連接管理1.總體描述MODBUS通信需要建立客戶機與服務(wù)器之間的TCP連接。建立通信連接可以由用戶應(yīng)用模塊實現(xiàn)，也可以由TCP連接管理模塊自動完成。在第一種情況下，用戶應(yīng)用模塊必須提供應(yīng)用程序接口，以便完全管理連接。這種方式為應(yīng)用開發(fā)人員提供了靈活性，但需要TCP/IP機制方面的專長。在第二種方案中，TCP連接管理完全不出現(xiàn)，用戶應(yīng)用僅需要發(fā)送和接受MODBUS報文。TCP連接管理模塊負責在需要時建立新的TCP連接。TCP客戶機和服務(wù)器連接數(shù)量的定義不屬于本文件的范疇（在本文中采用n）。根據(jù)設(shè)備能力，TCP連接的數(shù)量會不同，如圖8-5所示。圖8-5TCP連接管理操作圖四、知識拓展1）顯式TCP連接管理。用戶應(yīng)用模塊負責管理所有的TCP連接：主動的和被動的連接建立、連接結(jié)束。對客戶機與服務(wù)器間所有的連接進行管理。BSD套接字接口用在用戶應(yīng)用模塊中來管理TCP連接。這種方案提供了完全的靈活性，但也意味著應(yīng)用開發(fā)人員要具備充分的有關(guān)TCP的知識?？紤]到設(shè)備的能力和需求，必須進行配置客戶機與服務(wù)器間連接數(shù)的限制。2）自動TCP連接管理。TCP連接管理對用戶應(yīng)用模塊是完全透明的。連接管理模塊可以接受足夠數(shù)量的客戶機/服務(wù)器連接。否則，在超過所授權(quán)數(shù)量的連接時必須有一種實現(xiàn)機制。在這種情況下，建議：關(guān)閉最早建立的不使用的連接。在收到第一個來自遠端客戶機或本地用戶應(yīng)用的數(shù)據(jù)包后，就建立了與遠端對象的連接。如果一個網(wǎng)絡(luò)進行終止或本地設(shè)備決定終止，此連接將被關(guān)閉。在接收連接請求時，訪問控制選項可用來禁止未授權(quán)客戶訪問設(shè)備的可能性。TCP連接管理模塊采用棧接口（通常BSD套接字接口）來與TCP/IP棧進行通信。為了保持系統(tǒng)需求與服務(wù)器資源之間的兼容，TCP管理將保持兩個連接庫。四、知識拓展第一個庫（優(yōu)先連接庫）由那些從不被本地主動關(guān)閉的連接組成。必須提供一個配置來建立這個庫。實現(xiàn)的原理是將這個庫的每一個可能的連接與一個特定的IP地址聯(lián)系起來。具有這個IP地址的設(shè)備被稱為“標記的”。任何一個被“標記的”設(shè)備的新的連接請求必須被接收，并從優(yōu)先連接庫中取出。還有必要設(shè)置允許每個遠端設(shè)備最多建立連接的數(shù)量，以避免同一設(shè)備使用優(yōu)先連接庫中所有的連接。第二個庫（非優(yōu)先連接庫）包括了非標記設(shè)備的連接。這里采用的規(guī)則是：當有來自非標記設(shè)備的新的連接請求，以及庫中沒有連接可用時，關(guān)閉早些時候建立的連接。一個配置可作為選項提供來分配每個庫中可用連接的數(shù)量。如果需要，設(shè)計人員可在設(shè)計期間設(shè)定連接的數(shù)量。四、知識拓展2.連接管理描述1）連接建立。MODBUS報文傳輸服務(wù)必須在502口上提供一個偵聽套接字，允許接收新的連接和與其他設(shè)備交換數(shù)據(jù)，如圖8-6所示。當報文傳輸服務(wù)需要與遠端服務(wù)器交換數(shù)據(jù)時，必須與遠端502口建立一個新的客戶連接，以便與遠距離交換數(shù)據(jù)。本地口必須高于1024，并且每個客戶連接各不相同。圖8-6MODBUSTCP/IP連接建立四、知識拓展如果客戶機與服務(wù)器的連接數(shù)量大于授權(quán)的連接數(shù)量，則最早建立的無用的連接被關(guān)閉。激活訪問控制機制檢查遠端客戶機的IP地址是否是經(jīng)過授權(quán)的。如果未經(jīng)授權(quán)，將拒絕新的連接。2）MODBUS數(shù)據(jù)變換?；谝呀?jīng)打開的正確的TCP連接發(fā)送MODBUS請求。遠端設(shè)備的IP地址用于尋找所建的TCP連接。在與同一個遠端設(shè)備建立多個連接時，必須選擇其中一個連接用于發(fā)送MODBUS報文，可以采取不同的選擇策略，例如：最早的連接、第一個連接。在MODBUS通信的全過程中，連接必須始終保持打開。一個客戶機可以向一個服務(wù)器啟動多個事務(wù)處理，而不必等待前序事物處理結(jié)束。3）連接關(guān)閉。當客戶機與服務(wù)器間的MODBUS通信結(jié)束時，客戶機必須關(guān)閉用于通信的連接。四、知識拓展二、Profinet協(xié)議1.總體描述Profinet是一個開放式的工業(yè)以太網(wǎng)通訊協(xié)定，主要由西門子公司和PROFIBUS&PROFINET國際協(xié)會所提出。PROFINET應(yīng)用TCP/IP及資訊科技的相關(guān)標準，是實時的工業(yè)以太網(wǎng)。2.協(xié)議細節(jié)因為使用了IEEE802.3以太網(wǎng)標準和TCP/IP，大多數(shù)的PROFINET通信是通過沒有被修改的以太網(wǎng)和TCP/IP包來完成。以PROFINETRT為例來理解在整個通信的過程中實時性能是如何來保證的。從通信的終端設(shè)備來看，首先采用了優(yōu)化的協(xié)議棧。這樣一來在終端的設(shè)備上數(shù)據(jù)報文被處理的時間大大的縮短，這是實時性能保證的一個方面。其次是終端設(shè)備上采用的分時間段處理機制，這樣保證了在每個通信的循環(huán)的周期內(nèi)終端設(shè)備即可以處理RT的實時