基于Robot Studio的工業機器人遠程監控系統設計與研究

摘" 要：當前，工業自動化技術進步推動了對工業機器人遠程監控與管理需求的增長。為此，設計并實現了一個基于客戶端到服務器架構的局域網遠程監控系統。利用Robot Studio構建虛擬工作站模擬工業場景，結合PC SDK與Win Form技術開發控制端。系統集成了高效的開發工具與接口，簡化了構建，提供了用戶友好的界面。仿真測試顯示其功能完整、操作便捷、系統穩定，支持通過Visual Studio觀察與操控機器人生產過程。系統為工業機器人遠程監控提供了高效可靠的解決方案，滿足了工業生產對自動化、智能化管理的需求。

關鍵詞：PC SDK；ABB工業機器人；Visual Studio；Win Form；遠程監控

中圖分類號：TP273；TP242 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2025）04-0193-06

Design and Research on Industrial Robot Remote Monitoring System Based on Robot Studio

HU Chen

（College of Electrical Engineering， Northwest Minzu University， Lanzhou" 730030， China）

Abstract： At present， the progress of industrial automation technology has promoted the growth of the demand for remote monitoring and management of industrial robots. To this end， a LAN remote monitoring system based on the client-to-server architecture is designed and implemented. The system uses Robot Studio to build virtual workstations to simulate industrial scenarios， and combines PC SDK and Win Form technology to develop control terminals. It integrates efficient development tools and interfaces， simplifies the construction， and provides a user-friendly interface. The simulation test shows that it has complete functions， convenient operation and the system is stable， and supports the observation and control of the robot production process through Visual Studio. The system provides an efficient and reliable solution for the remote monitoring of industrial robots， and meets the needs of automated and intelligent management in industrial production.

Keywords： PC SDK; ABB industrial robot; Visual Studio; Win Form; remote monitoring

0" 引" 言

隨著工業4.0時代的到來和智能制造的快速發展，工業機器人在制造業中的應用越來越廣泛，在生產線上承擔著焊接、噴涂、碼垛、裝配等多種任務，極大地提高了生產效率和產品質量。然而，隨著工業機器人的普及，對其遠程監控和管理的需求也日益增長。傳統的現場監控方式不僅效率低下，而且受限于地理位置，無法實現對工業機器人的實時監控和管理。

1" 工業機器人的遠程監控研究現狀

在國內，隨著工業4.0和智能制造戰略的深入實施，工業機器人的應用越來越廣泛，對其遠程監控和管理的需求也日益增長。隨著信息技術的不斷發展和普及，物聯網和人工智能技術正逐漸應用于各個領域，成為現代化生產過程中不可或缺的一部分[1]，基于Robot Studio的工業機器人遠程監控系統設計與研究作為提升工業機器人智能化水平的重要手段。劉永奎等在云制造環境下實現工業機器人遠程監控系統[2]。傅貴武等基于SDK通信實現工業機器人遠程監控系統的設計[3]。張愛民等基于Socket通信技術與多線程技術，通過TCP/IP協議實現工業機器人遠程監控方案[4]。潘湘飛基于SOCKET通信機制實現與Stcubli-TX90和EPSON-G6工業機器人的同步通信，以及各種算法，在Web頁面實現對工業機器人運行數據和作業環境的遠程監控[5]。劉計良等運用企業Internet接入云平臺實現對工業機器人的遠程視頻檢測、坐標和運動數據采集、控制等功能，使用戶能夠遠程實時動態監控云平臺資源庫中的工業機器人運行狀態和報警信息[6]。張楊林子等將通信技術、工業物聯網技術融入工業設備的PLC控制系統中，設計一種可視化遠程監控控制系統[7]。陳子陽等提出基于數字孿生工業機器人遠程監控系統的構建方法[8]。康晉基于LoRa無線通信設計了一種新的工業機器人遠程監控系統[9]。于博針對工業機器人智能抓取場景，聚焦于云制造中不同角色用戶的監控需求。在工業機器人遠程監控技術方面取得了顯著進展[10]。研究人員利用SDK通信接口，結合現代通信技術、計算機技術和工業機器人離線編程技術，設計并開發了多種工業機器人遠程監控系統。這些系統能夠實現工業機器人的實時監控、數據收集、故障預警和遠程操作等功能，有效提高了工業機器人的運行效率和穩定性。

政府高度重視工業機器人的研發和應用，出臺一系列政策措施來推動工業機器人產業的發展。例如，《“十四五”機器人產業發展規劃》等文件明確提出了加快工業機器人技術創新和應用推廣的目標，《中國制造2025》規劃指出中國制造業需要逐步提升到工業4.0時代。工業4.0的顯著特點是“互聯網+制造業”，其中重要一環是推進工業機器人在工業生產中的大量應用，并通過互聯網絡實現機器人間的互聯互通。為基于Robot Studio的工業機器人遠程監控系統設計與研究提供了良好的政策環境。

2" 工業機器人的遠程監控的總體設計

基于Robot Studio的工業機器人遠程監控系統設計與研究是一個復雜但具有重要意義的項目，它允許操作人員從遠程位置實時監控和控制工業機器人的狀態和行為，方便對機器人的控制，系統總體設計如圖1所示。

系統架構分為三層：硬件層、軟件層和通信層，系統架構如圖2所示。

硬件層包括工業機器人、網絡設備和遠程終端，裝備IRC5控制器的ABB工業機器人，包括以太網交換機、路由器等，用于實現IRC5控制器與PC端之間的通信。操作人員使用的計算機或移動設備，需支持瀏覽器或特定的客戶端軟件。

軟件層包括PC SDK、監控軟件Visual Studio和數據庫，提供二次開發接口的軟件開發工具包，用于實現PC端與IRC5控制器之間的通信。運行在遠程終端上的軟件，用于顯示機器人數據、發送控制指令等。數據庫用于存儲機器人數據，便于后續分析和優化。

通信層包括以太網技術和通信協議，實現IRC5控制器與PC端之間的高速、穩定通信，基于SDK定義的通信協議，確保數據的正確傳輸和解析。

3" 工業機器硬件構成

本設計選用IRB 260型號作為監測對象，該機器人裝備了IRC5控制器及支持PC SDK的二次開發平臺。連接以太網，將IRC5控制器與PC端建立連接，從而能夠獲取ABB工業機器人的各項相關數據即可實現對機器人的遠程控制，為了滿足設計要求，選用了以下設備和軟件：

1）ABB的IRB 260工業機器人。負載30 kg，臂展1.53 m。

2）IRC5控制器。可多任務并行處理，精度高，可與PC連接得到數據，用于實踐。

3）Visual Studio。在Robot Studio SDK擴展中實現與Robot Studio 6.08的連接。

4）其他。

IRB 260機器人實物圖如圖3所示，技術參數如表1所示。主要針對包裝應用設計和優化，雖機身小巧，能集成于緊湊型包裝機械中，卻又能滿足在到達距離和有效載荷方面的所有要求。

4" 工業機器人的軟件設計

Client/Server是C/S架構中的全稱，C/S架構應用包括服務器與客戶機兩部分組成雙重架構。客戶端請求服務器發送數據，服務器把數據傳送到客戶端進行數據計算，并把結果呈現給用戶。這里客戶端包括的并不只是單純的運算，還涉及一系列的運算以及業務邏輯上的加工。

Visual Studio 2022與Robot Studio 6.08兩個軟件對于ABB工業機器人遠程實現系統來說是非常必要的，Robot Studio 6.08這個軟件對于ABB工業機器人來說是實際工作中必不可少的部分，因為其對于ABB工業機器人廣泛使用提供了有力的支撐。利用C代碼，Visual Studio 2022可方便地在兩個軟件間建立聯系，實現ABB工業機器人遠程監控。在Robot Studio 6.08環境下，選擇IRB 2600機器人控制器，其配有PCSDK二次開發界面，能夠通過以太網連接控制器及PC端，獲取ABB工業機器人有關數據，實現遠程監控ABB工業機器人。開發PC SDK時可采用虛擬環境與真實環境兩種完全不同的開發方式。開發虛擬環境時，一般使用基于模型的驅動方法對系統物理實現過程進行設計，在建立虛擬環境時，通常都是以模型為驅動方式對系統進行物理實現方案設計。

5" 工業機器人的遠程監控

首先，需要深入了解ABB提供的PC SDK，這些工具允許開發者通過編程方式與ABB機器人進行交互開發VS應用程序，在VS中創建一個新的項目，使用C#、C++等支持的語言編寫代碼通過調用SDK中的函數來發送控制命令給ABB機器人。確保VS應用程序與ABB機器人之間建立了穩定的通信連接。在VS中進行代碼編寫后，進行測試和調試，確保控制命令能夠正確發送到機器人，并且機器人能夠按照預期執行。

6" Robot Studio示教器編程

下面的代碼是一個無限循環的程序，可以使機器人動起來。

WHILE TRUE DO

Reset DO0;

reg8：=0;

MoveJ P10，Min，z50，tool0;

reg7：=1;

MoveL P20，Min，z50，tool0;

reg7：=2;

Set DO0;

reg8：=1;

WaitTime 1.5;

“WHILE TRUE DO”是無限循環開始，表示以下操作將不斷重復執行，直到被外部干預停止。重置“Reset D00”表示將數字輸出0置為低電平或關閉狀態。初始化寄存器“reg8：=0”將寄存器8（reg8）的值設為0，這里可能用于控制某個狀態的標志位。“MoveJ P10，Min，z50，too10”表示關節運動到P10，使用關節移動方式“MoveJ”將機械臂快速移動到點P10，這里指定了使用工具坐標系“too10”，以最小速度和“z50”的安全高度進行移動。“MoveL P20，Min，z50，too10”表示直線運動到P20，使用直線移動方式“MoveL”將機械臂從P10沿直線移動到P20，同樣指定了工具坐標系、速度和安全高度。“waitTime 1.5”表示等待1.5 s給予機器人一定的時間間隔。

7" VS軟件編程

在VS軟件中創建一個項目與Robot Studio相連接，選擇語言C#，平臺選擇Windows，選擇控制臺，在引用界面添加與ABB有關的引用，運用Controllers類實現與控制器的交互。控制流程圖如圖4所示。

PC SDK與Win Form技術相結合，實現控制面板設計，拖動所需模塊，系統會自動形成相應的代碼。控制面板如圖5所示。

7.1" 通信控制接口類集

與ABB工業機器人進行交互。它包含了對ABB Robotics SDK中一些命名空間的引用，這些命名空間提供了與ABB機器人控制器進行通信和控制所需的功能和類，如下所示：

using System;

using System.Collections.Generic;//.NET框架的基礎命名空間，提供了基本的系統功能，如數據類型、集合

using System.Linq;

using System.Text;

using ABB.Robotics;//包含一些通用的定義、枚舉或類，這些對于與ABB機器人交互是基礎的。

using ABB.Robotics.Controllers;//包含了與ABB機器人控制器進行交互的類和方法，提供了連接、斷開連接、查詢控制器狀態

using ABB.Robotics.Controllers.Discovery;//專注于發現網絡上的ABB機器人控制器

using ABB.Robotics.Controllers.RapidDomain;//與RAPID程序或RAPID變量進行交互

using ABB.Robotics.Controllers.MotionDomain;//包含了與機器人運動控制相關的功能，允許設置運動參數（如速度、加速度）、執行運動指令、監控運動狀態等

7.2" 連接實例

例如將ABB工業機器人的電機狀態設置為開啟（MotorsOn）：

public bool SetMotorsOn（）

{

// 使用默認用戶信息登錄到當前控制器

_curController.Logon（ABB.Robotics.Controllers.UserInfo.DefaultUser）;

// 檢查當前控制器的狀態

if （_curController.State ！= ControllerState.MotorsOff）

{

// 如果控制器狀態不是MotorsOff（即電機不是關閉狀態），則返回1

// 這意味著電機已經處于開啟狀態或處于其他狀態，不需要再次開啟

return 1;

}

else

{

// 如果控制器狀態是MotorsOff，則嘗試將狀態設置為MotorsOn

try

{

// 設置控制器狀態為MotorsOn

_curController.State = ControllerState.MotorsOn;

// 如果設置成功，則返回true

return true;

}

catch

{

// 如果在設置過程中發生任何異常（例如，通信錯誤、權限問題等），則捕獲異常并返回1

return 1;

7.3" 數據獲取

例如內部通過調用GetRapidData方法來嘗試獲取指定位置的RapidData對象：

public bool setBool（string strName， bool value， string task = \"T_ROB1\"， string module = \"MainModule\"）

{" " "http:// 首先檢查是否擁有獲取主控制器的權限

if （this.HasGetMaster == 1）

{

// 如果沒有權限，則返回1

return 1;

}

try

{

// 嘗試從當前控制器中獲取Rapid數據

RapidData rd = this._curController.Rapid.GetRapidData（task， module， posName）;

// 檢查獲取到的數據是否不是RobTarget類型

if （！（rd.Value is ABB.Robotics.Controllers.RapidDomain.RobTarget））

return \"\";// 這里返回了一個字符串，但方法應該返回bool

}

// 如果數據是RobTarget類型（盡管這與設置布爾值無關），則嘗試返回其值的字符串表示

// 但由于前面的if語句，這行代碼實際上永遠不會被執行

return rd.Value.ToString（）;

}

// 捕獲所有異常，但僅返回空字符串，沒有提供異常信息

catch

{

return \"\";

7.4" 運動類型

運動類型實例如下：

public enum MotionType

{

J = 0 ，" " " " " " "http://Move Joint關節運動，機器人通過控制各個關節的角度來移動

L = 1，" " " " " " " //Move Line直線運動，機器人在兩點之間沿直線移動

A = 2，" " " " " " " //Approach接近運動，用于在執行某個任務前，機器人未端執行器接近目標位置但不完全接觸

D = 3，" " " " " " " //Depart離開運動，與接近運動相反，用于在完成某個任務后，機器人末端執行器離開目標位置

M = 4，" " " " " " " //Depart amp; Approach離開并接近運動，先執行離開運動，然后執行接近運動

H = 5" " " " " " " "http://Home歸位運動，用于將機器人移動到預設的起始位置或安全位置

P = 0，" " " " " " " //Zone 200區域200，指的是機器人

Q = 1，" " " " " " " //zone 20區域20，與P類似，但這是一個更小的容忍區域，要求機器人到達的精度更高

E = 2" " " " " " " "http://encoder（zone0）表示編碼器，通常意味著機器人將使用其內置的編碼器來精確控制位置，以達到非常高的定位精度，幾乎可以認為是直接停在目標點上

8" 工業機器人的遠程監控的仿真驗證

通過Robot Studio對機器人進行編程和仿真，再通過Visual Studio進行連接，實現了與ABB機器人之間建立了穩定的通信連接。經過測試Visual Studio可以對機器人進行控制，測試結果如表2所示。

8.1" Robot Studio示教器調試

使用簡單的編程讓機器人動起來，可以現場編程或調整，模擬路徑和動作，如從休息區移動到工作圓臺移動路徑如圖6所示，操作將不斷重復執行。操作直觀，可以作為驗證和調整監視程序的一個步驟，確保最大的兼容性和標準化。經調試機器人能夠實現從休息區移動到工作圓臺的指令。

8.2" Visual Studio軟件編程調試

Visual Studio軟件支持跨平臺的項目，在不同的操作系統上面開發機器人的應用程序，更加容易地將機器人應用程序與其他系統集成，確保VS應用程序與ABB機器人之間建立了穩定的通信連接，通過調用函數來發送控制命令給ABB機器人。經調試，通過Visual Studio平臺實現對機器人的實時監控，以及簡單控制。機器人實時控制如圖7所示。

9" 結" 論

本研究課題“基于Robot Studio的工業機器人遠程監控系統設計與研究”成功開發了一個創新的系統，該系統采用客戶端與服務器架構，通過局域網實現了對工業機器人的遠程監控與控制。利用Robot Studio軟件平臺，構建了虛擬工作站并模擬了工業場景，為系統的開發提供了有力的支持。通過集成PC SDK與Win Form技術，打造了一個功能強大且易于使用的控制端，極大地提升了用戶體驗。仿真測試充分驗證了系統的功能完整性、操作便捷性和系統穩定性，實現了對工業機器人生產過程的遠程觀察與精確操控。這一系統的成功開發，不僅滿足了當前工業生產中對自動化、智能化管理的迫切需求，更為工業機器人的進一步應用與發展提供了可靠的技術保障，為工業4.0時代的到來奠定了堅實的基礎。

參考文獻：

[1] 陸茂鑫，蔣申晨，王昭夏.基于物聯網的智能絕緣涂覆機器人遠程控制系統 [J].自動化技術與應用，2023，42（1）：126-129+137.

[2] 劉永奎，張霖，劉迎福，等.云制造環境下工業機器人遠程監控系統設計與實現 [J].系統仿真學報，2023，35（2）：318-329.

[3] 傅貴武，田英，王興波.基于SDK通信接口的工業機器人遠程監控系統設計 [J].機床與液壓，2020，48（17）：29-33.

[4] 張愛民，孔得鵬，王倩.工業機器人的遠程監控與診斷系統設計 [J].機械，2010，37（10）：45-47.

[5] 潘湘飛.基于Socket通信的工業機器人監控系統研究 [D].杭州：浙江工業大學，2017.

[6] 劉計良，苗鵬，陳裕鵬，等.工業機器人遠程信息監控系統的設計與研究 [J].內蒙古科技與經濟，2024（6）：102-106.

[7] 張楊林子，王順，葉枝森.工業設備基于物聯網遠程PLC控制系統設計 [J].自動化技術與應用，2023，42（3）：8-10+44.

[8] 陳子陽，劉偉.基于數字孿生工業機器人建模與遠程監控系統的設計 [J].制造業自動化，2023，45（6）：17-22.

[9] 康晉.基于LoRa無線通信的工業機器人遠程監控系統設計 [J].計算機測量與控制，2022，30（9）：119-124+132.

[10] 于博.云制造環境下工業機器人遠程監控系統設計與實現 [D].西安：西安電子科技大學，2021.

作者簡介：胡辰（2003.06—），女，黎族，海南萬寧人，本科在讀，研究方向：自動化。

收稿日期：2024-10-08