基于C#語言的ABB機器人程序讀寫方法

摘要：隨著智能制造的深入應用，工業機器人與其他智能設備之間進行聯調操作的場景日益增多，現有針對工業機器人的上位機控制大多采用基于數據修改的方式，僅能實現預定義的動作，存在一定局限性。鑒于此，文章采用C#語言并結合ABB的電腦端軟件開發工具包PC SDK實現了工業機器人的程序讀寫功能，通過上位機控制，用戶可以直接對ABB工業機器人的專用編程語言RAPID進行修改，該方法顯著提高了工業機器人的柔性操作能力，可自定義修改機器人動作，拓寬了工業機器人在智能制造中的應用范圍。

關鍵詞：ABB工業機器人；C#語言；二次開發；程序讀寫；智能制造

中圖分類號：TP311" " " 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）08-0097-04

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

0 引言

工業機器人是衡量國家工業實力與智能制造水平的重要指標。目前，隨著AI技術、邊緣計算技術、數字孿生等技術的應用，工業機器人的柔性數字化場景日益豐富，如何使工業機器人操作適配新技術、新設備，日益成為柔性制造系統中的關鍵問題。

傳統的編程方式主要有示教編程和離線編程兩種。對于示教編程而言，其優點在于操作簡單，針對簡單軌跡的示教所記錄的示教點較少，編程門檻低；相應地，由于其需要人工介入，其缺點體現在工業機器人的編程過程煩瑣，編程效率低。對于離線編程而言，用戶可以通過軟件在電腦里重建工作場景，預先進行仿真和編程，降低了在線示教的不便。然而，離線編程由于其編程數據和現實環境有所差異，因此通常在部署程序時需要對點位數據進行二次修改，以減少由于模型誤差、工件裝配誤差等引起的精度降低[1-2]，但從長遠看，離線編程是工業機器人時代發展的一項重要技術。針對離線編程，文獻[3]采用了數字孿生技術實現了物理層和虛擬層之間的數據實時映射，方便后期數據挖掘和故障預警功能的實現；文獻[4]結合Dalsa工業相機和上位機系統實現了可以任意擺放位置的碼垛程序，該方法針對傳統碼垛有一定提升，但其本質還是在修改點位數據，只能實現預定義的動作；文獻[5]針對采用Unity 3D技術實現虛擬調試，聯調了PLC與工業機器人的動作，然而其調試環境是在虛擬工作站中，且依賴數據修改只能實現已定義的動作；文獻[6]和文獻[7]則采用C#語言來實現工業機器人的通信和控制，然而其本質都是采用上下級變量同步技術進行，沒有實現程序代碼的修改，工業機器人的動作較為固定；文獻[8]和文獻[9]則針對機器人服務拓展的問題構建了新的云平臺服務，采用云服務技術提高機器人的實用性，但其更多地處于架構設計階段，尚未落地；文獻[10]則針對機器人的實時監控問題，采用相應外設進行輔助，但其本質還是實現預定義的操作動作。

從上述文獻可以看出，現有的工業機器人已經擺脫單機運行的桎梏，可以針對不同的工作環境與其他外設進行聯調作業，且大部分工業機器人采用的是外設+算法+工業機器人的組合方式，通過更改上下位機變量來實現預定義的動作。這種方式雖便于實現，但不適合高柔性化工作場合。

基于此，本文采用C#語言并依據ABB PC SDK工具包實現了ABB機器人的RAPID程序讀寫，該方法可以直接對ABB工業機器人進行程序編輯，作為軌跡生成和機器人控制之間的橋梁，為深層次自動化控制奠定通信基礎。由于本文采用的是標準ABB接口，因此該方法適配大多數ABB工業機器人。最后，文章針對不同RobotWare版本的機器人測試了該方法，驗證程序讀寫在不同控制器中的有效性。

1 RAPID語言分析

Rapid語言是ABB的特有編程語言，為了更全面地讀寫和分析代碼，接下來從RAPID程序結構和典型指令進行介紹。

1.1 RAPID程序結構

在ABB機器人中，機器人運行的程序被稱為RAPID，相應的RAPID應用也被稱為一項任務（Task） 。1） 任務是ABB機器人程序的最高層次，定義了機器人運行過程中需要完成的整體任務，ABB機器人也支持多任務運行，每個任務里包含一組模塊（Module） ；2） 模塊可以分為System modules（系統模塊） 和Task modules（任務模塊） ，模塊是程序和數據的載體，系統模塊通常在系統啟動期間自動加載到任務緩沖區，旨在預定義常用的數據對象，如工具數據、焊接數據、移動數據等，而用戶編寫的通常是任務模塊，模塊中有對應的例行程序，其中包含主入口程序Main；3） 主入口程序是ABB工業機器人程序指針的入口地址，通常在過程、函數和模塊中定義的變量其生命周期僅在該模塊內，在程序執行完該模塊后其生命周期結束，在模塊外定義的變量是全局可見的，其生命周期會一直持續到程序結束，通常這類變量是為了共享數據。Rapid程序結構如圖1所示，可以看出程序數據定義在模塊內則其生命周期僅存在于該模塊中，若干個模塊組成了一個任務，該任務在運行時被加載在程序內存中。

特別要注意的是，為了保證ABB工業機器人數據安全性，模塊通常有屬性設置，如表1所示。用戶創建的模塊默認情況下是可讀可寫的，如果在創建之初對模塊進行了特殊設置，那么該模塊內容上位機可能將無法讀取，例如：將模塊屬性設置為READONLY，那么上位機系統僅能讀取程序而不能對程序進行修改；將模塊屬性設置為NOVIEW，那么該模塊將不可見，上位機無法讀取也無法修改。對模塊進行特殊設置的原因通常是為了防止人員誤操作。

1.2 RAPID中常用指令分析

RAPID語言可以支持分層編程方案。可采用不同語句、表達式進行指令或是函數的編寫。讀寫指令是實現ABB機器人程序讀寫最基本的要求，下文以典型MoveJ運動指令做介紹。

MoveJ是ABB機器人中最常用的指令之一，其函數變元如下所示：

不帶中括號的是必選參數，反之為可選參數，用戶可以依據操作需要進行選擇，MoveJ詳細的操作指令如表2所示。

值得注意的是，在實際操作中，適當的代碼注釋能很好地幫助編程人員進行維護和修改，ABB機器人中指令、函數通常為英文字符，純英文注釋在任何RobotWare控制平臺中均沒有編碼要求，但是，如果采用中文注釋，對于RobotWare＞= 7.1的控制平臺則需要指定UTF-8編碼格式。

2 上位機控制界面設計

ABB工業機器人支持多種二次開發方式，現如今隨著AI、邊緣計算的深入，由于眾多設備驅動和算法代碼的使用，基于PC和基于Web的二次開發使用場景越來越多，賦予了工業機器人柔性化操作的可能。為了方便本地部署，文章依據實際情況，考慮使用基于PC的二次開發，上位機在通過網絡連接到工業機器人后，在獲取到ABB機器人的Mastership權限后，上位機就能獲得讀寫工業機器人程序的能力。

2.1 PC SDK開發接口

針對程序讀寫，大致分為以下3個過程。程序的導出：針對所需要修改的模塊文件進行導出，ABB中文件多以.mod和.modx文件格式；程序的顯示和修改：C#中字符流用于處理字符數據的輸入和輸出，在這里系統以字符流方式進行讀取，由于GBK主要針對中文字符進行編碼，同時也支持日文假名、希臘字母、俄文等多種語言，考慮到此次上位機設計中的中文注釋的兼容性，文件可以采用GBK編碼格式打開；程序的導入和運行：修改后的模塊需要被傳輸至機器人控制器HOME文件夾中再加載至任務中才能正常運行，所涉及的ABB中的控制域主要由表3所示。

2.2 程序讀寫流程分析

為了實現ABB機器人的程序讀寫，文章依據PC SDK工具包和C#語言開發上位機系統，主要設計了以下三大模塊。1） 程序的讀出與保存：主要目標是將工業機器人中的用戶模塊讀出并保存。文件方向由Robot系統至PC系統，PC在獲取控制器權限后將相應程序模塊讀出并保存在本地電腦中，主要目的是作為數據備份；2） 程序的加載和修改：主要目標是將讀出的用戶模塊在本地系統中顯示和修改。操作員依據需要執行的操作將程序修改并保存，讀出和保存的方式以系統默認編碼進行；3） 程序的傳輸和加載：主要目標是將本地系統中修改好的用戶模塊送至機器人系統中并運行。文件方向由PC系統至Robot系統，用戶將修改后的模塊程序傳輸至Robot系統的Home文件夾中，然后再將Home文件夾中的模塊程序加載至對應的任務中，從而實現PC端對工業機器人的程序讀寫功能，上位機針對程序讀寫的流程如圖2所示。

值得注意的是，在讀取模塊時PC端除了要獲得AuthenticationSystem驗證系統，還需要該模塊文件支持讀寫，在傳輸修改模塊至Robot系統中，由于ABB系統參考Unix文件系統建立，上下位機的轉義符不一樣，需要對模塊名稱進行適當修改，以便程序正確傳輸和加載，同時，對于RobotWare＞= 7.1版本的系統，模塊文件的擴展名將是“.modx”或“.sysx”，而文件內容將采用UTF-8編碼。

2.3 不同版本RobotWare程序讀寫驗證

基于C#語言的ABB機器人程序讀寫，采用WinForm框架進行編程，為了驗證該控制方法的可行性，文章針對不同RobotWare系統的工業機器人進行程序讀寫驗證。圖3為上位機中程序修改界面，并以文本框作為程序修改界面，值得注意的是，采用上位機修改機器人程序后，由于沒有語法糾錯，對編程人員的編程要求更高。

從圖4可以看出，RobotWare7.1以前的版本對程序的編碼要求不高，按照系統GBK默認編碼就可以實現中文注釋，從圖5可以看出，該上位機程序可以實現機器人模塊的讀寫；圖6和圖7可以看出，該系統可以對RobotWare7.1及以上版本讀取和修改系統文件，但是對中文字符需要指定UTF-8編碼格式進行處理，防止中文字符亂碼。

從以上驗證可以看出：該系統可以適配不同版本的RobotWare機器人，如果對中文注釋有要求就需要針對不同系統進行編碼格式的指定，否則Rapid程序易出現亂碼顯示。

3 結束語

文章采用C#語言并借助ABB PC SDK實現了上位機直接對機器人的程序進行讀寫，同時驗證了該方法可以在不同版本RobotWare中的應用，改變了傳統以修改工業機器人數據進行固定作業變化的方法。采用該遠程讀寫方法，對于推動工業機器人柔性化制造有一定的實際意義，后續可引入代碼自動生成的功能，利用AI生成代碼并自主修改機器人程序。

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【通聯編輯：謝媛媛】