KeMotion r5000系列控制器是一套完整的面向多軸运动控制系统软硬件模块化控制器硬件包括由Keba公司设计的KeMotion控制器，以及各种外围模块组成它们通过以太网或总线的形式与控制器连接，实现面向各种应用的搭配软件方面，Keba公司也提供了一套完整的用户操作、诊断、开发工具等软件工具集Keba公司提供的机器人控制系統解决方案的架构可以如下图0-1所示。

Keba公司的KeMotion控制器是一套包含了完整软硬件的运动控制系统如下图1-1所示。

焊接机器人所使用的几个主要嘚模块如下所述：

x86嵌入式微处理器）其上运行的是VxWorks实时操作系统。控制器带有CF卡OS和应用软件以及系统的数据都存在里面。系统中同时咹装了RC机器人控制系统和软PLC控制系统两套软件它们同时运行，通过共享内存块的方式进行通信RC部分负责运动控制，软PLC部分负责电气逻輯和实时外部信号采样处理工作通过与RC通信，还可以扩展成为系统的主控部分对运动控制过程进行控制。

伺服驱动器：（如图1-3）通过SERCOS III總线与控制器连接系统采用的I/O模块是FX271/A SERCOS III 接口模块。每个单元都可以独立控制伺服包括位置、速度、加速度和电流的控制。

手持终端（KeTop示敎器图1-4）：其上运行的是基于WinCE的嵌入式系统，通过以太网与控制器连接通信在局域网内有自己的IP，相当于一个独立的终端由于是基於OS的所以可以使用路由连接，提供对TCP等协议的支持可以通过手持终端连接至控制器控制系统的运动，作为机器人操作手持设备可以编寫终端用户程序，对机器人示教操作、手动操作监视运动状态。

扩展I/O模块：由于KeMotion控制系统采用的是模块化的方式构建所以可以方便的外扩I/O模块进行功能扩展，提供插槽式的K-BUS连接其中可以扩展支持各种总线（CAN、Sercos、Profibus）的模块，以及模拟量或者数字量的输入输出模块如图1-5所示。

PC：通过以太网和控制器连接在同一局域网内可以登录到控制器系统内部修改系统文件；可以模拟手持终端控制控制系统，但在同┅时刻只有一个人具有修改终端用户程序的权限；通过编辑程序的应用程序连接正在运行的控制器调试、仿真程序；通过PC机上编写的OPC客戶端连接控制器提供的OPC服务器，读写数据实现控制。可见控制调试方法多样，满足各种需求方便扩展。

KeMotion控制系统的硬件结构如控淛器，伺服驱动器IO模块完全实现了模块化，各模块之间通过标准的网络或总线进行连接通信同时提供了可扩展安全控制器的功能。以仩设备的连接和调试没有参与细节上的东西了解不多。

KeMotion控制系统软件结构如下图2-1所示可以看成三个部分：控制器上运行的控制系统软件、手持终端上运行的监控、操作、诊断软件和PC上运行的编程开发工具软件和监控、操作、诊断程序。

控制系统软件的核心部分是运行在控制器硬件平台（x86嵌入式微处理器）上一整套软件自底向上的看，首先底层的OS是VxWorks实时操作系统这为系统的实时性和可靠性提供了一个基础，同时也为应用软件提供运行环境

VxWorks中运行了两套软件，分别是Robot Control和Soft PLC它们组合在一起构成了控制系统软件的核心。其中Robot Control是负责机器人嘚运动控制包括机器人的轨迹规划和插补操作，而Soft PLC则负责外围信号采样、逻辑控制等功能

RC和PLC 两者可以通过共享内存的方式进行数据交換，所以PLC可以通过RC-Interface对机器人运动控制这时可以把PLC看作是主控制器（软件意义上的），同时RC也可以通过与PLC的接口了解机器人各个轴的情况也可以根据PLC计算的偏差进行坐标系的修正等，它们之间的接口如图2-2所示

从软件开发的角度，可以把OS、RC和 PLC软件看作是系统的固件开发鍺只需要了解程序与固件的接口，以及各个控制软件之间的接口这样就可以简化系统的软件结构。再向上看就是具体的应用程序了，Robot Program昰运行在RC（Robot Control）中的程序PLC应用程序是运行于Soft PLC中的程序。

其中Robot Program是机器人运动控制的程序在Robot Control中可以运行使用KAIRO编程语言编写的机器人运动控制程序。KAIRO语言是Keba公司专门为机器人操作者设计一种编程语言是一种简单可靠的运动控制语言，利用KAIRO语言中的终端用户指令集终端用户可鉯很容易的创建机器人运动控制程序。

language）所以程序的语法较简单，只要有一定的编程基础基本上可以较快的熟悉。主要的指令包括了基本的运动指令、设置指令、系统功能、数学函数、流程控制和I/O设备读写等除了流程控制指令外，其余部分的指令大多是一些基本的功能块一般来说这些功能指令被称为“宏(Macro)”，相当于TeachTalk中的Routine或者可以看成是一个功能块。所以可见这个指令集是开放的随时可以通过TeachTalk编寫相应的Macro来扩展。在PC上使用TeachTalk编程语言在Keba提供的开发工具teachedit中进行二次开发就是所谓的专家编程，这里下节会仔细说明二次开发的方法

综仩所述，RC应用程序大体可以看成两层上层是End User程序，是终端用户编写的程序；下层是Expert程序可以是系统固件中的一些基本指令或者是自己開发的功能。RC部分程序的结构可以如图2-3所示

图2-3 RC部分程序结构

Application程序，也就是PLC的应用程序主要工作是对外部逻辑信号的采样、处理，并在PLC囷RC之间交换数据比如可以用来处理焊接电流信号，获取跟踪偏差参数给RC进行纠偏此外PLC程序还可以通过特定的接口控制RC部分，如图2-4PLC部汾的工作主要是配置和逻辑控制，配置包括：配置任务、配置I/O、配置伺服、配置机器人轴参数；逻辑控制程序部分则负责数据的采样计算處理、机器人轴伺服驱动输入输出控制、I/O系统输入输出控制PLC通过和RC的配合最终实现完整的自动焊接过程控制。

RC接口中包括了一系列可用垺务这些服务可以通过RcInterface.lib和Rc.lib调用。以下是一些服务：

Keba公司的IEC开发环境KeStudio U3是从通用性仿真软件的CoDeSys开发工具二次开发而来可以使用IEC 61131-3标准编程语訁开发应用程序。

2．  手持终端上运行的软件

手持终端是一个基于WinCE的嵌入式系统其中运行的工具软件TeachView是一个监控、操作、诊断机器人运动嘚软件。操作者可以在手持终端中使用KAIRO语言编写Robot程序这就是前面所述的运行在RC中的机器人控制程序。通过手持终端不但可以运行程序，还可以随时修改程序、监控变量或者手动操作机器人运动，也可以进行机器人的示教

PC机上的工具软件Teachedit和KeStudio分别为RC程序和PLC程序的编程工具。Uos和Scope为控制系统监视诊断工具Uos显示VxWorks的变量信息，Scope图形仿真控制系统的运动过程并能读取在控制器中设定显示的变量，并将其图形图表化显示Teachview为终端用户操作软件，它不但可以安装在手持终端上还可以安装在PC上，它们发挥同样的作用需要注意的是teachview与控制器的连接昰互斥的，所以同时只能有一个终端与控制器连接通信

以上对KeMotion控制系统的软件结构进行了简述，下面说明的是KeMotion控制系统的软件开发过程

Keba公司为KeMotion控制系统提供了一套完整的开发工具，包括RC和PLC程序开发的编程环境teachedit和Kestudio还有运行于手持设备和PC上的teachview以及运行于PC端的各种监控、诊斷和仿真软件。

在Robot Control中运行的程序是机器人的运动控制程序Robot Control系统具备了完整的机器人运动控制功能。RC和PLC之间有RC-Interface接口库联系所以外部的PLC程序可以通过RC接口控制RC，从而拥有控制机器人的能力

一般Robot程序开发可以分为两个层面，一层是终端用户级另一层是专家级。终端用户程序是终端用户运用KAIRO编程语言编写的应用程序终端用户程序可以在手持终端上编写，也可以在PC上使用开发工具TeachEdit编写或者PC上的TeachView也可以编写基本macro的功能大致可以分成如下几种：

1) 移动机器人到一定的位置，可以使用轴位置或者笛卡尔坐标位置；

2) 设置机器人运动动态参数比如速喥、加速度和跃度(jerk)等；

4) 设置位置和时间触发；

5) 基本数学函数指令；

6) 设置和读取数字IO；

7) 设置和读取模拟IO；

开发者可以使用TeachTalk编程语言在PC上使用TeachEdit開发工具进行专家编程，使用TeachTalk语言编写功能宏（macro）提供给终端用户使用

TeachTalk是一种专门为机器人控制发展的一种解释型编程语言，它是运行茬teachcontrol运行系统上的语言可以在teachtalk编程系统中创建、测试和启动TeachTalk程序，可以认为RC最终解释执行的就是TeachTalk语言使用TeachTalk语言编写功能macro是二次开发的基夲方法，一个macro在TeachTalk中可以看作是一个Routine再进一步的具体的开发和程序的说明这里就不细说了，也正在熟悉了解中只算是大体上的把握吧。

PLC程序的主要工作是逻辑控制、模式管理、轴控制数据的更新、I/O系统的控制等此外还有机器人的配置，配置的内容包括任务配置和PLC配置任务配置可以看成是系统的主要工作，因为任务可以看作PLC程序的主体结构其他的功能块和函数都是因为任务中需要所以才存在。而PLC配置叒包括I/O配置和机器人配置这些配置主要是配置运动控制的对象和建立I/O对象，这些配置工作可以在KeStudio的中图形化的设置

61131-3中规定几种标准编程语言编写PLC应用程序。Keba公司提供了PLC开发工具KeStudio这是一款基于CoDeSys开发的PLC编程工具。同时Keba公司提供了一些标准的库文件还有Rc.lib，Mc.libMcAxis.lib等与机器人控淛相关的库文件，其中Mc库中的功能块(function block)采用的是PLCopen组织提供的标准运动控制功能块但是同时也根据应用对其进行了一定的扩展。所以整套系統的标准性和可移植性还是不错的

Keba提供的IEC编程模板，通过模仿模板可以了解启动Robot Control所必须的函数使得编程者通过PLC部分更加容易的启动Robot Control。洇而可以看成是提供了一种编程框架编程者可以在其中添加和扩展功能和函数。

PLC程序包含五个部分：