ICS 25.040.30 J 28
中华人民共和国国家标准
GB/T 32197—2015
机器人控制器开放式通信接口规范
Robot controller open communication interface profile
2016-07-01实施
2015-12-10 发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
发布 GB/T 32197-2015
目 次
前言引言 1 范围
IV
规范性引用文件 3 术语和定义 4 机器人控制器通信接口模型 5 复杂数据结构对象 6 设备属性对象 7 运动功能对象 8 输人输出功能对象· 9 控制对象 10 PDO 映射 11 程序管理对象附录A（资料性附录）双机器人协调控制应用…· 参考文献
2
14 18 26 29 .31 37 GB/T 32197—2015
前言
本标准按照 GB/T 1.1—2009 给出的规则起草本标准由中国机械工业联合会提出。 本标准由全国自动化系统与集成标准化技术委员会(SAC/TC 159)归口。 本标准主要起草单位：中国科学院自动化研究所、北京机械工业自动化研究所、北京航空航天大学、
沈阳新松机器人自动化股份有限公司、北京信息科技大学。
本标准主要起草人：景奉水、谭民、杨书评、刘颖、黎晓东、王思斯、黄民、陈友东、徐方。
Ⅲ GB/T 32197—2015
引言
建立机器人控制器开放式通信接口规范，具有如下两方面意义： a）如果由两个不同机器人设备厂商提供的设备需要通信，那么需要对方提供设备通信接口文件，
而这些文件在形式上或者采用的术语可以有很大不同。通信接口规范就是要在功能和形式上标准化设备互联的接口。通过采用这种方法，所有机器人设备厂商在制订设备通信接口文件时采用相似形式,这样降低了系统集成的难度。
b) 采用通信接口规范的设备另一个优势是指导厂商生产标准化机器人控制器。标准化设备有众
多优点，但是最重要的理念是在进行系统集成时不依赖于特定设备。如果一个设备制造商不能提供满足特定的应用需求，系统设计者可以选用另外一家设备提供商的产品。另一方面,设备制造商也无需为每个用户制订专门协议。
机器人控制器开放式通信接口规范定义一类标准设备功能的通信接口。标准设备功能分为强制功能和可选功能两类。每个支持本规范的设备都应支持强制功能。例如，支持该标准的机器人控制器提供了“快停”功能来停止机器人操作。由于这一功能是强制的，任何支持开放式机器人控制器接口规范的控制器接收到相同信息后都会马上停止机器人操作。通过在接口规范中定义可选功能，对设备的标准化功能进行扩展。这种可选功能不强制所有设备都实现。然而，如果设备具有这种可选功能，那么它必须遵循本标准规定的方式，以确保所有设备制造商以同样的方式提供扩展功能。
接口规范也为设备制造商预留了设备的特殊功能接口。这是因为不论本标准做得多么详尽，都无法预知设备需要具备的全部功能。这一机制保证了本标准在短期内不会过时。
总之，通过定义设备强制功能来保证基本的操作；通过定义设备可选功能，建立了一定程度的柔性；通过预留设备的功能接口，制造商不会被过时的标准所束缚。通过本标准的实施，可使机器人控制器用户、机器人控制器集成商和机器人控制器生产商三者均受益。
IV GB/T 32197—2015
机器人控制器开放式通信接口规范
1范围
本标准规定了机器人控制器的开放式通信接口模型和规范。 本标准适用于通过基于对象字典的高速现场总线，例如以太网POWERLINK,与其他设备构成生
产线的机器人控制器。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 27960 以太网POWERLINK通信行规规范
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
通信接 communication interface 按一组规范进行工作的电路。经过通信接口可使一个设备与另一个设备进行数据交换。
3.2
机器人控制器robot controller 与机器人本体相连，接收用户指令，并控制机器人本体动作的装置。
3.3
通信对象 communication object 网络传输的信息单元。机器人控制器同外部的交换数据包含在通信对象中。
3.4
过程数据对象process data object;PDO 一种不需确认的服务信息，用于快速传输控制器实时数据。
3.5
服务数据对象 service data object;SDO -种需要确认的服务信息，用于配置控制器行为，以适应不同应用。
3.6
对象字典object dictionary 设备内的一个可通过网络访问的有序对象组，,每个对象拥有一个 16 位的索引。 注：对象字典及其属性的定义参考GB/T 27960中的 9.2。
4机器人控制器通信接口模型
4.1机器人控制器模型
机器人控制器是与机器人本体相连，接收用户指令，并控制机器人本体动作的装置。机器人控制器 GB/T 32197—2015
上设有远程和本地工作模式选择开关，具备远程和本地两种工作模式。如图1所示，在远程模式下，设备仅接收来自远程通信网络的命令信息并执行相应操作，但可通过远程网络或者本地通信网络发送状态信息；在本地工作模式下,设备仅接收来自本地网络的命令信息，但可通过远程网络或者本地通信网络发送状态信息。在同一时间，两种工作模式只能选一。
机器人控制器工作模式
并关
远程通信网络
本地通信网络
远程通信
本地通信
森型
远程
模式
机器人本体及其环境图1机器人控制器模型
远程通信网络与本地通信网络在物理上是分离的。典型的远程通信网络如工业以太网、CAN等。 控制器通过远程通信网络连接PLC、工业计算机或者其他机器人控制器。典型的本地通信网络如 RS-232、以太网等。控制器通过本地网络连接手控盒等操控装置。不论是远程通信还是本地通信，都可与机器人控制器的应用对象相关联，来控制机器人本体和相关工具装置的动作，获取机器人及其所处环境的状态。 4.2机器人控制器开放式通信接口模型
个采用现场总线的机器人控制器远程通信接口模型如图2所示。机器人控制器在设备状态机的
控制下，外部主控设备的命令和数据通过总线通信接口，进人机器人控制器。如果每个机器人设备商采用不同机器人控制器通信规范，即使采用同一种总线，来自不同设备商的机器人远程通信接口也是互不兼容的,这为机器人系统集成带来了许多不便,增加了用户的培训和使用成本。为解决这个问题,机器人控制器就需要具有一种开放的标准化通信接口。
基于对象字典的通信接口规范，如 CANOPEN 和以太网 POWERLINK 等，由于其开放性优势获得了广泛应用。基于对象字典的机器人控制器通信接口，被称作机器人控制器开放式通信接口。本文件从设备互联角度规定了与机器人远程通信相关的对象。基于对象字典的机器人控制器远程通信模型，也就是机器人控制器开放式通信接口模型。外部主控设备按照机器人控制器的开放式通信接口规范向控制器发送运动命令或者输人入/输出命令，接收控制器状态和输人信息。
2 GB/T 32197-2015
现场总线
机器人控制器远程通信模式
基于对象字典的总线通信接口
机器人控制器功能
设备状态机
输入／输出功能
运动功能工作空间插补模式
关节空间插补模式
DI /DO
AI/AO
机器人本体与环境
图2机器人控制器远程通信接口模型
5复杂数据结构对象
为表示机器人位姿,对象 0080h定义了复杂数据结构 POSE。定义见表 1。
表1 复杂数据结构POSE
索引名称子索引 00h 01h 02h 03h 04h 05h 06h
0080h
对象类型
DEFSTRUCT
POSE 取值 06 h 0 0 0 0 0 0
数据类型 UNSIGNED8 REAL32 REAL32 REAL32 REAL32 REAL32 REAL32
成员名称 NumberOfEntries
X_F32 Y_F32 Z_F32 XAngle.. F32 YAngle_ F32 ZAngle_ F32
3 GB/T 32197—2015
6设备属性对象
与机器人控制器设备属性有关的字典对象如表2所示。
表 2 2与设备属性有关的字典对象
索引 对象类型 1000h
设备属性设备类型机器人类型机器人铭牌号机器人制造商名称机器人网址机器人校正日期机器人服务周期机器人数据控制器类型控制器铭牌号控制器制造商名称
数据类型 UNSIGNED32 VISIBLE STRING VISIBLE STRING VISIBLE STRING VISIBLE STRING VISIBLE STRING UNSIGNED32
访间 const ro ro ro ro ro ro ro ro ro ro ro ro ro ro
M/0 M 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
VAR VAR VAR VAR VAR VAR VAR
6402h 6403h 6404h 6405h 6406h 6407h 6410h RECORD
制作商定义 VISIBLE STRING VISIBLE STRING VISIBLE STRING VISIBLE STRING VISIBLE STRING UNSIGNED32 制作商定义
VAR VAR VAR VAR VAR VAR
6502h 6503h 6504h 6505h 6506h 6507h 6510h RECORD
控制器网址控制器校正日期控制器服务周期控制器数据
6.1 对象1000h：设备类型
对象1000h说明了设备的类型和功能。在设备初始化期间，由设备固件设置该对象的值。定义见表3。
表 3 对象 1000h
索引名称数据类型取值范围缺省值 NMT_DeviceType_U32 值的含义见表 4。
1000h
对象类型 NMT_DeviceType_U32
VAR
类别访问 PDO 映射
UNSIGNED32 UNSIGNED32
M const No
No
4