Kairo

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KeMotion系统概述

前言

本次切方前粘胶检测送料中心项目中所选用的大功率机械手控制器为KEBA公司

的KeMotionr5200控制器，本文就本人近日所学以KeMotionr5200为例对KeMotion

系统进行简单的介绍。在学习过程中，得到了各位领导、同事的指导，现把自己这部

分所学整理如下。如有不足之处，希望各位领导、同事批评指出。

II

目录

前言................................................................................................................................I

概述...............................................................................................................................1

1、KeMotion系统硬件结构.......................................................................................2

1.1CPU...............................................................................................................2

1.2Ketop示教器................................................................................................2

1.3系统扩展.......................................................................................................3

1.4PC.................................................................................................................3

2、KeMotion系统软件结构.......................................................................................4

2.1控制器上的软件...........................................................................................4

2.2手持终端上运行的软件................................................................................6

2.3PC机上的软件.............................................................................................6

3、KeMotion系统软件开发.......................................................................................8

3.1RobotControl软件开发................................................................................8

3.2PLC应用软件开发.......................................................................................8

KeMotion系统概述

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概述

KeMotionr5000系列控制器是一套完整的面向多轴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

机器人控制系统解决方案的架构可以如下图0-1所示。

图0-1

1…各种CPU控制模块5…可安装的模块化I/O系统

2…自动化软件开发包6…集成的驱动技术

3…固定的操作面板7…外设（如：打印机，u盘等）

4…手持示教器

表0-1

Kemotion说明书

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1、KeMotion系统硬件结构

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。

切方前粘胶检测送料中心大负载机器手所使用的几个主要的模块如下所述：

图1-1

1.1CPU

CPU部分是系统的核心目前我们项目中大负载机器手使用的是KeMotionr5000

系列的CP252/XCPU模块（如图1-1，使用的是基于Intelx86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。系统中同时安装了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

分负责电气逻辑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。

1.2Ketop示教器

手持终端（KeTop示教器，图0-1）：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

是基于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

KeMotion系统概述

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连接至控制器控制系统的运动，作为机器人操作手持设备，可以编写终端用户程序，

对机器人示教操作、手动操作，监视运动状态。

1.3系统扩展

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。

本次项目中的Kemotionr5200控制系统的扩展配置如下：

CP252/XCPUmodule；

FX271/ASercosIIIinterfacemodule,2additionalEthernetinterfaces100MBit；

DM272/ADigitalInput/OutputModule；

DI260/ADigitalInputModule；

DO272/ADigitalOutputModule；

CompactFlash

1.4PC

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，但在同一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客户端连接控制器提供的OPC服务器，读写数据，实现控制。

KeMotion控制系统的硬件结构，如控制器，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。

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2、KeMotion系统软件结构

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。

图2-1

KeMotion控制系统软件结构

2.1控制器上的软件

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RobotControl和SoftPLC，它们组合在一起

构成了控制系统软件的核心。其中RobotControl是负责机器人的运动控制，包括机器

人的轨迹规划和插补操作，而SoftPLC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换，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），

KeMotion系统概述

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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。

RC和PLC关系它们之间关系如图2-2所示。

图2-2

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，开发者只

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，RobotProgram是运行在RC（Robot

Control）中的程序，PLC应用程序是运行于SoftPLC中的程序。

其中RobotProgram是机器人运动控制的程序，在RobotControl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，终端用户可以很容易的创建机器人运动控制程序。

KAIRO编程语言属于终端用户程序语言（endurlevellanguage），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编写相应的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。

综上所述，RC应用程序大体可以看成两层，上层是EndUr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开发

的功能。

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另一个PLCApplication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和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。PLC部分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处理、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

的自动搬运晶棒过程控制。

PLC通过RCInterface控制RC

RC接口中包括了一系列可用服务，这些服务可以通过和调

用。以下是一些服务：

1)ControllingtheRC:

●Loading/unloadingandstarting/stoppingmotionprograms

●Jogging

●Switchingtheroboton/off

●Reading/writingpositions

2)ExchangeofcyclicprocessdatabetweenRCandPLC:

●LogicIOs(DI,DO,AI,AO,WI(Word),WO(Word)),32each

●Axispositionetc.

●CallofRCinterpolator

●MainModeManager

●Handheldterminal

Keba公司的IEC开发环境KeStudioU3是从通用的CoDeSys开发工具二次开发而

来，可以使用IEC61131-3标准编程语言开发应用程序。

2.2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、诊断机器人运动的软件。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。

2.3PC机上的软件

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

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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与控制器的连接是互斥的，

所以同时只能有一个终端与控制器连接通信。

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3、KeMotion系统软件开发

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、诊断和仿真软件。

3.1RobotControl软件开发

在RobotControl中运行的程序是机器人的运动控制程序，RobotControl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，比如速度、加速度和跃度(jerk)等；

3)路径重叠参数；

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开发工具进行专家编

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，它是运行在

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是二次开发的基本方法，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。

3.2PLC应用软件开发

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

KeMotion系统概述

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数都是因为任务中需要所以才存在。而PLC配置又包括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。

KeMoiton控制系统中的SoftPLC遵从IEC61131-3标准，所以可以使用IEC

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，，等与机器人控制相关的库文件，其

中Mc库中的功能块(functionblock)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。所以整套系统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RobotControl所必须的

函数，使得编程者通过PLC部分更加容易的启动RobotControl。因而可以看成是提供

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。