3. UR机器人控制柜、示教器与软件生态认知

UR协作机器人的控制系统由三个相互配合的部分组成：控制柜（Controller Box）、示教器（Teach Pendant）和运行在控制柜内的PolyScope软件生态。理解这三者的物理接口、软件界面和通信机制，是完成机床上下料系统集成的基础。本节以UR e系列（如UR5e/UR10e）为对象，说明控制柜上电、网络配置、示教器基本操作、程序存储管理，以及I/O、Modbus/TCP、RTDE和URCap插件的基本认知。

一、控制柜接口与上电流程

UR控制柜前面板通常包含：电源开关、急停按钮、示教器接口、USB接口、网络接口（LAN1/LAN2）、数字I/O端子、模拟I/O端子、安全I/O端子以及状态指示灯。其中LAN1一般用于连接示教器或本地网络，LAN2用于连接上位机、PLC或机床侧设备。数字I/O包括16路数字输入和16路数字输出（具体数量随型号和配置略有差异），安全I/O包括安全输入、安全输出、紧急停止和防护门等信号。

上电顺序建议为：确认急停按钮处于按下状态→连接示教器→接入电源→打开控制柜电源开关→等待PolyScope启动→释放急停→使能机器人。控制柜上电后，示教器屏幕会显示启动进度，约30～60秒进入PolyScope主界面。若指示灯异常或屏幕无显示，应先检查电源、急停回路和示教器连接线，而不是反复重启。

二、网络配置与通信基础

UR控制柜默认网络配置中，LAN1常为192.168.1.1/24，LAN2可配置为静态IP或DHCP。与机床上下料系统集成时，通常将LAN2设置为与上位机或PLC同一网段的静态IP，例如上位机为192.168.10.100/24，控制柜LAN2设为192.168.10.10/24。配置路径为：示教器“设置→网络→LAN2→静态地址”，填写IP、子网掩码和网关后保存并重启网络服务。

UR支持多种通信方式：Modbus/TCP用于与PLC、机床或远程I/O模块交换寄存器数据；RTDE（Real-Time Data Exchange）用于高频实时数据交换，典型周期为2ms～10ms，可读取关节角度、TCP位姿、数字输入输出状态等；Dashboard Server提供基于TCP的文本命令接口，可用于远程加载、播放、停止程序。Modbus/TCP适合周期性状态和命令交互，RTDE适合需要实时监控和闭环控制的场景。

三、示教器界面与PolyScope编程环境

示教器是UR的主要人机接口，PolyScope界面通常包括：顶部状态栏（机器人模式、速度、用户、时间）、左侧导航栏（程序、安装、设置、日志等）、中央编辑区、底部控制栏（播放、暂停、停止、步进）。编程方式以图形化“程序树”为主，节点包括MoveJ、MoveL、MoveP、Wait、Set、If、Loop、SubProgram等。对于机床上下料，常用节点组合为：MoveJ到安全位→MoveL到取料位→Set DO夹紧→Wait DI确认→MoveL退出→MoveJ到机床位→MoveL放料→Set DO松开→Wait DI确认→返回安全位。

示教器基本操作包括：手动模式下通过“自由驱动”或方向键移动机器人；在“安装”中配置TCP、负载、安全限位；在“程序”中新建、编辑、保存和加载程序。程序文件通常保存在控制柜内部存储中，也可导出到U盘。程序命名建议包含工件、机床和版本信息，例如“MACHINE_A_PART01_V1.urp”。

四、I/O配置与URCap插件机制

UR的数字I/O可在“安装→I/O”中配置功能，例如将数字输入0设为“夹爪确认”，数字输出0设为“夹爪控制”。模拟输入可用于压力或位置反馈。安全I/O需根据机床上下料的安全要求配置，例如防护门打开时触发安全输入，使机器人进入保护性停止。

URCap是UR的插件机制，允许第三方或用户扩展PolyScope功能，例如增加专用夹爪控制、视觉引导、力控或机床通信插件。URCap以安装包形式导入，安装后可在程序节点或安装界面中调用。对于机床上下料，常见URCap包括夹爪控制、力传感器和Profinet/EtherNet-IP通信插件。使用前需确认URCap版本与PolyScope版本兼容，否则可能出现无法加载或节点缺失。

五、控制柜上电、网络配置与程序存储的实操要点

以一台UR10e与数控机床集成为例，假设上位机IP为192.168.10.100，控制柜LAN2设为192.168.10.10，子网掩码255.255.255.0。配置完成后，可在示教器“设置→网络”中查看连接状态，也可在上位机用ping命令测试连通性。若ping不通，应检查网线、IP冲突和防火墙设置。

程序存储管理建议采用“三级备份”：控制柜内部保存当前运行版本；U盘保存每周备份；上位机或服务器保存历史版本。程序文件扩展名为.urp，安装文件扩展名为.installation。对于机床上下料程序，建议将TCP、负载、安全限位等配置保存在安装文件中，程序文件只包含动作逻辑，便于换型时快速切换。

六、通信方式选择与典型参数

在机床上下料系统中，Modbus/TCP常用于交换“允许上料”“卡盘夹紧”“加工完成”等开关量信号，寄存器地址需与PLC侧一致。RTDE常用于上位机实时监控机器人关节角度、TCP位姿和数字I/O状态，典型输出频率为125Hz（8ms周期）或500Hz（2ms周期）。Dashboard Server常用于远程加载和播放程序，端口为29999。使用RTDE时，需在控制柜“设置→RTDE”中启用并配置数据包，上位机通过Python的rtde_receive或C++接口读取。

综合来看，控制柜是硬件与实时控制的载体，示教器是编程与调试的入口，PolyScope与URCap构成软件生态，Modbus/TCP、RTDE和Dashboard Server则负责与机床、PLC和上位机的数据交互。掌握这些对象的接口、配置和操作，才能为后续机床上下料程序设计和系统联调打下基础。