1. RTDE协议入门

在UR机器人的控制体系中，RTDE（Real-Time Data Exchange，实时数据交换）并不是一个“替代一切”的万能接口，而是专门解决高频、双向、结构化数据交换问题的一条实时通道。要理解它的定位，先要看清UR控制器对外提供的几条主要通信路径各自擅长什么。

Dashboard Server 面向的是“控制柜级别的命令与状态”，例如上电、刹车释放、加载程序、播放程序、查询机器人模式。它基于文本命令，响应是字符串，适合做启动流程和状态巡检，但刷新频率低，不适合以毫秒级周期读取关节角度。URScript 是运行在控制器内部的脚本语言，能直接访问机器人状态、I/O、运动指令，适合编写机器人本体的逻辑，但外部PC要调用它通常需要通过端口或程序触发，实时性和数据吞吐都受限。Modbus TCP/RTU 是工业现场常见的寄存器式通信，适合与PLC、远程I/O交换少量开关量和整数，但它的数据模型是寄存器，不是UR内部语义化的关节、TCP位姿、力矩等结构，映射繁琐且带宽有限。

RTDE 的设计目标正好补上这块空白：它由UR控制器主动维护一份“可订阅的数据配方”，外部客户端通过TCP连接声明自己关心哪些字段，控制器按设定频率（常见如125Hz、500Hz）推送数据；同时客户端也可以向控制器写入少量输出字段，例如速度缩放、数字输出、标准数字输出等。它交换的是带名字、带类型、带时间戳的结构化数据，而不是字符串或寄存器。

从图中可以看到，RTDE 位于“外部客户端”和“机器人实时状态”之间，是一条由控制器主动维护的、按配方打包的周期数据通道。它的核心机制可以概括为三步：连接与握手、声明数据配方、周期交换。客户端连接控制器的30004端口（RTDE默认端口），协商协议版本；随后发送一份“输入/输出字段列表”，告诉控制器“我关心哪些字段、以什么频率推送”；控制器确认后，便按该频率持续发送数据包，客户端也可以在同一连接上写入允许的输出字段。

RTDE 的字段是语义化的，常见的有：actual_q（实际关节角度，6个double）、actual_TCP_pose（TCP位姿，6个double）、actual_TCP_speed、actual_joint_torques、robot_mode、safety_status、runtime_state、digital_input_bits、standard_analog_input0等。输出字段则包括 speed_slider_mask、speed_slider_fraction、standard_digital_output_mask、standard_digital_output、input_bit_register_0 等。这种“按名字订阅”的方式，比 Modbus 的寄存器映射直观得多，也比 Dashboard 的字符串解析更适合程序化处理。

典型应用场景主要有四类。第一类是外部实时监控与数据采集：上位机以125Hz读取关节角、TCP位姿和力矩，用于绘制轨迹、做碰撞检测或记录工艺数据。第二类是外部实时控制：通过写入速度缩放、数字输出或寄存器，让外部视觉/力控程序影响机器人行为，例如根据视觉结果动态调整速度倍率。第三类是与外部运动规划器配合：外部PC计算好关节目标后，通过RTDE写入寄存器，再由URScript程序读取寄存器并执行 servoj 或 movej，形成“外部规划 + 内部执行”的架构。第四类是状态机与安全逻辑：读取 robot_mode、safety_status、runtime_state，判断机器人是否处于运行、暂停、保护停止等状态，从而决定外部程序下一步动作。