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# 焊缝视觉 TCP 协议
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## 版本
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版本: 1.1
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日期: 2026-09-01
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### 版本历史
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| 版本 | 日期 | 修改内容 |
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|------|------------|------------------|
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| 1.1 | 2026-09-01 | 修改支持多机械臂的情况 |
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| 1.0 | 2026-08-04 | 初始版本 |
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## 1. 概述
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- 传输协议：TCP/IP
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- 数据编码：UTF-8 文本
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- 机械臂服务端端口：由机械臂侧确定并提供
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- 视觉控制器服务端监听端口：`7800`
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- 报文字段分隔符：`_`
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- 报文结束符：`\r\n`
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- 一条 TCP 连接同一时刻只处理一个请求
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本协议包含两组独立的对接关系：
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| 使用场景 | 客户端 | 服务端 | 服务端端口 | 用途 |
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|---------|-------|-------|--------|---------|
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| 手眼标定 | 标定软件</br>Windows | 机械臂 | 机械臂侧确定 | 标定软件主动连接机械臂读取机械臂当前坐标 |
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| 正常工作 | 主控软件 | 视觉控制器 | `7800` | 主控软件主动连接视觉控制器计算，视觉控制器返回计算结果 |
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服务端与客户端职责：
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- 服务端绑定本机 IP 地址并监听约定端口，等待客户端连接。
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- 客户端配置服务端 IP 地址和端口，主动发起 TCP 连接。
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- 连接建立后，客户端发送请求，服务端返回应答或计算结果。
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- 连接断开后，由客户端负责重新建立连接。
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> 两组对接关系使用两条相互独立的 TCP 连接。机械臂服务端端口不受本协议限制，由机械臂侧确定；视觉控制器服务端固定监听端口 `7800`。
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> **特别说明：视觉只负责检测，不负责运动控制，可获取运动部分的坐标信息。**
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## 2. 通用报文约定
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报文格式：
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```text
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命令_字段1_字段2_...\r\n
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```
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约定：
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- 命令名称使用大写英文字母。
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- 每条报文必须以 `\r\n` 结束。
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- 字段之间使用半角下划线 `_` 分隔。
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- 字段内容不得包含 `_`、回车或换行。
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- 接收方应按结束符拆分报文，不能假定一次 TCP 接收操作恰好得到一条完整报文。
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- 未识别命令、字段数量错误或字段格式错误时，接收方返回错误报文。
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通用错误报文：
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```text
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ERROR_错误码\r\n
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```
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| 错误码 | 说明 |
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|---|---|
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| `UNKNOWN_COMMAND` | 命令无法识别 |
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| `INVALID_FORMAT` | 报文格式或字段数量错误 |
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| `INVALID_VALUE` | 字段值无法解析或超出允许范围 |
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| `BUSY` | 接收方正在处理其他任务 |
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| `NOT_READY` | 设备或算法尚未就绪 |
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| `CALC_FAILED` | 视觉计算失败 |
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| `INTERNAL_ERROR` | 接收方内部错误 |
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## 3. 手眼标定协议
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### 3.1 场景说明
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- 标定工具运行在 Windows 标定软件中，并通过 TCP/IP 对接机械臂。
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- 机械臂作为 TCP 服务端，监听端口由机械臂侧确定并提供。
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- Windows 标定软件作为 TCP 客户端，按照机械臂侧提供的 IP 地址和端口主动连接机械臂。
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- 标定物为多个圆柱。
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- 相机一次性扫描全部圆柱；扫描完成后，机械臂依次移动到每个圆柱中心并逐点获取坐标，不对每个圆柱重复扫描。
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- 机械臂由现场人员手动移动；视觉系统不发送机械臂运动指令，也不参与机械臂运动控制。
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- 进行手眼标定前，必须先完成机械臂工具中心点（Tool Center Point，以下简称“工具 TCP”）标定。
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- 标定软件只在采集标定点时读取当前工具 TCP 的机械臂坐标。
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> 本节中的“工具 TCP”指机械臂工具中心点；第 1 节中的“TCP/IP”指网络传输协议，两者含义不同。
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### 3.2 前置步骤：工具 TCP 标定
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1. 在机械臂上安装手眼标定过程中实际使用的工具。
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2. 按机械臂厂商提供的方法完成工具 TCP 标定。
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3. 在机械臂控制器中保存并启用该工具 TCP。
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4. 确认机械臂对外返回的 `X/Y/Z/RX/RY/RZ` 是已启用工具 TCP 的位姿，而不是机械臂法兰盘位姿。
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5. 工具 TCP 确认无误后，方可开始相机扫描及手眼标定数据采集。
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注意：
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- 整个手眼标定过程中必须使用同一个工具和同一组工具 TCP 参数。
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- 更换工具、重新安装工具或修改工具 TCP 参数后，之前采集的手眼标定数据全部失效，必须重新采集并重新计算手眼标定结果。
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### 3.3 通信时序
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```text
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标定软件 机械臂
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| 相机一次性扫描全部圆柱 |
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| 扫描完成 |
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| 手动移动工具 TCP 到圆柱 1 中心 |
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|------------ GET_POSE ------------->|
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|<------ POSE_X_Y_Z_RX_RY_RZ --------|
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| 保存圆柱 1 对应坐标 |
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| 手动移动工具 TCP 到圆柱 2 中心 |
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|------------ GET_POSE ------------->|
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|<------ POSE_X_Y_Z_RX_RY_RZ --------|
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| 保存圆柱 2 对应坐标 |
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| ...依次完成其余圆柱... |
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```
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### 3.4 手眼标定流程
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1. 确认机械臂已经启用完成标定的工具 TCP。
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2. 将相机移动到扫描起点。
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3. 移动相机，通过编码器触发方式一次性扫描全部圆柱。
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4. 完成本次扫描并保存所有圆柱的相机数据；后续逐点取坐标过程中不再移动相机或重复扫描。
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5. 手动拖动机械臂，使工具 TCP 到达第 1 个圆柱的中心点。
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6. 标定软件向机械臂请求当前工具 TCP 的坐标。
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7. 机械臂返回当前工具 TCP 位姿，标定软件将该坐标与第 1 个圆柱的相机数据对应保存。
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8. 手动拖动机械臂到下一个圆柱中心，再读取并保存一次工具 TCP 坐标。
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9. 重复步骤 8，直至所有圆柱均完成坐标获取。
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> 整个手眼标定过程只进行一次相机扫描；机械臂移动和 `GET_POSE` 坐标读取按圆柱数量重复执行。
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### 3.5 读取机械臂坐标
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标定软件请求：
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```text
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GET_POSE\r\n
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```
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机械臂返回：
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```text
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||
POSE_X_Y_Z_RX_RY_RZ\r\n
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```
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示例：
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```text
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GET_POSE\r\n
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POSE_-500.920_1553.084_267.836_89.211_74.550_176.850\r\n
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```
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字段说明：
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| 字段 | 说明 |
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|---|---|
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| `X` | 当前工具 TCP 的 X 坐标，单位 mm |
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| `Y` | 当前工具 TCP 的 Y 坐标，单位 mm |
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| `Z` | 当前工具 TCP 的 Z 坐标，单位 mm |
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| `RX` | 当前工具 TCP 绕 X 轴的姿态角，单位 deg |
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| `RY` | 当前工具 TCP 绕 Y 轴的姿态角，单位 deg |
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| `RZ` | 当前工具 TCP 绕 Z 轴的姿态角，单位 deg |
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说明：
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- 位姿数值建议至少保留 3 位小数。
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- 基坐标系、已启用的工具 TCP、欧拉角旋转顺序和角度正方向必须在联调前由机械臂方确认。
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- 机械臂无法读取当前位姿时，返回对应的 `ERROR` 报文。
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## 4. 视觉计算协议
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系统最多支持 2 个物理相机和 4 个机械臂。`START_SCAN_1` 启动物理相机 1，`START_SCAN_3` 启动物理相机 2；两个物理相机不同时扫描。
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| 命令 | 用途 |
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|---|---|
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| `START_SCAN_1` | 启动物理相机 1 扫描 |
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| `START_SCAN_3` | 启动物理相机 2 扫描 |
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| `GET_RET_1` | 获取物理相机 1 检测得到的机械臂 1 坐标 |
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| `GET_RET_2` | 获取物理相机 1 检测得到的机械臂 2 坐标 |
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| `GET_RET_3` | 获取物理相机 2 检测得到的机械臂 3 坐标 |
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| `GET_RET_4` | 获取物理相机 2 检测得到的机械臂 4 坐标 |
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### 4.1 场景说明
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- 视觉控制器与主控软件通过 TCP/IP 对接。
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- 视觉控制器作为 TCP 服务端，监听端口 `7800`。
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- 主控软件作为 TCP 客户端，主动连接视觉控制器的 IP 地址和监听端口。
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- 主控软件发送开始扫描命令，并在收到视觉控制器确认后控制相机从起点开始移动。
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- 相机移动距离由现场确定；相机移动结束后，主控软件发送结束扫描命令。
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- 视觉控制器收到结束扫描命令后自动进入计算，无需主控软件另行发送计算命令。
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- 视觉控制器完成检测后主动通知主控软件，主控软件通过 `GET_RET_n` 获取对应机械臂的坐标结果。
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- 主控软件负责现场运动控制，视觉控制器不通过本协议控制相机或机械臂运动。
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### 4.2 通信时序
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```text
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主控软件 视觉控制器
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| 相机到达扫描起点 |
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|----------- START_SCAN_1 ---------->|
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|<------------ START_ACK ------------|
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| 收到确认后开始移动相机 | 扫描采集
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||
| 相机移动结束并停止 |
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|------------- STOP_SCAN ----------->|
|
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|<------------- STOP_ACK ------------|
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||
| | 自动检测
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|<----------- RESULT_READY ----------|
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|------------- GET_RET_1 ----------->|
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||
|<---- RESULT_OK_PointNum_点集 ------| 机械臂1坐标
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||
|------------- GET_RET_2 ----------->|
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||
|<---- RESULT_OK_PointNum_点集 ------| 机械臂2坐标
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```
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### 4.3 工作流程
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1. 相机到达扫描起点后，主控软件发送 `START_SCAN_1` 或 `START_SCAN_3` 报文。
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2. 视觉控制器进入扫描采集状态，并返回 `START_ACK` 报文。
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3. 主控软件收到 `START_ACK` 后，方可控制相机从起点开始移动。
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4. 相机移动指定距离并停止后，主控软件发送 `STOP_SCAN` 报文。
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||
5. 视觉控制器结束扫描，返回 `STOP_ACK` 报文，并自动进入计算状态。
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6. 视觉控制器检测完成后主动发送 `RESULT_READY` 报文。
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7. 主控软件收到 `RESULT_READY` 后发送 `GET_RET_n`，获取对应机械臂的坐标结果。
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### 4.4 开始扫描
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主控软件请求：
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```text
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START_SCAN_1\r\n
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START_SCAN_3\r\n
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```
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视觉控制器应答：
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```text
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||
START_ACK\r\n
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```
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||
说明：
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- `START_ACK` 表示视觉控制器已经进入扫描采集状态。
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- 只允许 `START_SCAN_1` 和 `START_SCAN_3`；前者启动物理相机 1，后者启动物理相机 2。
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- 未配置物理相机 2 时，`START_SCAN_3` 返回 `ERROR_INVALID_CAMERA\r\n`。
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||
- 主控软件必须收到 `START_ACK` 后才能开始移动相机，不得在发送开始命令后立即移动。
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||
- 视觉控制器尚未就绪时返回 `ERROR_NOT_READY\r\n`。
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||
- 视觉控制器正在扫描或计算上一次任务时返回 `ERROR_BUSY\r\n`。
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### 4.5 结束扫描并自动计算
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相机移动结束并停止后，主控软件请求：
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```text
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||
STOP_SCAN\r\n
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||
```
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||
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||
视觉控制器应答：
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||
|
||
```text
|
||
STOP_ACK\r\n
|
||
```
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||
说明：
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- `STOP_ACK` 表示视觉控制器已结束扫描采集并开始计算，不表示计算已经完成。
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- 检测完成后，视觉控制器主动发送 `RESULT_READY\r\n`。该报文只表示检测已经结束，检测是否成功以 `GET_RET_n` 的应答为准。
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||
- 主控软件不需要再发送计算命令，收到 `RESULT_READY` 后通过 `GET_RET_n` 获取结果。
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||
- 未处于扫描状态时收到 `STOP_SCAN`，视觉控制器返回 `ERROR_NOT_READY\r\n`。
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### 4.6 查询并返回计算结果
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主控软件请求，其中 `n` 为已配置的机械臂编号：
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```text
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||
GET_RET_n\r\n
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||
```
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||
|
||
视觉控制器根据检测状态返回：
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||
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||
```text
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||
RESULT_PENDING\r\n
|
||
RESULT_EMPTY\r\n
|
||
RESULT_NG\r\n
|
||
```
|
||
|
||
计算完成且手眼转换成功时返回：
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||
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||
```text
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||
RESULT_OK_PointNum_X1_Y1_Z1_X2_Y2_Z2_..._Xn_Yn_Zn\r\n
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||
```
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||
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||
字段说明：
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||
|
||
| 字段 | 说明 |
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|---|---|
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| `OK` | 计算成功 |
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| `PointNum` | 返回的路径点总数，必须与后续坐标点数量一致 |
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| `Xn/Yn/Zn` | 第 n 个路径点的坐标，单位 mm |
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||
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||
路径点按焊接行进方向依次排列：
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```text
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首点 -> 中间修正点1 -> 中间修正点2 -> ... -> 末点
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```
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||
每相邻两个路径点构成一段直线。分段间距由现场配置，例如分段间距为 1 m、焊缝总长为 10 m 时，共有 10 段直线，返回首尾在内的 11 个路径点：
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||
|
||
```text
|
||
RESULT_OK_11_X1_Y1_Z1_X2_Y2_Z2_X3_Y3_Z3_..._X11_Y11_Z11\r\n
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||
```
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说明：
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- 第 1 个点为焊缝首点，第 `PointNum` 个点为焊缝末点，其余点为中间修正点。
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||
- 当焊缝长度不能被分段间距整除时，末点必须单独返回，最后一段长度可以小于配置的分段间距。
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||
- 坐标值建议保留 3 位小数。
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||
- 路径点所使用的坐标系需要在联调前确认。
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||
- `GET_RET_1/2` 返回物理相机 1 检测得到的机械臂 1/2 坐标，`GET_RET_3/4` 返回物理相机 2 检测得到的机械臂 3/4 坐标。
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||
- 可以重复查询最近一次检测结果。
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||
未得到有效结果时返回：
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||
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```text
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||
RESULT_NG\r\n
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||
```
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## 5. 超时与重连
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- 建议建立 TCP 连接的超时时间为 5 s。
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- `GET_POSE` 应答超时时间建议为 3 s。
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- `START_SCAN_1/3` 和 `STOP_SCAN` 的应答超时时间建议为 3 s。
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||
- 主控软件未收到 `START_ACK` 时不得移动相机，应检查连接及视觉控制器状态。
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||
- 视觉计算耗时与现场数据量有关，`RESULT_READY` 等待超时时间由双方根据现场节拍配置。
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||
- TCP 连接断开后，由 TCP 客户端重新建立连接；TCP 服务端继续监听并等待连接。
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||
- 扫描过程中连接断开时，本次扫描数据无效。连接恢复后，相机应重新回到扫描起点，再开始新的扫描任务。
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||
- 连接断开或结果超时后，不应自动重复发送运动相关指令；主控软件应先确认现场设备状态，再决定是否重新扫描。
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