【氣動機械臂的設(shè)計（論文）9000字】

IV氣動機械臂的設(shè)計摘要隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，自動化、機械化生產(chǎn)已成為現(xiàn)代工業(yè)的重要支柱，沒有車間、裝配線，已成為一種很常見的工作形式。用氣推動的機械臂系統(tǒng)是由氣缸、氣動閥和壓縮機組成。其優(yōu)點是氣體來源方便、結(jié)構(gòu)較簡單、成本較低、維護方便等。氣動機械臂可以采用純氣動電路設(shè)計，用旅行閥和氣動變換閥進行控制，無需電控電路。這是比較安全的，有火災(zāi)，爆炸，防潮，可用于環(huán)境比較苛刻的地方。采用壓縮空氣的方法，也可儲存空氣能源，進行遠程供氣，為將來純氣能源打下基礎(chǔ)。氣動換向閥采用兩位五通電磁換向閥，有存儲功能和手動功能，易于調(diào)試和重置。目前，氣壓傳動機械臂廣泛應(yīng)用于自動化生產(chǎn)線中，采用多任意氣動電路設(shè)計方法的多運行機制也多種多樣，各有優(yōu)缺點，因此，有必要研究一個更簡單、更穩(wěn)定的多級自由機械臂全氣動操控系統(tǒng)。此文章的重點內(nèi)容是歸根于PLC的氣動機械手控制系統(tǒng)開展的，包括系統(tǒng)的整體框圖、系統(tǒng)構(gòu)成、軟硬件設(shè)計和系統(tǒng)運行分析。關(guān)鍵詞：氣動機械臂、可編程控制器、傳感器目錄TOC\o"1-3"\h\u720摘要 I244671緒論 1238141.1課題背景 1165511.2研究的目的和意義 2318091.3研究現(xiàn)狀 3262862系統(tǒng)總體設(shè)計與元器件選型 475932.1系統(tǒng)的總體設(shè)計方案 4276872.2系統(tǒng)的氣動控制 5255472.3元器件的選型 6233482.3.1PLC的選擇 67452.3.2傳感器的選擇 6100273氣動機械臂的系統(tǒng)硬件設(shè)計 7227063.1系統(tǒng)硬件概述 7225043.2PLC的I/O分配 848193.3傳感器的設(shè)計 973263.3.1安全傳感器 9253473.3.2光電傳感器 10271883.3.3其他外部硬件 10298124氣動機械臂的控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 11106024.1軟件設(shè)計概述 11137804.2急?？刂葡到y(tǒng) 12233954.3液晶顯示屏系統(tǒng) 13256634.4機械臂抓取系統(tǒng) 1439104.5光電檢測系統(tǒng) 1526317結(jié)論 156672參考文獻 171緒論1.1課題背景在自動化生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了一種新型的設(shè)備，名為氣動機械臂。其特點表現(xiàn)在利用程序的編程來操控機械臂運行，在性能指標上反應(yīng)出人與機械臂的差距，可以反映出人類的智慧和適應(yīng)特性。在目前的生產(chǎn)過程中，人類可以靈活的操控并作出迅速反應(yīng)，而機械臂與人相比其不僅能靈活運行，而且還可以進行重復(fù)不停的工作，不怕吃苦、不怕危險和惡劣的環(huán)境，力量也比人的強度要強。因此機械臂越來越收到很多部門的重視也運用到了更多的領(lǐng)域當中，被人們所認可。近來，緊跟大規(guī)模集成電路微電子技術(shù)的強勁進步，PLC已由單機進步至具有16位與32位處理器的微型計算機。目前，PLC技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的很成熟，控制性能也越來越強、功耗和成本較初期也有了更深入的變革、編程機動性更廣泛，而且I/O的遠程設(shè)定和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)的處理工作發(fā)展變化也很成熟，使PLC更加被工業(yè)自動化所普遍使用。結(jié)合PLC，給氣動機械臂編寫相應(yīng)的控制程序，開發(fā)出合適的機械臂手臂的動作范圍和軌跡，并實現(xiàn)對機械臂手臂到所需環(huán)境的預(yù)期控制，氣動閥通過系統(tǒng)控制作為動力，促進機械臂手臂達到預(yù)期的功能。機械手是在機械化和自動化生產(chǎn)進程里出現(xiàn)的全新裝置。在如今制造流程里，機械手不斷的用于不同的制造作業(yè)中。對于高科技領(lǐng)域機械手的開發(fā)、探索與制造而言，這已然飛快進步為一項全新科技。如此情況推動了機械手的進步，讓機械手更好地達成了機械化與自動化的融合。機械手盡管不如人手靈巧，可是具有可以一直反復(fù)工作且不會疲勞、不懼風險的特性，抓取和舉起重物的能力超越了人手。所以，機械手在大多數(shù)部門得到了廣泛的使用與關(guān)注。工業(yè)機器人，又被叫做機械機械手等，是合適用在工業(yè)自動化生產(chǎn)的機電一體化裝置。自從首個工業(yè)機器人在美國出現(xiàn)以后，工業(yè)機器人以它卓越的工作實力和綜合的尖端技術(shù)獲得了飛速進步ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴紅</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴紅</author></authors></contributors><titles><title>康復(fù)醫(yī)學</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民衛(wèi)生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>。工業(yè)機器人可以針對設(shè)定的目標物進行抓取、組裝、檢測等步驟，這些步驟都是在此之前都是在工廠車間里工人的工作內(nèi)容。而工業(yè)機器人模仿了人類，工人手臂的工作方式，通過此途徑大大地減輕了工廠車間內(nèi)人們的勞動強度。除此之外，礦井、隧道、有放射性物質(zhì)的空間，這些不適宜人去作業(yè)的環(huán)境，也可以讓工業(yè)機器人去替代，不僅保障了工人的安全問題，還能使工作完成地更快速便捷安心ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴紅</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴紅</author></authors></contributors><titles><title>康復(fù)醫(yī)學</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民衛(wèi)生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>。在機械、電氣、航空航天等各類重工業(yè)領(lǐng)域和電子、計算機這類高新工業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)機器人都已具有了強大的競爭力。即便在各類先進制造業(yè)中，工業(yè)機器人也是領(lǐng)先的。作為典型的機電一體化數(shù)字化設(shè)備，它自身已是評估國制造業(yè)能力與科技能力的關(guān)鍵指標ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴紅</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴紅</author></authors></contributors><titles><title>康復(fù)醫(yī)學</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民衛(wèi)生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>。工業(yè)機器人的進步路徑是朝著“高速、高精度、重載、輕便、智能”的趨向進步。由技術(shù)發(fā)展的重要工業(yè)機器人的視角而言，2008年JSME日本機械學會分析且預(yù)估了重要參數(shù)，如機器人平均功率密度。如果在機器人規(guī)劃里需要絕對精度，那隨著持續(xù)改進，絕對精度可以貼合重復(fù)定位精度。跟隨材料技術(shù)的發(fā)展，能夠減少控制器的品質(zhì)，加強剛度，加強伺服電機與控制器的平均功率密度。所以，工業(yè)機器人科技具有以下特征ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴紅</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴紅</author></authors></contributors><titles><title>康復(fù)醫(yī)學</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民衛(wèi)生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>：1）工業(yè)機器人身上集合了許多的其他先進技術(shù)，比如智能化和軟件開發(fā)方面，也通過這些的加成，使得其本身更加的完美，提高質(zhì)量的同時又達到了降低成本的目的。除此之外，通過對過程實施的檢測、優(yōu)化、調(diào)度和管理等步驟，也降低了對資源的損耗與對自然的污染，這實現(xiàn)了工業(yè)自動化的至高水準。2）由動力機械與計算機誕生以來，工業(yè)機器人一直跟隨人類體力與智力極限水平的發(fā)展。工業(yè)機器人及其組件具有很多新優(yōu)勢，如精密制造與柔性制造。這些特點使其成為實現(xiàn)數(shù)字化、自動化和智能化的根基。3）在各行各業(yè)之中，包括汽車整車、軌道交通、電氣電力等國家重工，以及醫(yī)學醫(yī)藥、財經(jīng)金融、副食煙草等民生行業(yè)，所有生產(chǎn)步驟都是不可缺少的。這些生產(chǎn)流程中每一個小步驟的重點都是工業(yè)機器人和完整的自動化設(shè)備。4）工業(yè)機器人及自動化技術(shù)完整系列結(jié)合了多個學科，包含各個科技領(lǐng)域，涵蓋機器人建筑構(gòu)件分析、建模與加工集成和精細物流等發(fā)達的生產(chǎn)技術(shù)，強大的技術(shù)集成。此課題融合如今社會發(fā)展對高靈活性、本質(zhì)安全型機械手的事實要求，著眼于提高機械手抓取的智能性和適應(yīng)性。1.2研究的目的和意義機械臂是近年來在工業(yè)生產(chǎn)中開發(fā)的一種高科技自動化生產(chǎn)裝置，它是制造業(yè)機械手的關(guān)鍵構(gòu)成部分。最大的優(yōu)點是運用PLC編程來執(zhí)行預(yù)計的控制責任，模仿人類勞動是機械手的一個關(guān)鍵特征。它特別體現(xiàn)了人的智慧與適應(yīng)性。機械臂操控的準確性與適應(yīng)不同環(huán)境的能力在國民工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展?jié)摿?。在如今工業(yè)制作流程里，自動化生產(chǎn)線已經(jīng)由原來的人工作，慢慢的發(fā)展為機器人工作，因其工作特點具有穩(wěn)定、不怕苦、不怕危險和能接受危險環(huán)境力量強度也很強等，所以機械臂的運用受到了很大的重視。在工業(yè)生產(chǎn)中，機械臂運用的特點：（一）自動化生產(chǎn)的強度能得到有效的提高工業(yè)生產(chǎn)的自動化程度可以提高材料的運輸、工部件的處理、工程工具的更換、零部件的組裝等操作，機械臂都可以很好的運用，不僅生產(chǎn)率得到了提高，生產(chǎn)成不也大大的降低了。（二）勞動的條件以及人身安全得到了保障在極端惡劣又存在有毒氣體的環(huán)境、工作空間限制、人身夠不到的地方，機械臂完全能適應(yīng)這類工作環(huán)境，保障了勞動工作的條件，防止人身安全受到傷害，避免了人工疏忽而導致的人身事故。（三）機械臂的運用減輕了人力，促進規(guī)律生產(chǎn)機械臂代替人工工作大大降低了人工成本，使省下來的人工可以去操作更加細致的工作這是一方面，另一方面機械臂可以無休止的進行工作，存進規(guī)律生產(chǎn)。因此，減少生產(chǎn)線上的人力，更能保障工作有力且合理的運用勞動生產(chǎn)力做更多的事情，使公司或者企業(yè)到達事半功倍的效果。1.3研究現(xiàn)狀上世紀40年代外國機械臂研究才開始，當時美國研究室創(chuàng)造了一臺可控式機械臂，對于放射性物質(zhì)可以有效地工作。數(shù)銑的伺服軸和遙控器桿結(jié)構(gòu)與美國的喬治·德沃爾（GeorgeDevol）合并，全球首個機器人手臂誕生。1978年Devol的聯(lián)合集團發(fā)布了PUMA通用工業(yè)機器，預(yù)示著工程制造業(yè)機械臂作為一種成熟類技術(shù)的發(fā)展。這樣的機器人手能夠用“教與活”的方法發(fā)揮作用，是首代機器臂。和首代工業(yè)機械手不一樣，智能機械手能夠與人一樣認識世界，對獲得的信息進行辨別與分析，以及判斷與推斷的功能。按照各種外部環(huán)境，根據(jù)各自的工作任務(wù)進行相應(yīng)的調(diào)整。第二代機械臂，稱作初級智能機械臂，其特征是修改人類預(yù)先定義的程序。這種智能機械臂技術(shù)也越來越成熟，并用于實踐。在工程制造業(yè)生產(chǎn)中，許多這類機械臂可用來組裝配件。第三代機械臂（又稱先進智能機械臂）是指第二代機械臂在信息的基礎(chǔ)上可以進行分析和處理，獲得經(jīng)驗，從而修改程序本身。這個研發(fā)中高端、理想的機械臂可以完全獨立于人類工作，不受人工預(yù)先安排的工作。因此也叫自主機器人手。如今的技術(shù)還遠遠達不到目標，但是在一部分地方或者一部分方面此智能的含義，實則至如今智能機器臂是未出現(xiàn)的?？墒且欢ǖ氖牵S著科學技術(shù)的不停的改革和發(fā)展，智能觀念將越來越豐富，相信這種高端智能機械臂將來會出現(xiàn)。這將是機械臂研究史上的一個新的里程碑。國內(nèi)機械臂探索的如今狀況也歷經(jīng)了一個長久的階段，由上世紀中期至70年代萌芽，80年代進步至90年代后的實用化階段。第一只機器手出現(xiàn)在上世紀60年代，那時我國的機器手技術(shù)還在學習時期。對比國外的科研能力時，按照我國的科技能力，初步定下了機械臂的發(fā)展任務(wù)。由此階段，主要有機器人手用于組裝物體，移動水下機器人手臂。自1980年代以來，中國的機器人武器科研能力已由萌芽階段上升到發(fā)展階段。1986年中國提議了‘七五’科技攻關(guān)規(guī)劃，工業(yè)機器人武器的研制被加入發(fā)展計劃，機械部承擔了工業(yè)機械臂的焊接、運輸、裝配等多項任務(wù)的研發(fā)。機械臂探索時期已開始，此階段也是中國機器臂探索的頂峰。上世紀80年代末至90年代，中國提議了“863”規(guī)劃，明確了特種作戰(zhàn)機器人武器與工業(yè)機器人武器發(fā)展的關(guān)鍵方針。我們開發(fā)了7種不同的工業(yè)機器人手臂組和超過100種不同的特種機器人手臂，例如噴涂機器人手臂等。將建立9個機器人手工業(yè)中心與7個科學研究中心。截止至今，我國已經(jīng)可以獨立制造焊接機械手等。直至2009年，我國僅有36.8萬只工業(yè)機器臂在勞動，日本為10.8%，德國為25.2%。而中國大部分機械臂都是進口的，國內(nèi)的工程制造業(yè)機械臂不可能批量制造。在智能機器臂方面，中國的某些大學或研究所已經(jīng)獲得了相應(yīng)進展，可是整體能力與先進國家相差很多。機器臂科技的探索是無止境的，它給人類導致無盡的可能性，我們需要不斷探索。2系統(tǒng)總體設(shè)計與元器件選型2.1系統(tǒng)的總體設(shè)計方案黑箱結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：壓縮機作為驅(qū)動能，啟動壓縮機，利用氣動閥的控制元件控制氣體來推動機械臂工作，同時用PLC來控制氣動閥調(diào)節(jié)氣體大小，從而調(diào)節(jié)機械臂的速度，PLC同時也給機械臂命令以行駛運動軌跡來夾持松放工件。在此方案的基礎(chǔ)上加載報警裝置及顯示屏系統(tǒng)，可以有效的起到防護及監(jiān)測的目的，從而提高機械臂的利用率。圖2.1黑箱設(shè)計方案2.2系統(tǒng)的氣動控制氣動機械臂是一種在壓縮空氣壓力情況下驅(qū)動其運動的機械臂。其主要特點具有：媒介為氣體采集方便，對于壓力的輸出較低抓地力為30千克左右。氣體相對于其他來源速度較快，結(jié)構(gòu)以及成本也相對來說較低，但是，空氣的壓縮性導致其工作速度穩(wěn)定性降低沖擊力大，因此氣動機械臂適用于速度快、負載較輕、溫度較高和粉塵較大的工作環(huán)境中。依據(jù)氣動機械臂的行程軌跡，可以采用四個執(zhí)行氣缸來實現(xiàn)動作，機械手的上下運動由氣缸達成，機械手的左右運動由擺動氣缸達成，機械手的前后運動由伸縮氣缸達成。它有一個兩位五通電磁換向閥。執(zhí)行油缸通過兩個端口、兩個排氣口和一個供氣端口構(gòu)成。三個氣缸由一個電磁閥操控，一個氣缸由一個雙電磁閥操控。如圖2.2所示。圖2.2氣動控制回路2.3元器件的選型2.3.1PLC的選擇PLC有四大企業(yè)品牌:西門子、施耐德、AB與通用電氣。中型PLC公司牌子:西門子、施耐德、歐姆龍、三菱。小型PLC公司牌子:西門子、歐姆龍、三菱、LS、松下、富士。S7-200系列PLC的特征：是西門子生存的小型PLC有下列特征（1）具有密集的構(gòu)造（2）優(yōu)良的擴展性能（3）超強的功能命令（4）成本價格低廉。S7-200PLC的CPU模塊：集成一定數(shù)字I/O點的CPU：CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM。擴展模塊:重點是數(shù)字擴展模塊:EM221、EM222、EM223。模擬擴展模塊:EM231、EM232、EM235。通訊模塊:EM277、EM241等，控制器規(guī)模能夠輕松組裝?？刂颇K的領(lǐng)域很廣。S7-200PLC很容易形成PLCPLC網(wǎng)絡(luò)與微機PLC網(wǎng)絡(luò)，這也使得大型項目得以實現(xiàn)。S7-200編程軟件:STEP7-Micro/WIN32。編程軟件能夠在WINDOWS環(huán)境下方便地對PLC進行編程、維修和監(jiān)控。讓PLC編程舒適快捷。能夠說S7-200全面達到了不同的小型操控系統(tǒng)的需求，所以我們選了西門子s7-200PLC。2.3.2傳感器的選擇傳感器的選擇主要分為以下幾點：1、選擇合適的靈敏度：靈敏度越高被測量的輸出信號值越大，有利于信號處理。若是評估量是單個矢量，且其方向性要求高，就應(yīng)該選低敏度的傳感器；若是評估量是多維向量，應(yīng)該選低敏度傳感器。2、頻率的響應(yīng)特征：確立傳感器測試的頻率領(lǐng)域。3、線性范圍：沒有傳感器能完全保證線性，它的線性是相對的。如果所需的測量精度相對較低，在給定范圍內(nèi)具有小非線性誤差的傳感器可以被認為是近似線性的。導致測量更加精確和便捷。4、穩(wěn)定性：傳感器一定要選可以適宜險惡的環(huán)境。5、精度：精度是傳感器的關(guān)鍵抉擇憑證，它定奪了一個系統(tǒng)的準確。從以上傳感器的抉擇需求，結(jié)合機械臂設(shè)計的總體方案需要，因此，我選擇紅外線感應(yīng)光電傳感器E3F-DS30C4靠近漫反射式傳感器。它具有防雨防潮、超強防干擾、體積小、易安裝、反應(yīng)靈敏等特點。3氣動機械臂的系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)硬件概述機械臂存在動作元素，可以執(zhí)行不同的動作，氣缸A可以讓機械臂實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，氣缸B可以讓機械臂柱實現(xiàn)起落運動，氣缸D可以讓機械手臂實現(xiàn)伸縮運動，氣動手爪C可以達到抓地力和松動的效果。我們希望通過控制執(zhí)行的四個要素的運動來達到工作運動的目的。另一方面要實現(xiàn)的操作過程是:左移動、右移動、前移動、后移動、上移動、下移動、夾爪打開、夾爪夾緊。為此，必須相互匹配四個氣缸的氣流，并且一次只能更換一個氣缸。用四個電磁換向閥操控四個氣缸的替換，用交流繼電器KM、中間繼電器KA與時間繼電器KT設(shè)計一個控制電路，串聯(lián)控制一排四個電磁換向閥，依次實現(xiàn)八個動作完成。如圖3.1所示。圖3.1系統(tǒng)原理圖3.2PLC的I/O分配氣動機械臂中，升降氣缸、伸縮氣缸、擺動氣缸和氣爪氣缸通過機械臂上的電磁閥檢測，在每個氣缸上安裝了兩個電磁閥來進行機械臂的運行。啟動、停止、復(fù)位、急停按鈕，每個限位共有12個輸入點，4個操作缸，3個運用雙電磁閥，1個運用單控電磁閥，加上啟動、停止、指示燈復(fù)位，電磁閥一共有10個輸出點。輸入與輸出點的詳細分布顯示在表3.2中。表3.2輸入/輸出分配表輸入輸出輸入PLC輸入輸出PLC輸出啟動按鈕I0.0啟動指示HL1Q2.0停止按鈕I0.0停止指示HL2Q2.1復(fù)位按鈕I2.2復(fù)位指示Q2.3急停按鈕I0.3急停指示Q2.4上限位I1.6上行電磁閥Q1.6下限位I1.7下行電磁閥Q1.7左限位I1.2左行電磁閥Q1.2右限位I1.3右行電磁閥Q1.3前限位I1.4前行電磁閥Q1.4后限位I1.5后行電磁閥Q1.5夾爪打開I1.0夾爪關(guān)閉I1.13.3傳感器的設(shè)計傳感器是氣動機械臂系統(tǒng)的重要組成部分，傳感器在電氣技術(shù)中發(fā)揮著極為重要的作用。沒有傳感器技術(shù)，電氣技術(shù)也就無法發(fā)展，傳感器等于感覺器官，它能夠快速精準的取得消息，且可以經(jīng)受很差的環(huán)境，保障電氣系統(tǒng)到達高水準。當今電力機械臂技術(shù)的飛速發(fā)展也離不開傳感器，如果沒有傳感器，機械臂將難以發(fā)展。傳感器對系統(tǒng)狀態(tài)和對象信息進行自動捕捉，系統(tǒng)的報警和急停功能才得以實現(xiàn)和實施。3.3.1安全傳感器要說機械臂是模仿人的肢體，那么傳感器就是機械臂的感官系統(tǒng)，賦予機械臂更加真實的操作系統(tǒng)，本系統(tǒng)所使用的安全傳感器，主要是裝在機械臂的手臂及手指位置。如圖3.2所示。圖3.2安全傳感器3.3.2光電傳感器系統(tǒng)采用安全光柵，即光電子安全防護罩，目前的工作環(huán)境是由人工和機械機器一起進行工作的，比如大型沖壓機械、切割機器、裝配線生產(chǎn)、輸變電裝置、危險區(qū)域（有毒、高壓、高溫）等工作，人工的人身安全極容易受到威脅。光電傳感器發(fā)出紅外光，形成光電網(wǎng)絡(luò)。當光線受阻的時候，急停裝置出現(xiàn)斷電，規(guī)避危險出現(xiàn)。使用光電電子安全保護裝置能夠高效減少意外發(fā)生，顯著降低用戶與第三方的風險，降低事故的綜合成本，造福于公司本身、經(jīng)營者和社會。3.3.3其他外部硬件在氣動機械臂的設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)，機械臂手臂在運行中會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，然后，想要糾正這個故障，在氣動設(shè)備中安置一個氣動馬達，氣動馬達的運作主體關(guān)鍵是壓縮空氣，這是一種把壓力能變成機械能的動力設(shè)備。電機具有以下特點:1.可以進行速度的非階段性控制。通過控制空氣或者排氣閥的打開來調(diào)節(jié)電機的輸出功率和速度，即流動的壓縮空氣。速度和功率可以調(diào)整，以減少機械臂的抖動。2.能夠向前或向后轉(zhuǎn)。大多數(shù)空氣電機改變電機進出的方向的方法是使用操縱閥，可以由來調(diào)整空氣電機的正反向。3.不受惡劣條件的影響，適用于禁火、禁爆、振動較大、潮濕、粉塵等不利環(huán)境下工作。4氣動機械臂的控制系統(tǒng)軟件設(shè)計西門子氣動機械臂的軟件控制主要由：中央處理單元（CPU）、系統(tǒng)程序存儲區(qū)、I/O地址區(qū)、用戶程序存儲區(qū)、子程序單元組成。程序開始，壓縮機運行，同時PLC可以控制壓縮機的功率大小，PLC可以控制模式的選擇，初始模式為自動模式，在有特殊情況下可以通過液晶控制屏來進行手動控制。機械臂運行過程中出現(xiàn)緊急情況被光電檢測傳感器檢測到可以實現(xiàn)急停并進行報警，報警位置會發(fā)送至顯示屏供操作人員觀測解決，急停結(jié)束后，系統(tǒng)進行復(fù)位，回到原點，進行重啟再運行。如圖4.1所示程序流程圖。圖4.1軟件系統(tǒng)程序圖4.1軟件設(shè)計概述（1）中央處理單元（CPU）控制器、算術(shù)單元與寄存器形成了集合在每個芯片里的中央單元。CPU經(jīng)過數(shù)據(jù)總線、地址總線與控制總線連接到存儲單元、輸入與輸出接口。與平常計算機一致，PLC的中心是CPU，系統(tǒng)的正常運行關(guān)鍵是由于PLC中系統(tǒng)程序的分配功能。用戶程序與數(shù)據(jù)預(yù)先保存。在PLC運轉(zhuǎn)的時候，CPU循環(huán)檢查正在運行的用戶程序。CPU的關(guān)鍵責任是掌控用戶程序與數(shù)據(jù)的接收與儲存，并由掃描I/O組件接收現(xiàn)場狀態(tài)或數(shù)據(jù)。保存在寄存器中，查找內(nèi)部電路與編程語法中的差池，在PLC輸入操作模式下從存儲器中讀取用戶命令，并根據(jù)命令執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸。按照結(jié)果，更換新的標志位狀態(tài)與打印圖像寄存器的內(nèi)容，并打印組件以達到打印控制、表格打印或數(shù)據(jù)傳輸作用。按照PLC中CPU芯片類型的多樣分為:經(jīng)常用的CPU芯片和廠家設(shè)計的專用CPU芯片。PLC處理控制信號的能力與速度斷定了CPU芯片功能。計算愈快速，系統(tǒng)解決的數(shù)據(jù)量就愈多，CPU數(shù)字數(shù)量就越高。近來CPU芯片技術(shù)在不斷的進行改進和發(fā)展，PLC的功能得到了改進和完善。（2）系統(tǒng)程序存儲區(qū)PLC制造商使用系統(tǒng)程序存儲區(qū)來保存用戶所寫的系統(tǒng)程序，該程序不能變化。它讓PLC擁有基礎(chǔ)作用且可以實現(xiàn)PLC設(shè)計者規(guī)劃的任務(wù)。（3）I/O地址區(qū)PLC的I/O模塊性能主要描述模塊電路的電氣性能，如電流、電壓大小、關(guān)閉時間、隔離等。（4）用戶程序存儲區(qū)程序的存放和功能的存放組成了用戶存儲區(qū)。用戶存儲區(qū)用于用戶來PLC編寫程序的存儲，用來執(zhí)行特定的任務(wù)。按照選擇內(nèi)存單元的種類，用戶程序內(nèi)存能夠是RAM、EPROM或EEPROM，用戶可以隨心所力地修改、添加或刪除其內(nèi)容。（5）子程序單元組成危險采集程序和液晶顯示程序以及機械臂急停程序組成4.2急?？刂葡到y(tǒng)該系統(tǒng)采用應(yīng)急停止控制機制，涵蓋電源的收集板塊、傳感器工作板塊以及應(yīng)急停止操控板塊，其中電源收集板塊與傳感器作用板塊導入電氣連接、傳感器工作模塊和應(yīng)急停止控制模塊連接、報警系統(tǒng)和應(yīng)急停止控制并排，在傳感器感應(yīng)工作中，信號傳輸?shù)綀缶到y(tǒng)和應(yīng)急停止控制系統(tǒng)，報警系統(tǒng)響鈴，應(yīng)急停車控制系統(tǒng)緊急停車。當工作人員按下緊急停止按鈕時，機械臂手臂也會停止，松下緊急停止按鈕，機械臂手臂恢復(fù)運行。圖9顯示。圖4.2急停梯形圖4.3液晶顯示屏系統(tǒng)作為PLC機械臂的操作終端，機械臂的操作可以通過液晶顯示屏來發(fā)出指令。（1）屏幕功能（用戶屏幕功能、系統(tǒng)屏幕）用戶屏幕功能（用戶制作屏幕）(2）系統(tǒng)屏幕功能監(jiān)控功能（3）數(shù)據(jù)采樣功能（4）報警功能。考慮到液晶屏要監(jiān)控各個部位并進行操控，任務(wù)相對來說比較的繁重。那么本系統(tǒng)采用MT506TV型號的顯示觸摸屏。（1）可以隨時的監(jiān)測機械臂運行的狀態(tài)。（2）可用觸碰顯示屏來操控機械臂，并向PLC反應(yīng)程序?？梢杂脕頇z測其他設(shè)備的控制比如：故障部位、報警部位以及急停狀態(tài)。（3）通過顯示屏可以錄制或者截圖成為視頻