隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，機(jī)械手的出現(xiàn)大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，但傳統(tǒng)的繼電器控制的半自動(dòng)化裝置因設(shè)計(jì)復(fù)雜、接線繁雜、易受干擾，從而存在可靠性差、故障多、維修困難等問題，為解決以上問題，可以采用可編程控制器plc控制的機(jī)械手控制系統(tǒng)。

s7－200 plc （program logic controler）是德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的小型可編程控制器，具有良好的可擴(kuò)展性、價(jià)格低廉、指令功能強(qiáng)大、十分適合機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。但一般工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行機(jī)械手機(jī)構(gòu)多為形狀簡(jiǎn)單的夾鉗式、托持式、吸附式等結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)和抓握目標(biāo)物的原理決定了有限的抓握功能，隨著機(jī)器人應(yīng)用范圍的日益擴(kuò)大和向智能化，擬人化方向的發(fā)展，其手部也有多指多關(guān)節(jié)的擬人化要求，另外在工傷、事故中斷手的殘疾人也需要功能價(jià)格比高的多關(guān)節(jié)機(jī)械手，為此我們?cè)O(shè)計(jì)出一套新的基于s7－200 plc的多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)動(dòng)作簡(jiǎn)便、線路設(shè)計(jì)合理、具有較強(qiáng)的抗干擾能力，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、降低了威脅率，提高了工作效率。

由于plc控制受環(huán)境的限制，在使用過程中會(huì)受到各種干擾，影響系統(tǒng)的可靠性，因此必須采取各種抗干擾措施，以提高控制系統(tǒng)的可靠性。

2. 機(jī)械設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)

多指多關(guān)節(jié)的機(jī)械結(jié)構(gòu)是最理想的機(jī)器人手爪，其每個(gè)手指的各個(gè)關(guān)節(jié)都各有一臺(tái)獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并配有傳感和控制系統(tǒng)，使手爪能完全模擬人手動(dòng)作，當(dāng)抓取的目標(biāo)物各邊形狀與手爪中心不對(duì)稱時(shí)，每個(gè)手指各關(guān)節(jié)的彎曲程度可以不同，手爪對(duì)被抓物體的形狀具有適應(yīng)性。先接觸物體的手指其指關(guān)節(jié)產(chǎn)生較大的抗力而不能彎曲，而其他未接觸到物體的手指將繼續(xù)彎曲，直到每一個(gè)手指都接觸物體，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 工作原理

直流電機(jī)1經(jīng)諧波減速器2減速后帶動(dòng)絲杠3旋轉(zhuǎn)，使螺母4在導(dǎo)向桿12中上下移動(dòng)，螺母4帶動(dòng)五根連桿5使四個(gè)手指的第一指節(jié)7轉(zhuǎn)動(dòng)，手指安裝在彈性支座（手掌）6上，彈性支座6上另有五根固定撥桿8插入各手指的第二指節(jié)10上端的凹槽中，使第二指節(jié)在第一指節(jié)旋轉(zhuǎn)時(shí)能同時(shí)繞第一、第二指節(jié)間的關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而第一指節(jié)7下端裝有固定撥桿9插入第三指節(jié)11上端的凹槽中，使第三指節(jié)同時(shí)隨第一、第二指節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)而繞第二、第三指節(jié)間的關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而形成三個(gè)指節(jié)聯(lián)動(dòng)抓握或放開目標(biāo)物體，其抓握原理如圖2所示。

當(dāng)抓取的目標(biāo)物各邊形狀與手爪中心不對(duì)稱時(shí)，每個(gè)手指各關(guān)節(jié)的彎曲程度可以不同，手爪對(duì)被抓物體的形狀具有適應(yīng)性，先接觸物體的手指其指關(guān)節(jié)產(chǎn)生較大的抗力而不能彎曲，當(dāng)螺母帶動(dòng)連桿5繼續(xù)上移時(shí)，及手指的彈性支座6將向上翹起使手指不再彎曲，而其他未接觸到物體的手指將繼續(xù)彎曲，直到每一個(gè)手指都接觸物體，如圖2（b）所示，因而同一電機(jī)驅(qū)動(dòng)的五個(gè)手指能像人手一樣適應(yīng)目標(biāo)物體的形狀進(jìn)行可靠抓取。

3 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 總體設(shè)計(jì)

plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不能過分依靠plc本體，使用外部繼電器能夠完成控制要求的，應(yīng)使用外部繼電器，系統(tǒng)電機(jī)采用自耦降壓?jiǎn)?dòng)，由于設(shè)計(jì)時(shí)取消外部時(shí)間繼電器，采用啟動(dòng)信號(hào)直接輸入plc，經(jīng)plc內(nèi)部計(jì)時(shí)器輸出運(yùn)行信號(hào)，啟動(dòng)時(shí)間難于精確確定，而且負(fù)荷變化將引起啟動(dòng)時(shí)間變化，從而當(dāng)用戶想要調(diào)整啟動(dòng)時(shí)間時(shí)就比較困難，需要具備plc編程知識(shí)及相關(guān)編程工具，而一般的用戶或電工并不具備這樣的條件，因此采用plc內(nèi)部計(jì)時(shí)器作為啟動(dòng)時(shí)間控制就頗費(fèi)周折，也不利于現(xiàn)場(chǎng)控制及日后維護(hù)。

ptc的自動(dòng)控制程序的編寫方法很多，根據(jù)多關(guān)節(jié)機(jī)械手的特點(diǎn)，要求每一個(gè)動(dòng)作嚴(yán)格按順序執(zhí)行，因此采用步進(jìn)指令編寫，以保證機(jī)械手的運(yùn)行有條不紊。

在順序及連鎖控制中，涉及平行并聯(lián)關(guān)系的機(jī)號(hào)，考慮到操作上的便利，讓plc能自動(dòng)選擇運(yùn)行電機(jī)，方便電機(jī)在運(yùn)行過程中能夠有選擇地運(yùn)行，連鎖關(guān)系為4級(jí)，見圖2所示，前兩極中有并列選擇運(yùn)行的電機(jī)（d1，d2，d3，d4）。

電機(jī)工作原理主要是控制電機(jī)的選擇，其電氣工作原理如圖3所示，將開關(guān)s撥到集中控制時(shí)，k2吸合給plc一個(gè)信號(hào)，讓plc識(shí)別該電機(jī)需要運(yùn)行，而沒有選擇集中控制的電機(jī)則認(rèn)為暫時(shí)不運(yùn)行。