与传统的机械手相比，多关节机械手能够掌握不同形状和不规则的工件.与传统机械手相比，它具有运动灵活、运动惯量小、通用性强等优点，能够较好地抓取基座附近的工件，并能绕过机体与工作机械之间的障碍物工作。传统的机械手采用继电器电气控制，由于其电路复杂、维护困难、可靠性差等特点，已不能满足机械手控制的需要。随着可编程控制器(PLC)的出现，这种问题可以得到解决。PLC控制具有结构简单、控制方便、可靠性高、编程简单、功耗低、改造方便等特点，能够高精度地完成工作。

1 机械手结构

轴承装配是轴承生产过程中的最后一个也是非常重要的环节，而轴承盖机是装配中较为复杂的一部分。在轴承装配线上使用机械手，通过PLC控制机械手的动作，完成轴承、封盖和工件转移的全过程，最后控制盖机完成封盖的全过程。图1-1是某以生产线上机械手的工作示意图。

图1-1 机械手的工作示意图

利用PLC控制电动机的转动和电磁阀的通断，电动机的转动来驱动机械手臂的左右旋转，电磁阀驱动气缸的升降控制机械手臂的上升和下降。多关节机械手的工作过程如图1-2所示：

图1-2 多关节机械手简单工作过程示意图

2 硬件系统设计

按照控制系统的控制要求，在此系统中仅靠PLC主机是无法完成控制要求的，因此扩展了一个I/O和两个模拟量输入/输出模块，以及两个光电开关和一个可控电动机，控制系统的硬件框图如图2-1所示。

图2-1 控制系统的硬件框图

2.1 PLC的选型

根据系统控制要求并从经济性和可靠性等方面考虑，选择西门子S7-200系列PLC作为此机械手控制系统的控制主机。三自由度工业机械手PLC控制系统总共有15个数字量输入，8个数字量输出，供需23点I/O口，根据I/O点数，选用了CPU224作为主机。同时扩展一个I/O模块，选用EM223输入/输出混合扩展模块中的4点输入/4出输出模块。由于需要测量每个手指的压力值，需要将传感器的值输入到PLC中进行判断，所以扩展两个模拟量模块，全部选用4路模拟量输入/1路模拟量输出的EM235模块。EM223和EM235只需要将排线插到主机及扩展模块的插槽上。

2.2 PLC的I/O资源配置

根据控制系统的功能要求，对PLC进行I/O及其他资源的分配，具体分配如下。

表2-1 数字量输入地址分配

表2-2 模拟量输入地址分配

表2-3 数字量输出地址分配

2.3 其他资源设置

要完成系统的功能除了PLC及其扩展模块之外，还需要各种限位开关、光电开关、传感器及编码盘等仪器设备。

3 软件系统设计

根据机械手动作和要实现的功能，多关节机械手控制系统流程图如图3-1所示。

控制系统的主程序，主要是对高速计数器和高速脉冲输出进行初始化。对于高速计数器，选用高速计数器HSC0，工作方式为模式0，输入口为I0.0。

对于高速脉冲输出控制，设置为脉冲输出方式，输出口为Q0.0。脉冲的输出设置为多段管线输出，本例中采用3段输出，完成设置的功能为：时间基准为μs级、不允许更新周期和脉冲数。

为了提高定位精度，手臂的左右旋转由步进电机控制，因此需要采用高速计数器和高速脉冲输出，比较输出脉冲数和接收脉冲数，定位准确，如果两者之间有偏差，则重传脉冲，最后到达设定位置。

多关节机械手控制系统传感器值1和传感器值2处理子程序，是针对传感器采集值传递给PLC处理子程序，由于机械手爪在每次加工过程中，需要移动两个工件，对于不同的工件，爪的强度不同，为了防止过大的抓地力，造成对工件的损坏，设置两种不同的压力对比。

在多关节机械手的工作过程中，机械爪严格按一定的顺序运行，可根据工艺流程方便地设计顺序控制指令。当下一个操作开始执行时，前一个操作中的所有组件都被重置为初始状态，从而降低了误操作的可能性。