與傳統(tǒng)的機械手相比，多關節(jié)機械手能夠掌握不同形狀和不規(guī)則的工件.與傳統(tǒng)機械手相比，它具有運動靈活、運動慣量小、通用性強等優(yōu)點，能夠較好地抓取基座附近的工件，并能繞過機體與工作機械之間的障礙物工作。傳統(tǒng)的機械手采用繼電器電氣控制，由于其電路復雜、維護困難、可靠性差等特點，已不能滿足機械手控制的需要。隨著可編程控制器(PLC)的出現(xiàn)，這種問題可以得到解決。PLC控制具有結構簡單、控制方便、可靠性高、編程簡單、功耗低、改造方便等特點，能夠高精度地完成工作。

1 機械手結構

軸承裝配是軸承生產(chǎn)過程中的最后一個也是非常重要的環(huán)節(jié)，而軸承蓋機是裝配中較為復雜的一部分。在軸承裝配線上使用機械手，通過PLC控制機械手的動作，完成軸承、封蓋和工件轉(zhuǎn)移的全過程，最后控制蓋機完成封蓋的全過程。圖1-1是某以生產(chǎn)線上機械手的工作示意圖。

圖1-1 機械手的工作示意圖

利用PLC控制電動機的轉(zhuǎn)動和電磁閥的通斷，電動機的轉(zhuǎn)動來驅(qū)動機械手臂的左右旋轉(zhuǎn)，電磁閥驅(qū)動氣缸的升降控制機械手臂的上升和下降。多關節(jié)機械手的工作過程如圖1-2所示：

圖1-2 多關節(jié)機械手簡單工作過程示意圖

2 硬件系統(tǒng)設計

按照控制系統(tǒng)的控制要求，在此系統(tǒng)中僅靠PLC主機是無法完成控制要求的，因此擴展了一個I/O和兩個模擬量輸入/輸出模塊，以及兩個光電開關和一個可控電動機，控制系統(tǒng)的硬件框圖如圖2-1所示。

圖2-1 控制系統(tǒng)的硬件框圖

2.1 PLC的選型

根據(jù)系統(tǒng)控制要求并從經(jīng)濟性和可靠性等方面考慮，選擇西門子S7-200系列PLC作為此機械手控制系統(tǒng)的控制主機。三自由度工業(yè)機械手PLC控制系統(tǒng)總共有15個數(shù)字量輸入，8個數(shù)字量輸出，供需23點I/O口，根據(jù)I/O點數(shù)，選用了CPU224作為主機。同時擴展一個I/O模塊，選用EM223輸入/輸出混合擴展模塊中的4點輸入/4出輸出模塊。由于需要測量每個手指的壓力值，需要將傳感器的值輸入到PLC中進行判斷，所以擴展兩個模擬量模塊，全部選用4路模擬量輸入/1路模擬量輸出的EM235模塊。EM223和EM235只需要將排線插到主機及擴展模塊的插槽上。

2.2 PLC的I/O資源配置

根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，對PLC進行I/O及其他資源的分配，具體分配如下。

表2-1 數(shù)字量輸入地址分配

表2-2 模擬量輸入地址分配

表2-3 數(shù)字量輸出地址分配

2.3 其他資源設置

要完成系統(tǒng)的功能除了PLC及其擴展模塊之外，還需要各種限位開關、光電開關、傳感器及編碼盤等儀器設備。

3 軟件系統(tǒng)設計

根據(jù)機械手動作和要實現(xiàn)的功能，多關節(jié)機械手控制系統(tǒng)流程圖如圖3-1所示。

控制系統(tǒng)的主程序，主要是對高速計數(shù)器和高速脈沖輸出進行初始化。對于高速計數(shù)器，選用高速計數(shù)器HSC0，工作方式為模式0，輸入口為I0.0。

對于高速脈沖輸出控制，設置為脈沖輸出方式，輸出口為Q0.0。脈沖的輸出設置為多段管線輸出，本例中采用3段輸出，完成設置的功能為：時間基準為μs級、不允許更新周期和脈沖數(shù)。

為了提高定位精度，手臂的左右旋轉(zhuǎn)由步進電機控制，因此需要采用高速計數(shù)器和高速脈沖輸出，比較輸出脈沖數(shù)和接收脈沖數(shù)，定位準確，如果兩者之間有偏差，則重傳脈沖，最后到達設定位置。

多關節(jié)機械手控制系統(tǒng)傳感器值1和傳感器值2處理子程序，是針對傳感器采集值傳遞給PLC處理子程序，由于機械手爪在每次加工過程中，需要移動兩個工件，對于不同的工件，爪的強度不同，為了防止過大的抓地力，造成對工件的損壞，設置兩種不同的壓力對比。

在多關節(jié)機械手的工作過程中，機械爪嚴格按一定的順序運行，可根據(jù)工藝流程方便地設計順序控制指令。當下一個操作開始執(zhí)行時，前一個操作中的所有組件都被重置為初始狀態(tài)，從而降低了誤操作的可能性。