随着工业自动化的发展，机械手的出现大大减轻了工人的劳动强度，提高了劳动生产率，但传统的继电器控制的半自动化装置因设计复杂、接线繁杂、易受干扰，从而存在可靠性差、故障多、维修困难等问题，为解决以上问题，可以采用可编程控制器plc控制的机械手控制系统。

s7－200 plc （program logic controler）是德国西门子公司生产的小型可编程控制器，具有良好的可扩展性、价格低廉、指令功能强大、十分适合机械手控制系统中的应用。但一般工业机器人执行机械手机构多为形状简单的夹钳式、托持式、吸附式等结构，其结构和抓握目标物的原理决定了有限的抓握功能，随着机器人应用范围的日益扩大和向智能化，拟人化方向的发展，其手部也有多指多关节的拟人化要求，另外在工伤、事故中断手的残疾人也需要功能价格比高的多关节机械手，为此我们设计出一套新的基于s7－200 plc的多关节机械手控制系统，该系统动作简便、线路设计合理、具有较强的抗干扰能力，保证了系统运行的可靠性、降低了威胁率，提高了工作效率。

由于plc控制受环境的限制，在使用过程中会受到各种干扰，影响系统的可靠性，因此必须采取各种抗干扰措施，以提高控制系统的可靠性。

2. 机械设计

2.1 机械结构

多指多关节的机械结构是最理想的机器人手爪，其每个手指的各个关节都各有一台独立的电机驱动，并配有传感和控制系统，使手爪能完全模拟人手动作，当抓取的目标物各边形状与手爪中心不对称时，每个手指各关节的弯曲程度可以不同，手爪对被抓物体的形状具有适应性。先接触物体的手指其指关节产生较大的抗力而不能弯曲，而其他未接触到物体的手指将继续弯曲，直到每一个手指都接触物体，其结构如图1所示。

2.2 工作原理

直流电机1经谐波减速器2减速后带动丝杠3旋转，使螺母4在导向杆12中上下移动，螺母4带动五根连杆5使四个手指的第一指节7转动，手指安装在弹性支座（手掌）6上，弹性支座6上另有五根固定拨杆8插入各手指的第二指节10上端的凹槽中，使第二指节在第一指节旋转时能同时绕第一、第二指节间的关节轴转动，而第一指节7下端装有固定拨杆9插入第三指节11上端的凹槽中，使第三指节同时随第一、第二指节的转动而绕第二、第三指节间的关节轴转动，从而形成三个指节联动抓握或放开目标物体，其抓握原理如图2所示。

当抓取的目标物各边形状与手爪中心不对称时，每个手指各关节的弯曲程度可以不同，手爪对被抓物体的形状具有适应性，先接触物体的手指其指关节产生较大的抗力而不能弯曲，当螺母带动连杆5继续上移时，及手指的弹性支座6将向上翘起使手指不再弯曲，而其他未接触到物体的手指将继续弯曲，直到每一个手指都接触物体，如图2（b）所示，因而同一电机驱动的五个手指能像人手一样适应目标物体的形状进行可靠抓取。

3 plc控制系统设计

3.1 总体设计

plc控制系统设计时不能过分依靠plc本体，使用外部继电器能够完成控制要求的，应使用外部继电器，系统电机采用自耦降压启动，由于设计时取消外部时间继电器，采用启动信号直接输入plc，经plc内部计时器输出运行信号，启动时间难于精确确定，而且负荷变化将引起启动时间变化，从而当用户想要调整启动时间时就比较困难，需要具备plc编程知识及相关编程工具，而一般的用户或电工并不具备这样的条件，因此采用plc内部计时器作为启动时间控制就颇费周折，也不利于现场控制及日后维护。

ptc的自动控制程序的编写方法很多，根据多关节机械手的特点，要求每一个动作严格按顺序执行，因此采用步进指令编写，以保证机械手的运行有条不紊。

在顺序及连锁控制中，涉及平行并联关系的机号，考虑到操作上的便利，让plc能自动选择运行电机，方便电机在运行过程中能够有选择地运行，连锁关系为4级，见图2所示，前两极中有并列选择运行的电机（d1，d2，d3，d4）。

电机工作原理主要是控制电机的选择，其电气工作原理如图3所示，将开关s拨到集中控制时，k2吸合给plc一个信号，让plc识别该电机需要运行，而没有选择集中控制的电机则认为暂时不运行。