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1.3 课题研究的内容
本课题主要研究的是基于PLC的机械手控制系统的设计，包括硬件的设计和软件的设计。通过设计编制PLC程序实现对机械手模型的自动控制，完成既定动作。
下图所示为机械手将一个工件由一处传送到另一处。设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动作且运行方式分为单步，单周期，连续三种模式。机械手动作分解示意图如图2所示：
图2 机械手动作分解示意图
(1)手臂上升：使机械手相对于工作台向上移动，提高它的高度，以满足抓取工件的高度要求。
(2)手臂下降：使机械手相对于工作台向下移动，降低它的高度，以满足放置工件的高度要求。
(3)手爪抓紧：使机械手抓紧工件，以便完成工件抓起的要求。
(4)手爪放松：使机械手放松工件，以便完成工件放松的要求。
(5)手臂左旋：使机械手在不改变高度的情况下，相对于工作台向左旋转，以便完成工件移动的要求。
(6)手臂右旋：使机械手在不改变高度的情况下，相对于工作台向右旋转，以便返回原位，重复开始下一周期。
2. 机械手控制方式的选择
2.1 机械手构件概述
本论文设计的四自由度机械手由底座、一号电机齿轮、左右支梁、中心直齿轮、第一臂右板、夹持器活动节、夹持器固定节、四号电机、三号电机、二号电机、一号电机和转动底座组成。机械手整体结构如图3所示。其中1是底座，2是一号电机齿轮，3是中心直齿轮，4是右支梁，5是第一臂右板，6是夹持器活动节，7是夹持器固定节，8是四号电机，9是三号电机，10是二号电机，11是一号电机，12是转动底座。
物体在三文空间内的运动或静止位置是由围绕三轴旋转的角度和三个坐标来决定的，所以，手爪抓取物体的方向和位置能从这里得到。
本文所做的机械手，它只有4个自由度。即：手指的抓握、手臂左右旋转、手臂上下伸缩、手臂前后伸缩等。
2.1.1 夹紧机构
机械手中用来抓取工件的部件是手爪。手爪抓取工件时要满足精确、快速、牢固可靠的需求。所以在设计制造的夹紧机构时，首先要从机械手的运行速度、加速度和坐标形式等方面进行来考虑。其抓握的力度大小则需要根据所夹持物体的冲击力、重量和惯性等条件来计算。还需要同时考虑的有足够的手爪张开尺寸，以适应被抓物体的尺寸变化。为扩展机械手的应用领域，还需准备多种抓取机构，以根据需要来更换手爪类型，例如：磁吸式手爪，抱式手爪、抬式手爪、特殊场合还需要采用复合式手爪。为防止被夹的物品损坏，手爪的夹紧力要设置在一定的范围内并在手爪上镶有自动定心结构、软质垫片或弹性衬垫。为避免出现断电或突发状况而使被抓物品落下，还需要设置自锁结构。手爪本身则有体积小、结构简单、和工作可靠、动作灵活、重量轻等优点。
本文设计是采用机械式手爪装置。 机械式手爪是手爪中最基本的一种形式，应用广泛，种类多样。如模仿人手的动作和按手指运动的方式，可分为直进型、回转型；按夹持方式可分为外撑式、自锁式和内撑式等；按手指的数目又可分为四指式、三指式、二指式等三种形式；按动力来源可分为液压式气动式、弹簧式等三种形式。二指式手爪是本设计采用的抓握方式。它是由可编程控制器控制电磁阀来完成动作，从而控制手爪的开闭来抓取放下物品。手爪的回转则用一个直流电动机完成，同时通过两个限位开关完成回转角度的限位，回旋角度一般设置在180度方可满足要求[4]。
2.1.2 躯干
底盘和手臂两部分组成了机械手的躯干部分。