【摘要】：挖掘機是功能最典型、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、用途最廣泛的工程機械之一,在現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮著非常重要的作用。隨著挖掘現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜性的提高及挖掘作業(yè)要求多樣化的增加,挖掘機的自動化和智能化逐漸成為國內(nèi)外的研究熱點,其中,仿形挖掘機技術(shù)是實現(xiàn)挖掘過程自動化的關(guān)鍵技術(shù),對挖掘機自動化和智能化的實現(xiàn)起著決定性作用。本文以提高挖掘機的自動化和智能化為目的,以挖掘機的工作裝置為主要研究對象,對挖掘機工作裝置的運動學(xué)和動力學(xué)進(jìn)行建模。利用先進(jìn)的PIDCMAC(10)控制算法,并通過研究工作裝置的路徑規(guī)劃策略,完成了挖掘機的軌跡控制和規(guī)劃,提高了挖掘機的自動化和智能化。本文運用D-H坐標(biāo)系法建立了工作裝置的運動學(xué)和帶挖掘阻力的動力學(xué)模型,給出了求解軌跡坐標(biāo)所對應(yīng)的液壓缸長度的運動學(xué)計算方法,并進(jìn)行了相關(guān)仿真;對液壓挖掘機工作裝置中的動臂、斗桿和鏟斗控制子系統(tǒng)進(jìn)行了建模和仿真,分析了傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)的時域和頻域特性,針對傳統(tǒng)系統(tǒng)存在的缺點,運用小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PIDCMAC(10)的控制方法可以很好地解決自動軌跡控制的問題;研究分析了挖掘機工作任務(wù)的分解和軌跡規(guī)劃,并建立了關(guān)于路徑的有約束的非線性規(guī)劃方程,通過優(yōu)化方程可以使挖掘機工作裝置的各個關(guān)節(jié)運動更加地平穩(wěn);建立了智能挖掘機工作裝置的三維實體模型,通過MATLAB與ADAMS的聯(lián)合仿真,在路徑規(guī)劃的基礎(chǔ)上對所設(shè)計的控制算法進(jìn)行仿真分析,對于運動軌跡控制中的直線和斜坡的挖掘軌跡,均能達(dá)到良好的控制效果。結(jié)果顯示采用PIDCMAC(10)控制法的齒尖誤差在仿真過程中被控制在10mm以內(nèi),經(jīng)改進(jìn)后的系統(tǒng)各項性能有顯著地提高,具有很好的魯棒性,響應(yīng)較快,而且跟蹤性能也比較理想,可以在較短的時間內(nèi)達(dá)到預(yù)設(shè)控制量,能夠滿足實際工況要求。
【圖文】：

再細(xì)分為若干挖掘行為，最后挖掘行為分解為一系列的簡單動作序列。根據(jù)挖掘機操作員的現(xiàn)場作業(yè)經(jīng)驗，編寫基本挖掘動作程序并編譯在指定環(huán)境下不同動作及動作順序的仲裁法則，最后通過模糊控制系統(tǒng)控制工作裝置執(zhí)行動作序列完成作業(yè)目標(biāo)[15]。美國肯耐基梅隆大學(xué)學(xué)者將一次完整的挖掘任務(wù)分為四個階段：先是切土挖掘、接著是滿斗提升、再使工作裝置回轉(zhuǎn)卸土和最后空斗返回到下一挖掘點。為挖掘機器人提出了具有高效作業(yè)的移動方案，他們分析并指出基于任務(wù)挖掘的軌跡規(guī)劃策略是保證挖掘機高效地完成目標(biāo)挖掘任務(wù)的最佳方法。如果采用基于時間規(guī)劃的方法，會受到土質(zhì)和石塊等干擾因素的影響，智能挖掘機就不能按著計劃的時間完成預(yù)期的動作序列。該大學(xué)成功地研制出了自動裝載系統(tǒng) ALS(Autonomous Loading System)，在挖掘機連接機構(gòu)的兩側(cè)裝上兩個激光掃描測距儀，可以檢測挖掘的地面、卡車和工作區(qū)域的障礙物。挖掘機的控制系統(tǒng)接受測距儀傳來的數(shù)據(jù)后根據(jù)作業(yè)目標(biāo)決定“如何挖”、“挖哪里”等如圖 1.1 和圖 1.2 為試驗樣機工作示意圖[10]。

再細(xì)分為若干挖掘行為，最后挖掘行為分解為一系列的簡單動作序列。根據(jù)挖掘機操作員的現(xiàn)場作業(yè)經(jīng)驗，編寫基本挖掘動作程序并編譯在指定環(huán)境下不同動作及動作順序的仲裁法則，最后通過模糊控制系統(tǒng)控制工作裝置執(zhí)行動作序列完成作業(yè)目標(biāo)[15]。美國肯耐基梅隆大學(xué)學(xué)者將一次完整的挖掘任務(wù)分為四個階段：先是切土挖掘、接著是滿斗提升、再使工作裝置回轉(zhuǎn)卸土和最后空斗返回到下一挖掘點。為挖掘機器人提出了具有高效作業(yè)的移動方案，他們分析并指出基于任務(wù)挖掘的軌跡規(guī)劃策略是保證挖掘機高效地完成目標(biāo)挖掘任務(wù)的最佳方法。如果采用基于時間規(guī)劃的方法，會受到土質(zhì)和石塊等干擾因素的影響，智能挖掘機就不能按著計劃的時間完成預(yù)期的動作序列。該大學(xué)成功地研制出了自動裝載系統(tǒng) ALS(Autonomous Loading System)，，在挖掘機連接機構(gòu)的兩側(cè)裝上兩個激光掃描測距儀，可以檢測挖掘的地面、卡車和工作區(qū)域的障礙物。挖掘機的控制系統(tǒng)接受測距儀傳來的數(shù)據(jù)后根據(jù)作業(yè)目標(biāo)決定“如何挖”、“挖哪里”等如圖 1.1 和圖 1.2 為試驗樣機工作示意圖[10]。
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TU621

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2529560