本文關鍵詞：基于挖掘阻力的土壤等級辨識與最佳入土角的研究

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【摘要】：液壓挖掘機因其功能齊全、使用廣泛,在工程機械中占有重要的地位。面對現(xiàn)代農業(yè)的發(fā)展,挖掘機作為農業(yè)機械的一種,其現(xiàn)代化與智能化成為提高農業(yè)生產效率、減小勞動強度的重要途徑。因此,本課題以提高挖掘機作業(yè)效率為切入點,以實現(xiàn)挖掘機對土壤等級和最佳入土角的自動辨識為目的,通過對挖掘阻力、工作裝置進行分析建模,并以所得模型為理論依據(jù)對不同土壤進行試驗,最終對試驗結果進行評價。研究結合土力學、理論力學、運動學、動力學和編程控制等對土壤等級辨識和最佳入土角展開研究,具體工作主要涉及以下幾個方面：論述了國內外土壤挖掘、切削力學建模的研究現(xiàn)狀,指出了對土壤力學進行研究的必要性,并對建模中的重點和難點進行介紹。通過對土壤內部結構進行分析,得到土壤破壞力的決定因素；結合實際工程應用,根據(jù)土壤開挖難易程度(緊固系數(shù))對土壤進行等級劃分；運用土力學對土壤剪切受力情況進行詳細分析,得到土壤阻力模型；運用動力學、理論力學對鏟斗與土壤間互相作用力進行建模,得到鏟斗的挖掘阻力模型；結合土壤阻力模型與挖掘阻力模型,得到最終的土壤等級辨識模型。把挖掘機工作裝置與機器人學聯(lián)系起來,通過運動學對工作裝置進行運動學建模；運動學正解用于反饋當前斗尖位姿(位置和姿態(tài)),運動學逆解實現(xiàn)軌跡自動控制；對所有挖掘可行性策略進行分析整理,找出適合自動控制的挖掘策略,便于土壤等級辨識的自動化。最后通過試驗驗證理論模型,試驗結果表明,加入土壤等級辨識模型和自動挖掘策略的挖掘機,對土壤等級和最佳入土角度具有很好的自動辨識效果,其中土壤等級辨識準確率在95%以上,粘土最佳入土角為19.6°～24.73°,粗沙最佳入土角為21.26°～29.08°,石子最佳入土角為30.99°～37.63°。
【關鍵詞】：挖掘阻力 土壤力學 土壤等級 自動辨識 最佳入土角
【學位授予單位】：湖南農業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S222.55
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 課題背景及研究意義10-11
• 1.2 國內外土壤力學研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 國外土壤力學研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國內土壤力學研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 本課題研究內容和主要工作14-16
• 1.3.1 課題來源及研究目的14
• 1.3.2 主要研究內容14-15
• 1.3.3 研究技術路線15-16
• 1.4 本章小結16-17
• 第二章 挖掘策略及工作裝置運動學建模17-28
• 2.1 挖掘策略17-20
• 2.1.1 方案粗選17-18
• 2.1.2 方案細化18-20
• 2.2 工作裝置運動學建模20-27
• 2.2.1 工作裝置空間描述20-22
• 2.2.2 運動學正解22-25
• 2.2.3 運動學逆解25-27
• 2.3 本章小結27-28
• 第三章 挖掘力學建模與辨識方法28-56
• 3.1 土壤概況28-32
• 3.1.1 土壤基本物理指標28-30
• 3.1.2 土壤分類30-32
• 3.2 挖掘阻力建模32-39
• 3.2.1 靜態(tài)挖掘阻力34-35
• 3.2.2 動態(tài)挖掘阻力35-39
• 3.3 土力學建模39-47
• 3.3.1 基于試驗的土力學建模40-43
• 3.3.2 基于數(shù)理解析的土力學建模43-47
• 3.4 挖掘力學模型組建47-51
• 3.4.1 油缸主動作用力47-48
• 3.4.2 鏟斗自重48-49
• 3.4.3 鏟斗慣性力49-50
• 3.4.4 鏟斗O點支反力50-51
• 3.5 辨識方法51-55
• 3.5.1 土壤等級辨識51-53
• 3.5.2 最佳入土角辨識53-55
• 3.6 本章小結55-56
• 第四章 控制系統(tǒng)軟件設計56-64
• 4.1 控制系統(tǒng)上下位機任務分配56-57
• 4.2 上位機主要任務57-61
• 4.3 下位機主要任務61-63
• 4.4 本章小結63-64
• 第五章 土壤自動辨識試驗研究64-74
• 5.1 試驗目的與試驗內容64
• 5.2 試驗準備工作64-67
• 5.3 試驗結果與數(shù)據(jù)分析67-72
• 5.3.1 土壤等級辨識67-70
• 5.3.2 最佳入土角辨識70-72
• 5.4 本章小結72-74
• 第六章 總結與展望74-76
• 6.1 研究總結74-75
• 6.2 研究展望75-76
• 參考文獻76-81
• 附錄81-84
• 圖、表附錄84-86
• 符號表86-88
• 致謝88-89
• 作者簡介89

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本文編號：760764