挖掘机器人控制系统研究

随着微电子技术、机器人技术、人工智能控制技术等向传统产业的逐步渗透，我国的工程机械行业面临着一个全新的机遇和挑战，挖掘机是其中的典型代表。为了加快产品更新换代的步伐，尽快缩小国内外产品之间的差距，国家863计划特别单列出工程机器人的研究专题。结合国家863高技术计划研究项目“挖掘机器人工作装置控制系统“，本文从挖掘机器人化的角度进行了一些有益的工作。本文从人机交互控制思想出发，阐述了对挖掘机机器人化的一种设计思想与实现途径。通过对挖掘机工作装置运动学和动力学的建模、分析以及对挖掘机工作过程的研究，提出了几种典型作业方式下，如坡面挖掘、平整土地、深坑挖掘等挖掘臂的轨迹生成和控制方法，并进行了仿真试验。为了加速研究成果向新产品开发的转化，我们以一台国产小型挖掘机WY1.3型为实验平台，在不改变其基本结构部件、发动机、液压油源和工作油缸的情况下，对其控制和操纵部分进行改造，构成挖掘机器人实验样机。样机产品具有多种工作模式，包括自动挖掘、半自动挖掘、手动作业、自动卸载等，同时可遥控操作。本论文中，还对工作装置系统的电液比例控制问题进行了理论分析。对于工作装置机构的非对称油缸，推导出当采用与之相匹配的非对称比例方向阀控制时的特性方程。分析了工作装置比例控制系统的稳定性，并且提出了系统校正和非线性补偿的方法。