裝載機自動鏟裝作業(yè)軌跡控制器研發(fā).pdf

1、裝載機作為工程機械主流機種之一，應用面極廣。而目前國內裝載機的鏟掘作業(yè)是由操作者操縱動臂手柄或鏟斗手柄來完成的，而在手動控制的過程中，動臂的卸載位置和鏟掘位置有很大的隨機性，需要操作者對鏟斗的位置姿態(tài)進行調整。由于裝載機的作業(yè)形式是它圍繞著作業(yè)對象在移動，而作業(yè)對象復雜多變，因此，就使得裝載機的鏟掘作業(yè)的效率很大程度上取決于操作者的經驗、技能和意愿。也正是由于它的工作特點，操作人員需要反復地鏟掘、運料，卸料及頻繁地車輛換向，這使操作人員

2、在工作中易疲勞，工作效率降低。為了減輕操作者的勞動強度，提高裝載機的作業(yè)效率，以及消除因操作者鏟掘作業(yè)的技術水平而造成的能源浪費，本文圍繞裝載機自動鏟裝作業(yè)軌跡控制問題，進行了以下研究工作：
　　 1.根據裝載機的工作裝置機構特點，對工作裝置進行了運動學分析，建立了裝載機工作裝置的簡化模型并采用(D-H)法建立桿件坐標系，用矩陣變換法求出了鏟斗相對于車架的位置變換矩陣，實現了鏟掘軌跡由直角坐標空間向關節(jié)空間轉換，通過求解裝載機工

3、作裝置的幾何關系，求得由關節(jié)空間向驅動空間轉換；結合手動鏟裝作業(yè)過程的試驗軌跡分析，結合提高作業(yè)效率和節(jié)能降耗兩方面的要求進行自動鏟裝作業(yè)軌跡的理論分析和規(guī)劃；運用Matlab工具進行曲線擬合，得到動臂油缸和轉斗油缸的驅動方程。
　　 2.搭建以電比例減壓閥控制分配閥對裝載機工作裝置油缸進行位置控制的液壓系統(tǒng)；根據動臂和鏟斗油缸控制鏟斗軌跡的特點，明確動臂和鏟斗油缸運動控制算法；為實現作業(yè)效率和鏟裝的滿斗率，制定了自動鏟裝過程中

4、的智能減阻控制策略。
　　 3.由于裝載機工作條件惡劣的原因，采用高可靠性的英飛凌XC167為微處理器搭建了控制器的硬件平臺滿足工業(yè)方面的應用；設計了微處理器控制系統(tǒng)的電源模塊電路、復位電路和看門狗監(jiān)視復位電路、CPU外部時鐘電路、外部EEPROM電路、輸入輸出IO電路、cAN通信模塊電路、PWM驅動模塊電路、模擬信號采集處理模塊電路、車速頻率信號采集處理電路等主要電路，以及控制器的硬件抗干擾設計；動臂和鏟斗油缸壓力傳感器、角度

5、傳感器的選型。并且采用Multisim電路仿真軟件對模擬信號采集處理模電路和車速頻率信號采集處理電路進行了仿真，驗證了電路設計能滿足設計性能要求。
　　 4.根據自動鏟裝作業(yè)軌跡控制的控制策略和硬件設計方案，編寫了自動鏟裝軌跡控制的主程序、系統(tǒng)初始化程序、插入物料和鏟取物料操作控制子程序、模糊PID控制程序、讀AD轉換數據程序和EEPROM讀寫數據程序等主要程序的流程圖；編寫主要的初始化源程序、讀取A/D轉換數據的源程序；制定給