挖掘機(jī)機(jī)器人化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā).pdf

1、挖掘機(jī)是用鏟斗挖掘高于或低于承機(jī)面的物料后裝入運(yùn)輸車輛或卸至堆料場(chǎng)的土方機(jī)械。主要包括回轉(zhuǎn)部分，行走部分和工作部分，而工作部分結(jié)構(gòu)與平面串聯(lián)關(guān)節(jié)型三自由度機(jī)械臂相似。由于挖掘機(jī)的工作性質(zhì)，作業(yè)過(guò)程中操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度較高，并且在很多工況下存在危險(xiǎn)，從而操作人員的人身安全難以保證。因此，許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者和專家在研制具有自主作業(yè)功能的智能挖掘機(jī)做了大量的研究工作。本課題從避免安全事故和使挖掘機(jī)進(jìn)入較危險(xiǎn)或人無(wú)法進(jìn)入的區(qū)域內(nèi)作業(yè)出發(fā)，以小松PC0

2、2-1型號(hào)小型挖掘機(jī)為基體，對(duì)其進(jìn)行了液壓系統(tǒng)改造，將原有的手動(dòng)控制系統(tǒng)替換成電液比例系統(tǒng)，再由用MATLAB中的xPC target工具箱搭建的宿主機(jī)/目標(biāo)機(jī)形式的控制平臺(tái)對(duì)其進(jìn)行控制，初步實(shí)現(xiàn)了人機(jī)分離。
　　在液壓系統(tǒng)比例化改造過(guò)程中，選用了基于流量控制的并帶有閥芯位置反饋的電液比例閥，通過(guò)對(duì)輸入比例電磁鐵的電流的控制來(lái)控制比例閥內(nèi)閥芯的位移，進(jìn)而控制比例閥的輸出流量，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械臂的速度控制。而位置控制則由傾角傳感器來(lái)完

3、成。裝置在機(jī)械臂上的傾角傳感器采集機(jī)械臂的角度信息并最終反饋到宿主機(jī)中，形成姿態(tài)閉環(huán)控制，同電液比例系統(tǒng)的速度環(huán)共同實(shí)現(xiàn)了雙閉環(huán)控制，大大提高了控制精度。
　　用來(lái)驅(qū)動(dòng)比例電磁鐵的電流信號(hào)由比例放大器給出，而輸入比例放大器的控制信號(hào)則來(lái)自于宿主機(jī)/目標(biāo)機(jī)控制平臺(tái)中的目標(biāo)機(jī)，它裝載著研華PCL-726數(shù)據(jù)采集卡，由PCL-726控制電壓（-9～9V模擬量輸出）。目標(biāo)機(jī)主要用來(lái)運(yùn)行xPC target系統(tǒng)內(nèi)核程序。其與宿主機(jī)之間可通過(guò)