电动式挖掘机动力学与轨迹规划理论的研究

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1、东北大学硕士学位论文电动式挖掘机动力学与轨迹规划理论的研究摘要挖掘机械是工程建设项目中不可缺少的施工设备，是国家重要基础建设项目的有力保证。一个国家生产和使用挖掘机械的能力，在一定程度上体现了一个国家工程建设能力和重工业的发展水平。因此，研究挖掘机工作过程的动力学特征，为挖掘机的设计生产及工作过程控制提供依据，具有重要的理论意义和实际应用价值。本文以WS-005挖掘机试验台为对象，研究了挖掘过程系统动力学特征和挖掘轨迹的规划等问题，并设计出挖掘过程自动控制系统硬件。本文在综合分析了挖掘机器人研究的历史和现状后，针对本实验室要建立挖掘机器人智能化实验平台需要解决的问

2、题，进行了系统深入地研究分析，主要完成以下工作：(1)根据机器人理论，结合实验室ws-005挖掘机的结构及运动过程分析，建立挖掘机器人模型。(2)根据机器人运动学理论，导出了铲斗齿尖轨迹的计算公式。结合工程机械作业特点，探讨了轨迹规划的方法，并给出了一次挖掘过程中的规划结果。(3)挖掘机器人的动力学分析以及计算机仿真。运用拉格朗日法求出挖掘机器人的动力学方程。并分析了在一次挖掘过程中所受的外力，进而给出了该过程中动力学计算结果。(4)挖掘机器入控制系统的设计。从监控系统得到的数据，经工控机编写的控制算法求出各种工况下的控制数据，然后由PLC控制系统以及模拟量输出系

3、统对机器人进行具体控制。本课题是国家985课题攻关项目的一部分——对挖掘机进行的改造，达到挖掘机的智能化、自动化。通过以上工作的研究，详细的分析了机械部分的动力学以及运动学，并对控制系统进行了设计。本论文达到了预期的目的，为系统的控制做好了充分的准备。关键词挖掘机；机器人模型；轨迹规划；动力学分析；计算机仿真Ⅱ东北大学硕士学位论文ABSTRACTInvefigafionofDynamicsandTrackDesignforEiectronicExcavatorAbstractExcavatorisanessentialconstructionequipmentin

4、theconstructionproject,andnisthepowerfulguaranteeofthenationalimportant撕ctureproject．Theabilitytoproductand1】seexcavatorisasymboloftheengineeringconstructionabilityofanationinacertaindegree，andc觚representthedevelopmentlevelofthenationalheavyindustry．Therefore,throughstudyingdynamicssp

5、ocialityofexcavatorinw们峪ngprocess，itsupplytheorybasicfordesigningproductionandcontrollinginworkingprocss，andthereareimportanttheoryvalueandpracticeappficationvalue．weapptytheWS一005excavatortestplatformtomakeresearchesontheproblemonthedynamicsspecialityinexcavat纽gprocessandtrackprogram

6、ming,anddesignasetofexcavation'sautomatismcontrolsystemhardware．AfteranalyzingthehistoryandpresentsituationofexcavatingrobotsystI删cally'andaimingatsolvingthemainproblemsoftheexcavatingrobottest-beddesignedbyourlaboratory,thestudyandanalysisthoroughlyhasbeendone．Thispaperinvolvesprimar

7、ilyfourparts：(1)Based011themethodtoestablishrobotmodel，combiningwiththeoperatingcharacteristicsofthelaboratoryWS-005excavator,Weestablishtheexcavationrobotmodel．(2)Accordingtotherobotmodelestablished,thekineticsformulacanbegotten．Combiningwiththeopt嬲岖Dgcharacteristics，themethodsofthet

8、rackp