单斗液压挖掘机反铲装置作业空间的分析与仿真

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1、学兔兔www.xuetutu.com单斗液压挖掘机反铲装置作业空间的分析与仿真木银光球，林述温(1．福州大学机械工程及自动化学院；2．福建工程学院机电及自动化工程系)_'●●‘·-_●●‘-_·●●·●-●●’．'··●’_'●·●’‘．．1_●‘’t．●●●‘‘．．●●●‘．．●●●’‘．．●●●。‘．．●●●‘。．●-_●‘．_●●●。●_'●‘●‘，●●_．●●。

2、_●●●。‘●’‘．．_l●‘‘．．-．●●．．●●摘要：在研究液压挖掘机反铲装置作业空间的基础上，对挖掘机的作业空间进行描述，应用矩阵理论和机器人运动学理论，建

3、立挖掘机反铲装置的运动学模型，并推导出反铲装置铲斗齿尖的参数方程。同时，提出采用蒙特卡洛法求解挖掘机反铲装置的作业空间。在MatLab中，编写基于蒙特卡洛法的作业空间仿真程序，模拟挖掘机的作业空间，仿真结果与采用虚拟样机技术在ADAMS中仿真结果基本一致，证明采用蒙特卡洛法分析、模拟挖掘机反铲装置作业空间的有效性和实用性。关键词：作业空间；反铲装置；蒙特卡洛法；液压挖掘机单斗反铲液压挖掘机是以一个铲斗进行挖掘边界，直观性强，但受自由度数的限制；数值法和作业的工程机械，它由工作装置、上部转台和行走仿真法通用性强，可以利用计算机高速的

4、运算能装置三大部分组成，其中工作装置的结构、大小、铰力和图形显示功能，方便快捷地得到机械手的工接位置决定了挖掘机作业空间的大小和范围。挖掘作空间，但是仿真法必须建立机械手的虚拟样机，机作业空间(最大挖掘高度、最大卸载高度、最大挖在设计的前期由于没有虚拟样机模型，所以无法掘半径、最大挖掘深度等)是挖掘机工作装置设计使用。随着计算机的广泛应用，对机械手工作空间时必须满足的尺寸参数，同时也是决定挖掘机实际的求解越来越倾向于数值法，然后再用仿真法来使用环境以及与其他工程机械配合使用的参数之验证。本文采用基于随机抽样的蒙特卡洛法求解一l1】

5、。比如挖掘机的最大卸载高度决定其能与多高挖掘机反铲装置的作业空间，然后采用仿真法加的自卸卡车配合使用。所以在挖掘机工作装置的设以验证。计、优化、控制及应用过程中，作业空间都是一个需1挖掘机反铲工作装置作业空间的描述要考虑的重要问题。然而描述作业空间的几何形状，并讨论其几何特性，对于多自由度挖掘机反铲挖掘机工作装置包括动臂、斗杆、铲斗及相应装置来说，是一个十分复杂的问题。的三组驱动液压缸，在不计工作装置回转自由度的液压挖掘机反铲装置包括动臂、斗杆、铲斗及情况下，它是一个三自由度的复杂平面机构。由于相应的三组驱动液压缸，其结构与具有臂

6、、关节和液压挖掘机的工作装置与机械手的相似性，因此，末端执行器的机械手十分相似，因此，可以利用确可以利用机器人运动学理论，按照Denavit—Harten—定机械手工作空间的方法来确定挖掘机工作装置berg方法建立工作装置的坐标系(图1)，以齐次坐的作业空间。目前，确定机械手工作空间的方法主标的形式来描述铲斗末端的位姿，从而建立起液压要有解析法、图解法、数值法和仿真法。解析法挖掘机工作装置的运动学模型。为了便于描述挖掘是通过多次包络来确定工作空间边界，但是涉及机工作装置的作业空间，按选取变量的不同可定义复杂的空间曲面相交和裁剪等计

7、算机图形学内三种空间：驱动空间、关节空间和位姿空间。容，而且直观性不强，十分繁琐，适用于自由度比驱动空间：由动臂液压缸长度。、斗杆液压缸较少的场合；图解法用于求解机械手的工作空间长度：和铲斗液压缸长度组成，则三维驱动空基金项目：国家自然科学基金资助项目(51175068)·---——54——-———学兔兔www.xuetutu.com理论，可以推导出由关节参数表示的铲斗相对于机座坐标系的运动方程，随着关节参数的确定，就能得到铲斗相对于机座坐标系的位姿矩阵和铲斗齿尖在机座坐标系中的具体坐标位置。z由于本文不研究挖掘机工作装置的具体挖

8、掘动作，而只关注挖掘机工作装置的作业空间，所以不需考虑铲斗位姿，而只关心铲斗齿尖的位置坐标，由此只需求得铲斗齿尖在世界坐标系XOY的位置坐标方程。由于工作装置建立的是D—H坐标图1反铲装置的D—H坐标系系，求铲斗斗齿尖在世界坐标系XOY的位置坐标方程可以分两步来完成：间用齐次坐标表示为L：L1r。第一步，求铲斗齿尖相对于动臂铰点C坐标系关节空间：动臂与回转平台之间的转角，斗杆与的位置坐标方程。铲斗齿尖相对于动臂铰点C坐标动臂之间的转角，以及铲斗与斗杆之间的转角，则系的齐次坐标矩阵71为：三维关节空间用齐次坐标表示为Oz031]。A

9、3(1)位姿空间：铲斗齿尖在笛卡儿坐标系中的位置式中：A为将i坐标系中的坐标变换成一1坐标系，y，和姿态角(铲斗齿尖与铲斗铰点的连线和中的坐标的齐次坐标变换矩阵，其具体形式为：水平面的夹角)可唯一确定执行构件的位姿状态。A=一般挖掘任务都是在笛卡儿