液压挖掘机铲斗的轨迹跟踪控制

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1、万方数据第35卷第5期2005年9月吉林大学学报(工学版)JoumalofJilinuniversity(En百neeringandTechnologyEdition)V01．35No．5Sept．2005文章编号：167l～5497(2005)05一0490—05液压挖掘机铲斗的轨迹跟踪控制张大庆，何清华，郝鹏，郭勇(中南大学机电工程学院，长沙410083)摘要：为了降低液压挖掘机进行精整作业时的手动操作难度，对某型液压挖掘机的工作装置进行了二自由度的动力学分析，建立了其动力学方程；通过测试试验，给出了控制阀死区补偿方法，PID参数设置方法和

2、数值；并在上述参数下进行了仿真实验。结果表明，当铲斗末端跟踪的设定水平直线长度为2500mm，铲斗水平跟踪速度为107mrn／s时，其精度可以控制在120mm之内，达到一般熟练工人的程度，证明了该控制方案是可行的。关键词：工程机械；液压挖掘机；动力学；轨迹跟踪；PID控制；试验研究中图分类号：TU62l；TP24文献标识码：ATrajectoryTrackingC佃trolofHydralllicExcaVatorBucketZHANGDa—qing，HEQing—hua，HAOPeng，GUOYong(cof妇它矿拖ckn如以口以E如ct庇Ⅱ

3、f踟鲥n船矗增，cemmZ舶眦九‰妇船渺，‰，舻地4l0083，吼im)Abstract：Toreducet11emanipulationcomplexityofthehydraulicexcavatorinfinishingwork，a2一degrees·of-f．reedomdyn锄icanalysisfortheworkingmechanismofahydraulicexeavatorwasped’o珊ed，anditsdynamicequationwasestablished．’Amethodforcompensatingthedead

4、bandoftlleeontrolvalVes，tllesetofthePIDcontrolparametellsandtheirselectionwereaceoIIlplishedbyexperiments．AsimulationoftIleexcavatorbucketcontrolschemewasdoneunderselectedp盯锄eters．ThesimulatedresultsshowtIlattllebucketⅡ口ckingen-orwascontrolledwithin120mmwhenthehorizontalline

5、artrackingdistanceoftllebucketendwassetat2500mmandthehorizontal协lckingspeedat107mrn／s，achieVingthepreci8ionofanaveragevetranoperator，sotllecontrolschemeisapplicable．Keywords：constructionmachinery；hydraulicexcavator；dyn锄ies；trajec☆Dr)rtracking；PIDcon咖l；experimentalresearchO引言

6、目前机电一体化、自动化已成为工程机械的发展方向之一。液压挖掘机做为功能最典型、结构最复杂、用途最广泛的工程机械之一，其自动化的研究(尤其是局部自动化)⋯已逐渐成为各国关注的焦点。这方面的研究多数集中在对挖掘机的工作装置进行控制上。目前国内外对于挖掘机工作装置控制的研究中，通常把其工作装置作为收稿日期：2005JD4—15．基金项目：“863”国家高技术研究发展计划项目(2003AA430200)．作者简介：张大庆(1977一)，男，博士研究生．研究方向：工程机械液压控制、机器人技术．E-mail：daqing—zh@163．COm通讯联系人：何

7、清华(1946一)，男，教授，博士生导师．研究方向：液压工程机械及凿岩机器人技术．E—mail：hqh@mai】．csu．edu．cn万方数据第5期张大庆，等：液压挖掘机铲斗的轨迹跟踪控制。491·多自由度的机器手来处理，控制工作装置的末端(即铲斗尖)来跟踪规划好的期望轨迹，期望轨迹被称为铲斗轨迹控制中的目标值，如：直线挖掘，自动装载等旧’7o。作者主要进行了二自由度的水平直线挖掘的试验研究(即铲斗和斗杆之间没有相互运动)，这种工作模式在挖掘机进行精整作业时经常用到，如把成堆的土摊平、对地面进行刨平作业等。如果要实现在正常速度下仍然保持较高的精

8、度，需要操作者协调地控制动臂液压缸和斗杆液压缸，一般只有熟练的操作者才能完成；而本文研究要达到的目的就是让一个普通的操作者只需按住一个自动按钮便可以实