挖掘機工作裝置智能控制系統(tǒng)實驗研究.pdf

1、液壓挖掘機廣泛應用在建筑工地、筑路現(xiàn)場、橋梁建設(shè)、農(nóng)田水利、機場港口和危險的搶險現(xiàn)場。通常挖掘機包括三種類型的行為動作:挖掘或搬運、裝載和傾倒。這樣的工作任務(wù)意味著高強度的人類勞動和昂貴的機械設(shè)備。在危險的工作環(huán)境下，不僅設(shè)備暴露在危險之中，人身安全也受到威脅。同時，隨著現(xiàn)代工程機械的發(fā)展，挖掘機產(chǎn)品所實現(xiàn)功能越來越多，操作越來越復雜，要求操作工在復雜的工作環(huán)境下要掌握熟練和最優(yōu)的操作手法。而挖掘機的自主智能系統(tǒng)提供了一種解決方案，并在

2、未來挖掘機控制發(fā)展中將具有重要的意義。本課題就是在這樣的背景下，依托遼寧省重點學科基金項目“挖掘機擬人操作系統(tǒng)”，基于Matlab/xPC和Simulink平臺搭建的半實物仿真平臺，研究和開發(fā)以PC02-1小型挖掘機為原型機的智能控制系統(tǒng)，具體的研究工作包括以下幾個方面:
　　(1)完善和改進了PC02-1小型挖掘機半實物仿真平臺。為了達到對挖掘機進行智能擬人控制的目的，在原有的小松挖掘機電液比例控制改造的基礎(chǔ)上，首先經(jīng)過多次的調(diào)

3、試設(shè)備，確定了壓力變送器和角度傳感器不能同時工作問題的所在，為半實物仿真平臺選配了大功率的直流穩(wěn)壓電源，過流保護斷路器;改變了壓力變送器和角度傳感器的接線方式和信號采集回路，使小松挖掘機在電控模式下可以進行4自由度的復合動作。為本文后續(xù)進行工作裝置的智能控制提供了硬件基礎(chǔ)。
　　(2)利用半實物仿真技術(shù)分析和構(gòu)建了小松挖掘機智能控制的半實物仿真平臺，并調(diào)試了小松挖掘機智能控制系統(tǒng)半實物仿真平臺。為智能控制系統(tǒng)的實驗創(chuàng)建了良好的實驗

4、條件。
　　(3)設(shè)計了基于行為控制的小松挖掘機智能控制系統(tǒng)。以Simulink/Stateflow為開發(fā)工具的閉環(huán)邏輯控制系統(tǒng)，采用基于行為控制的思想進行任務(wù)規(guī)劃，通過有限狀態(tài)機把挖掘任務(wù)分解為一系列子任務(wù)，編寫了以熟練操作工的經(jīng)驗和判斷思維為基礎(chǔ)的Truth table知識集，模擬了人類思維判斷邏輯。
　　(4)利用模糊推理（Fuzzy Inference System，F(xiàn)IS）的GUI編輯器設(shè)計了小松挖掘機模糊推理控制

5、器。實現(xiàn)了執(zhí)行器（液壓缸）的智能控制，初步形成了以擬人智能控制為目的的小松挖掘機智能控制系統(tǒng)。并通過仿真和試驗進行驗證。
　　(5)采用基于行為的控制策略，分別對挖掘機智能控制系統(tǒng)的4個子系統(tǒng)進行Simulink仿真，并對各個子系統(tǒng)分別進行了實驗驗證，通過不斷的優(yōu)化調(diào)整子系統(tǒng)參數(shù)，實現(xiàn)了動作目的。最后綜合這個智能控制系統(tǒng)進行綜合試驗，使小松挖掘機初步實現(xiàn)了智能控制挖掘，取得了很好的行為動作效果，并且具有很好的實時數(shù)據(jù)處理能力和魯棒