挖掘機(jī)工作裝置智能控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、液壓挖掘機(jī)廣泛應(yīng)用在建筑工地、筑路現(xiàn)場(chǎng)、橋梁建設(shè)、農(nóng)田水利、機(jī)場(chǎng)港口和危險(xiǎn)的搶險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)。通常挖掘機(jī)包括三種類(lèi)型的行為動(dòng)作:挖掘或搬運(yùn)、裝載和傾倒。這樣的工作任務(wù)意味著高強(qiáng)度的人類(lèi)勞動(dòng)和昂貴的機(jī)械設(shè)備。在危險(xiǎn)的工作環(huán)境下，不僅設(shè)備暴露在危險(xiǎn)之中，人身安全也受到威脅。同時(shí)，隨著現(xiàn)代工程機(jī)械的發(fā)展，挖掘機(jī)產(chǎn)品所實(shí)現(xiàn)功能越來(lái)越多，操作越來(lái)越復(fù)雜，要求操作工在復(fù)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(jī)的自主智能系統(tǒng)提供了一種解決方案，并在

2、未來(lái)挖掘機(jī)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(diǎn)學(xué)科基金項(xiàng)目“挖掘機(jī)擬人操作系統(tǒng)”，基于Matlab/xPC和Simulink平臺(tái)搭建的半實(shí)物仿真平臺(tái)，研究和開(kāi)發(fā)以PC02-1小型挖掘機(jī)為原型機(jī)的智能控制系統(tǒng)，具體的研究工作包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)完善和改進(jìn)了PC02-1小型挖掘機(jī)半實(shí)物仿真平臺(tái)。為了達(dá)到對(duì)挖掘機(jī)進(jìn)行智能擬人控制的目的，在原有的小松挖掘機(jī)電液比例控制改造的基礎(chǔ)上，首先經(jīng)過(guò)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(shí)工作問(wèn)題的所在，為半實(shí)物仿真平臺(tái)選配了大功率的直流穩(wěn)壓電源，過(guò)流保護(hù)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(hào)采集回路，使小松挖掘機(jī)在電控模式下可以進(jìn)行4自由度的復(fù)合動(dòng)作。為本文后續(xù)進(jìn)行工作裝置的智能控制提供了硬件基礎(chǔ)。
　　(2)利用半實(shí)物仿真技術(shù)分析和構(gòu)建了小松挖掘機(jī)智能控制的半實(shí)物仿真平臺(tái)，并調(diào)試了小松挖掘機(jī)智能控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真平臺(tái)。為智能控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)建了良好的實(shí)驗(yàn)

4、條件。
　　(3)設(shè)計(jì)了基于行為控制的小松挖掘機(jī)智能控制系統(tǒng)。以Simulink/Stateflow為開(kāi)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(jìn)行任務(wù)規(guī)劃，通過(guò)有限狀態(tài)機(jī)把挖掘任務(wù)分解為一系列子任務(wù)，編寫(xiě)了以熟練操作工的經(jīng)驗(yàn)和判斷思維為基礎(chǔ)的Truth table知識(shí)集，模擬了人類(lèi)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(jì)了小松挖掘機(jī)模糊推理控制

5、器。實(shí)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(jī)智能控制系統(tǒng)。并通過(guò)仿真和試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
　　(5)采用基于行為的控制策略，分別對(duì)挖掘機(jī)智能控制系統(tǒng)的4個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行Simulink仿真，并對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通過(guò)不斷的優(yōu)化調(diào)整子系統(tǒng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)作目的。最后綜合這個(gè)智能控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合試驗(yàn)，使小松挖掘機(jī)初步實(shí)現(xiàn)了智能控制挖掘，取得了很好的行為動(dòng)作效果，并且具有很好的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力和魯棒