裝載機(jī)自動(dòng)鏟裝作業(yè)軌跡控制器研發(fā).pdf

1、裝載機(jī)作為工程機(jī)械主流機(jī)種之一，應(yīng)用面極廣。而目前國內(nèi)裝載機(jī)的鏟掘作業(yè)是由操作者操縱動(dòng)臂手柄或鏟斗手柄來完成的，而在手動(dòng)控制的過程中，動(dòng)臂的卸載位置和鏟掘位置有很大的隨機(jī)性，需要操作者對(duì)鏟斗的位置姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整。由于裝載機(jī)的作業(yè)形式是它圍繞著作業(yè)對(duì)象在移動(dòng)，而作業(yè)對(duì)象復(fù)雜多變，因此，就使得裝載機(jī)的鏟掘作業(yè)的效率很大程度上取決于操作者的經(jīng)驗(yàn)、技能和意愿。也正是由于它的工作特點(diǎn)，操作人員需要反復(fù)地鏟掘、運(yùn)料，卸料及頻繁地車輛換向，這使操作人員

2、在工作中易疲勞，工作效率降低。為了減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高裝載機(jī)的作業(yè)效率，以及消除因操作者鏟掘作業(yè)的技術(shù)水平而造成的能源浪費(fèi)，本文圍繞裝載機(jī)自動(dòng)鏟裝作業(yè)軌跡控制問題，進(jìn)行了以下研究工作：
　　 1.根據(jù)裝載機(jī)的工作裝置機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)工作裝置進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，建立了裝載機(jī)工作裝置的簡化模型并采用(D-H)法建立桿件坐標(biāo)系，用矩陣變換法求出了鏟斗相對(duì)于車架的位置變換矩陣，實(shí)現(xiàn)了鏟掘軌跡由直角坐標(biāo)空間向關(guān)節(jié)空間轉(zhuǎn)換，通過求解裝載機(jī)工

3、作裝置的幾何關(guān)系，求得由關(guān)節(jié)空間向驅(qū)動(dòng)空間轉(zhuǎn)換；結(jié)合手動(dòng)鏟裝作業(yè)過程的試驗(yàn)軌跡分析，結(jié)合提高作業(yè)效率和節(jié)能降耗兩方面的要求進(jìn)行自動(dòng)鏟裝作業(yè)軌跡的理論分析和規(guī)劃；運(yùn)用Matlab工具進(jìn)行曲線擬合，得到動(dòng)臂油缸和轉(zhuǎn)斗油缸的驅(qū)動(dòng)方程。
　　 2.搭建以電比例減壓閥控制分配閥對(duì)裝載機(jī)工作裝置油缸進(jìn)行位置控制的液壓系統(tǒng)；根據(jù)動(dòng)臂和鏟斗油缸控制鏟斗軌跡的特點(diǎn)，明確動(dòng)臂和鏟斗油缸運(yùn)動(dòng)控制算法；為實(shí)現(xiàn)作業(yè)效率和鏟裝的滿斗率，制定了自動(dòng)鏟裝過程中

4、的智能減阻控制策略。
　　 3.由于裝載機(jī)工作條件惡劣的原因，采用高可靠性的英飛凌XC167為微處理器搭建了控制器的硬件平臺(tái)滿足工業(yè)方面的應(yīng)用；設(shè)計(jì)了微處理器控制系統(tǒng)的電源模塊電路、復(fù)位電路和看門狗監(jiān)視復(fù)位電路、CPU外部時(shí)鐘電路、外部EEPROM電路、輸入輸出IO電路、cAN通信模塊電路、PWM驅(qū)動(dòng)模塊電路、模擬信號(hào)采集處理模塊電路、車速頻率信號(hào)采集處理電路等主要電路，以及控制器的硬件抗干擾設(shè)計(jì)；動(dòng)臂和鏟斗油缸壓力傳感器、角度

5、傳感器的選型。并且采用Multisim電路仿真軟件對(duì)模擬信號(hào)采集處理模電路和車速頻率信號(hào)采集處理電路進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了電路設(shè)計(jì)能滿足設(shè)計(jì)性能要求。
　　 4.根據(jù)自動(dòng)鏟裝作業(yè)軌跡控制的控制策略和硬件設(shè)計(jì)方案，編寫了自動(dòng)鏟裝軌跡控制的主程序、系統(tǒng)初始化程序、插入物料和鏟取物料操作控制子程序、模糊PID控制程序、讀AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)程序和EEPROM讀寫數(shù)據(jù)程序等主要程序的流程圖；編寫主要的初始化源程序、讀取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的源程序；制定給