挖掘機機器人化實驗系統(tǒng)的研究與開發(fā).pdf

1、挖掘機是用鏟斗挖掘高于或低于承機面的物料后裝入運輸車輛或卸至堆料場的土方機械。主要包括回轉(zhuǎn)部分，行走部分和工作部分，而工作部分結(jié)構(gòu)與平面串聯(lián)關(guān)節(jié)型三自由度機械臂相似。由于挖掘機的工作性質(zhì)，作業(yè)過程中操作人員勞動強度較高，并且在很多工況下存在危險，從而操作人員的人身安全難以保證。因此，許多國內(nèi)外學(xué)者和專家在研制具有自主作業(yè)功能的智能挖掘機做了大量的研究工作。本課題從避免安全事故和使挖掘機進入較危險或人無法進入的區(qū)域內(nèi)作業(yè)出發(fā)，以小松PC0

2、2-1型號小型挖掘機為基體，對其進行了液壓系統(tǒng)改造，將原有的手動控制系統(tǒng)替換成電液比例系統(tǒng)，再由用MATLAB中的xPC target工具箱搭建的宿主機/目標機形式的控制平臺對其進行控制，初步實現(xiàn)了人機分離。
　　在液壓系統(tǒng)比例化改造過程中，選用了基于流量控制的并帶有閥芯位置反饋的電液比例閥，通過對輸入比例電磁鐵的電流的控制來控制比例閥內(nèi)閥芯的位移，進而控制比例閥的輸出流量，最終實現(xiàn)對機械臂的速度控制。而位置控制則由傾角傳感器來完

3、成。裝置在機械臂上的傾角傳感器采集機械臂的角度信息并最終反饋到宿主機中，形成姿態(tài)閉環(huán)控制，同電液比例系統(tǒng)的速度環(huán)共同實現(xiàn)了雙閉環(huán)控制，大大提高了控制精度。
　　用來驅(qū)動比例電磁鐵的電流信號由比例放大器給出，而輸入比例放大器的控制信號則來自于宿主機/目標機控制平臺中的目標機，它裝載著研華PCL-726數(shù)據(jù)采集卡，由PCL-726控制電壓（-9～9V模擬量輸出）。目標機主要用來運行xPC target系統(tǒng)內(nèi)核程序。其與宿主機之間可通過