液压挖掘工装轨迹控制与仿真技术研究综合课程设计立项报告.doc

综合课程设计 = 2 \* ROMAN II项目立项报告题 目：液压挖掘机工装轨迹控制及仿真技术研究院 （系） 机电工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 学 号 班 号 1008102 指导教师 吕广明 填报日期 2013.11.18 哈尔滨工业大学机电工程学院制2013年11月说 明一、立项报告应包括下列主要内容：1．研究的目的和意义；2．国内外研究现状并附主要参考文献；3．主要研究内容4．拟解决的关键问题与特色；5．拟采取的研究方案及可行性分析；6．进度安排及预期成果。二、立项报告由指导教师填写意见、签字后，统一交所在院（系）保存，以备检查。指导教师评语： 指导教师签字： 检查日期： 1．研究的目的和意义工程机械是机械工业的重要组成部分，液压挖掘机作为一种用途广泛工程机械，在基础设施建设、矿产开采、国防建设等各种施工领域起着不可替代的作用，挖掘、装载、平整、拆迁等等工作都可由液压挖掘机完成。它的性能好坏直接影响到整个工程的施工进度与质量。而且在国家倡导建设能源节约型社会的大背景下，研究液压挖掘机如何实现智能化、机器人化、省能化的重要意义就显现出来。然而其控制方式一直无重大的改进，主要由熟练工人操作控制。其动臂、斗杆和铲斗各有一个控制手柄，操作员需要同时控制三个手柄才能完成一次动作，有些液压挖掘机工作在工作条件相当恶劣的环境下，在这种情况下靠人工控制很难保证其施工精度。另外液压挖掘机的操作者要经过很长时间的培训和实践操作以后才能熟练的掌握液压挖掘机的操作技巧，操作液压挖掘机完成一些协调动作。越来越多的用户迫切的需求高效率、高精度、智能化、人性化的液压挖掘机。因此，针对液压挖掘机工作装置铲斗斗尖的运动控制进行全面研究很有必要。2. 国内外研究现状目前自动化挖掘技术可分为挖掘机的简单自动化、半自动化挖掘和全自动化挖掘3种形式。虽然在每个阶段中所要实现的功能不同，但是都需要对挖掘机铲斗的轨迹进行控制，可见挖掘机铲斗的控制是实现挖掘机自动化的关键工作之一。长期以来,国内外的许多学者对液压挖掘机工作装置的运动控制做了大量的的理论研究和试验探索。2.1 国内研究现状燕山大学研究人员借鉴机器人控制研究方面的经验，对液压挖掘机建立了动臂、斗杆、铲斗的拉格朗日动力学方程；在此基础之上对其分别添加了模糊PID控制算法和滑模变结构控制算法，并对液压挖掘机机械臂进行了三自由度的轨迹跟踪仿真分析，取得良好的仿真效果，从仿真分析的角度论证了上述两种控制算法的可行性，尤其是在采用滑模变结构控制算法时，通过添加低通滤波器不仅消除了高频抖动信号的干扰，还消除了初始误差的干扰。另外该校研究人员还针对挖掘机控制过程中存在的液压系统非线性强、多变量、工况难以估计等问题，提出了液压挖掘机的神经网络控制，同时采用了一种基于自然选择和基因遗传算法的随机有哪些信誉好的足球投注网站——遗传算法（GA算法）来弥补神经网络算法收敛速度慢的缺点，用GA+BP算法来进行模型识别与轨迹控制。但是这项研究只停留在仿真阶段，没有进行进一步的研究。2.2 国外研究现状国外在液压挖掘机工作装置轨迹的自动控制方面起步较早，处于领先地位。美国、澳大利亚、日本、韩国等国家都在这个领域投入了大量的人力、物力和财力，在全智能型挖掘机方面作了大量的研究并取得显着的成果。1993年英国Lancaster大学设计的通过交互、适时的人工智能控制系统，能够在工况不可预知的情况下完成挖掘任务。它的计算机控制系统具有两级分工：高级控制系统是含有人工智能挖掘规则的“行为管理器”，其输出是将挖掘机