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日本的相關(guān)學(xué)者運(yùn)用機(jī)器人技術(shù)與計算機(jī)信息技術(shù)，改造現(xiàn)有的液壓挖掘機(jī)，使之滿足自主挖掘功能，并且通過相應(yīng)的角度、方向、激光、視覺等傳感器，使挖掘機(jī)能更好的實時監(jiān)測自身的位姿，向著預(yù)定的挖掘軌跡挖掘24；目前，日本的挖掘機(jī)研究人員已經(jīng)開始研究外部挖掘條件對控制系統(tǒng)的相關(guān)影響，進(jìn)一步設(shè)計開發(fā)適應(yīng)于各種挖掘土壤的挖掘機(jī)25；日本的Eugeniusz等人針對挖掘地面高度，研制了一套挖掘機(jī)控制系統(tǒng)，使挖掘機(jī)能夠針對不同高度的地面實現(xiàn)準(zhǔn)確的自動挖掘26。韓國的研究人員以一種新的控制算法一延遲算法為基礎(chǔ)，展開了相關(guān)的挖掘機(jī)直線挖掘軌跡控制實驗，取得了十分顯著的效果，不僅挖掘速度達(dá)到了熟練操縱人員方可達(dá)到的05m/s，而且，挖掘精度更是控制在了30mm以內(nèi)，這是人工操作所達(dá)不到的，實驗結(jié)果表明，這種控制算法很好的克制了液壓系統(tǒng)非線性強(qiáng)的缺點(diǎn)”；在此基礎(chǔ)之上，研究人員又在大型挖掘機(jī)上試驗了一種新的TDCSA控制算法，實驗軌跡誤差在+40mm以內(nèi)，效果很好28。
(2)液壓挖掘機(jī)工作裝置的控制仿真分析。采用PID控制算法，分別進(jìn)行挖掘機(jī)工作裝置的聯(lián)合仿真研究與理論仿真研究，聯(lián)合仿真研究是利用ADAMS軟件與MAl'LAB軟件之間的數(shù)據(jù)交換進(jìn)行的；理論仿真是通過求取挖掘機(jī)各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，尤其是工作裝置的傳遞函數(shù)，進(jìn)而進(jìn)行挖掘機(jī)動臂、斗桿系統(tǒng)的PID仿真；并對是否考慮工作裝置動力學(xué)特性兩種情況下的控制仿真結(jié)果進(jìn)行了對比。(3)實驗研究。進(jìn)行挖掘機(jī)工裝軌跡控制系統(tǒng)實驗臺的搭建以及相關(guān)實驗研究，針對三種載荷情況，即窒載、輕載、重載，進(jìn)行實際挖掘機(jī)電液比例閥性能實驗與PID控制實驗，檢測動臂、斗桿電液比例閥的工作特性，確定各電液比例閥的工作區(qū)間；同時進(jìn)行“PID控制”實驗，驗證PID控制算法的實用性，并得出不同載荷情況下的最優(yōu)軌跡曲線與控制參數(shù)。
222液壓挖掘機(jī)三維模型約束的添加將模型導(dǎo)入到ADAMS后，需要重新約定各構(gòu)件之間的約束關(guān)系，因為ADAMS只能提供各構(gòu)件的初始位置，并不能將裝配關(guān)系也導(dǎo)入進(jìn)來，所以首先在ADAMS中要進(jìn)行約束的添加，即要確定各構(gòu)件之間的運(yùn)動副類型，通常有基本約束和運(yùn)動副兩種形式，根據(jù)挖掘機(jī)各構(gòu)件之間的實際運(yùn)動情況，本文挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)所添加的運(yùn)動副類型有：旋轉(zhuǎn)副、滑動副、圓柱副、球面副和基本約束，挖掘機(jī)三維模型具體運(yùn)動副的分配情況如表21所示。利用ADAMS對建立好的液壓挖掘機(jī)的三維虛擬樣機(jī)進(jìn)行正確性測驗，結(jié)果如圖2所示。其中包括12個構(gòu)件、1個圓柱副、8個旋轉(zhuǎn)副、1個球面副、3個滑移副、3個點(diǎn)線副，無冗余約束，可見所建虛擬樣機(jī)模型正確。液壓挖掘機(jī)的作業(yè)動作一般分為到停機(jī)點(diǎn)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)、挖掘環(huán)節(jié)、抬臂回轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)、卸料環(huán)節(jié)和回轉(zhuǎn)降臂環(huán)節(jié)，在各個環(huán)節(jié)中由工作裝置各油缸驅(qū)動操作。
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當(dāng)前，對于多體動力學(xué)的研究方法主要有3種：NewtonEuler方法、KaneHuston方法和RobersonWittenburg方法。在機(jī)構(gòu)動力學(xué)方面，通常采用的是NewtonEuler方法、NewtonEuler方法，但在運(yùn)算過程中會出現(xiàn)求導(dǎo)麻煩、過程復(fù)雜等問題，另外，最終求解所得到的動力學(xué)方程也是一大難題。而基于Kane方程的Huston方法相較于其它兩種則是比較實用的，而且可以在計算機(jī)上實覡，它利用陣列的方式將系統(tǒng)的基坐標(biāo)與末端動坐標(biāo)聯(lián)系起來，進(jìn)行系統(tǒng)的拓?fù)渥儞Q，特別是當(dāng)系統(tǒng)的自由度較多時，其解決動力學(xué)問題的優(yōu)勢尤為明顯，故在本文中采用此種方法進(jìn)行挖掘機(jī)工作裝置動力學(xué)分析。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明和使用權(quán)限學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：此處所提交的學(xué)位論文《液壓挖掘機(jī)工作裝置動力學(xué)分析與控制系統(tǒng)研究》，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，在哈爾濱工業(yè)大學(xué)攻讀學(xué)位期間獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，且學(xué)位論文中除已標(biāo)注引用文獻(xiàn)的部分外不包含他人完成或己發(fā)表的研究成果。對本學(xué)位論文的研究工作做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均己在文中以明確方式注明。作者簽名：學(xué)位論文使用權(quán)限日期：Ql弓年6月2弓日學(xué)位論文是研究生在哈爾濱工業(yè)大學(xué)攻讀學(xué)位期間完成的成果，知識產(chǎn)權(quán)歸屬哈爾濱工業(yè)大學(xué)。學(xué)位論文的使用權(quán)限如下：(1)學(xué)�？梢圆捎糜坝�、縮印或其他復(fù)制手段保存研究生上交的學(xué)位論文，并向國家圖書館報送學(xué)位論文；(2)學(xué)校可以將學(xué)位論文部分或全部內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索和提供相應(yīng)閱覽服務(wù)；(3)研究生畢業(yè)后發(fā)表與此學(xué)位論文研究成果相關(guān)的學(xué)術(shù)論文和其他成果時，應(yīng)征得導(dǎo)師同意，且第一署名單位為哈爾濱工業(yè)大學(xué)。
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