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一种挖掘机的装载独立控制,一种,挖掘机,装载,独立,控制,节制,中英文,word
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液压挖掘机负载独立控制 ， 械化建设与岩石开采研究所， ， 02兰华沙接受 2002 年8 月 23 日 摘要 本研究的主要重点是通过施加负载独立液压阀来调查挖掘过程的控制。这种方法允许避免使用安装在挖掘机附件上的传感器和换能器的闭环控制系统。那么，没有传感器电池安装在机器附件上。考虑的系统由两个子系统组成：微型计算机和液压单元（泵和负载独立阀）。在微电脑单元中， 铲斗速度矢量与通过应用逆运动学的油流进入三个气缸有关。然后，流动被传送到启动负载的阀门的电信号中。他们的运动是通过应用传递函数给出的。通过假定油流进入气缸的突然变化来验证系统的性能。本文的最后一部分专门用于获得的实验结果。第一个结果涉及垂直钻探。第二个结果涉及沿着水平轨迹的挖掘。 D 2002 留所有权利。 关键词：挖掘机 ;液压系统 ;控制 ;轨迹执行 由于近期研究取得了令人鼓舞的成果，在开发过程中加强了大量人力资源的可能性也在增加。这可能主要通过控制重复的 工作任务，如挖沟和钻孔，在执行每个任务期间需要机器操作员的不断关注。在研究中特别注意沿着不同土壤环境的规定轨迹的挖掘。 1， 2和 3讨论了处理受控挖掘过程的基础知识。 人提出了一种通过直接角度感测方法进行打桩过程的有趣的方法。 8。 4,6提出了一种应用挖掘机铲斗的运动学诱导运动的系统。在这种方法中， 5讨论了应用灵敏度 分析的液压油流动小变化对气缸的影响。 et 7提出了一种机器人挖掘机的阻抗控制研究。 他们应用两个神经网络：第一，作为前馈控制器，第二个作为反馈目标阻抗。 人提出了另一种应用混合位置 /力控制的阻抗系统。 9。 第一代机器人被认为是“开环”定位装置。这意味着所有零件必须以非常高和昂贵的精度制造。接下来，具有传感器的定位机器人考虑降低了精度要求。以上提及的几种方法，将工业机器人的能力扩展到机器人挖掘机。力电池系统，纵向和角度传感器已被应用。但是，应注意制造机器人和机器人挖掘机的要 求之间的两个主要区别。第一个区别是制造机器人工作在几乎完美的条件，没有振动，防止冲击，湿度和其他可能的损坏条件。第二个区别是制造机器人的高精度要求，通常在微米以内。相反，机器人排除装置在非常困难的施工现场条件下工作，与工业机器人相比，所要求的执行轨迹的准确性是有限的，例如在厘米内。由于挖掘作业困难重重，所以连接在起重臂，手臂和铲斗上的所有传感器都必须得到很好的保护。 考虑到上述差异，有兴趣的是通过由泵和负载无关的阀组成的液压模块来研究控制挖掘轨迹的可能性。换句话说，为了研究一种没有安装在挖掘机附件上的传感器 单元的系统，与包括在机器的液压单元中的反馈控制器相结合。本文的主要目的是扩展作者 10发起的关于仅安装在操作员舱内的负载无关阀的可能性的讨论。在这种假设下，系统没有位于挖掘机附件上的传感器。在讨论了系统的数学模型之后，本文结尾提出了前期实验结果。 本文涉及挖掘机铲斗沿规定路径的受控稳定运动。这个问题是基于以前 作者对假定轨迹的准静态，运动学上的挖掘过程的理论研究 4。在这项研究中，做出了以下假设：挖掘机附件是一种平面机构，由吊杆，手臂和铲斗组成。三个独立驱动的液压缸操作系统。他们正在确保平面 铲斗运动三度的独特表现，两个位移和一个旋转。 。在实验中，挖掘过程被假设为足够慢以将其视为准静态的。可以忽略附件运动方程式中的惯性项。假设只有伺服机构的假脱机加速度移动，这是不容忽视的。 。假设力（压力）扰动具有正弦形式。正弦曲线的可接受参数由系统的稳定性条件定义。 。土壤被认为是均质的。石头形式的一些小夹杂物是可以接受的。 。提出的挖掘控制系统是操作员辅助的。这意味着在更大障碍的情况下，操作者必须进行干预。 。如果成功，提出的控制设置可以适用于标准挖掘机，目的是在诸如挖沟和钻井等重复过程中加强大量人力的努 力。 。该实验被认为是由三个子系统组成的系统，即：具有 微机 ;液压装置（泵，阀，气缸） ;并具有铲斗三自由度的机构。接下来，子系统被认为是组件集合。在第一个子系统中，识别出以下组件：具有适当软件的个人计算机，转换引入的方程和运动和轨迹刨床的不平等变成电信号。后者发送到 元，这又导致电磁阀的电致动。来自电磁阀的压力导致阀芯位置的变化，确保液压油假定流入气缸。阀芯位置又通过换能器传递到发送到电磁阀的电反馈信号。打开的阀芯使液压油流入第三子系统，即挖掘机构的气缸。最后，最后一个子系统由三个部分组成：液压 缸，起重臂，手臂和铲斗。 所讨论的系统分为三个子系统，即：微型计算机，液压阀和具有铲斗的挖掘机臂。 下面分别讨论它们，然后定义联合控制问题。 电脑作为子系统 我们从定义一个模型的末端执行器（铲斗，钻，锤）运动开始。 末端执行器在其平面运动中具有三个自由度 j = 1,2,3）（图 1）。 它们是起重臂，手臂和效应器的旋转。 其中 别表示 在进一步的考虑中，由于只有一点的位置是相关的，所以子索引 p 被省略。 点 P， v = 速度通过取等式（ 1）的时间导数并通过减少 34获得 T = T 矩阵到 3阵： 取 A 矩阵的倒数等于： 们发现逆运动学，将机构元素的角速度与尖端位移矢量相关联 角速度 依赖于液压缸的伸长速度 h i。 这种依赖必须通过气缸长度，连续参数和 间的几何关系来确定。 我们从第一个圆柱开始。 从图 2 我们找到两个气缸铰链 坐标。 图 1 小型挖掘机被考虑 改造后我们获得 采用等式的时间导数 （ 6）我们发现 ： 对第二个重复相同的考虑气缸长度（图 3） 图 3 第一个气缸的长度 图 4 长度 和 再次采用等式的时间导数（ 8）和（ 9），我们得到 表示第三气缸的长度 表达式更复杂，需要辅助变量 4）的介绍。有一个新的变量，需要引入一个额外的关系。在这种情况下，通过 间的距离恒定并等于 条件，该关系连接变量 过漫长的转型，这些关系采取以下形式： 图 3 第二个气缸的长度 用等式的时间导数（ 11）并且回顾 a j = 度 3 可以表示为： 所提到的 式的条件是等式（ 12）允许找到 从其他方程中消除它。现在采取等式的时间导数（ 12），我们可以用 表达 液压油流向第 j 个气缸，由 示，等于 中 气缸的横截面面积。使用上述符号，我们可以写出末端执行器的假定速度矢量和流向量 q 之间的最终关系 其中 S 是具有分量 j = 1,2,3）的对角矩阵。流（方程（ 16）是一个计算流量，在我们的模型中需要根据其假定的运动来移动末端执行器。在实际系统中，这种油量必须通过阀门提供给真实的气缸。后者必须由电信号向量 u 启 动。该信号和油流之间的 关系由阀门特性给出，其一般具有图 1 所示的形式。 正值与圆筒的伸长有关。消极的与缩短相关。 可以假设由图形表示的曲线 曲线由以下函数表示： 对阀的最大开口施加约束。系数 以通过将特征曲线的三个点处的函数（ 17）拟合来确定。为了根据 到电信号 们必须取等式的倒数。 （ 17）。一般来说，这只能通过数值解法来实现。 压阀门子系统（ 以微机计算，参考电信号现在转换为实际电信号，启动阀门。在这里讨论的问题中， 这是负载无关比例阀 2。所讨论的子系统如图 1 所示。下面讨论其所有部分及其传递函数。 图 为 函数。 图 6. 液压阀子系统 参考信号 间的差异以及来自反馈信号的信号正在启动控制器。 控制器又将泵压力节到阀芯足够位置所需的压力 该调节由四个电磁阀完成。 用大写字母表示拉普拉斯变换，我们发现： of a , 023 002of is to of by on no on is of a a a In is to of is by of is by an of is to an a 002 to of in as of of in is to to 1,2, 3. An to by a is 8. 4,6 In of is 5. et 7 a as a as a a is 9of to be a 2/$ - 2002 2)00088E. (2003) 245254to to of be in of is of On in of of to be in it to of by a of a to a of at a in of of is to by 10, on of of is on of at of a an a is on 4 of is a of a an a a of a in in be of is to be of of is in of of It in a of a to If to of of a of in as is as a of a of as of In is to a in of in of in is a to an to to of is of of in et (2003) 245254246is of to of of in of is of is to of to In a is 6 10to of 0 of is in a a is as a a of in aj(j=1,2,3) (1). of of by of by of is by 1In p as of is of , v=x1,x2,x3by q.(1), by to a 3x v Aa 23 we of 5in on hto be of 2 we of . et (2003) 245254 247we 6202q. (6) we 0111273) we 0221. et (2003) 2452542489(8) 9), at0212210An is of an 4). is a to an In a3,33is 11120222022024. 2. 3. et (2003) 245254 249q. (11) aj=h3be 03242q. (12)to it q. (12), of 0140524(7), (10), (13), 4) in a we h H 150;111212 212232 0he of by is to hof we of S 1 16 is j(j=1, 2, 3). (16) is a in is to to In a of to be to be by an u. qj=qj(is in 5. of to of to qj(to be by 0 0 0 17d on be by 17) at of In to of we to q. (17)be he in is In is a 2 6. of 5. q as a of et (2003) 245254250ud,a is in is a of by by we 18(s) of d; a is by a 19it is 20on is by an of a m, c, on is s:md cd 21as 22(18)(21), we of of 23or we 24a in of a we of by to a an in (24) 25), we e(t) as a of 26cm;1 C0 xn;f 1 6. et (2003) 245254
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