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《东北大学》 2011年
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挖掘机机器人化及实验研究

徐尚勇  
【摘要】:挖掘机是工程机械中主流的产品之一,被称为“工程机械之王”。它在工业和民用建筑、交通运输、水利水电和军事施工等工程中发挥着重要作用。但是挖掘机的作业环境恶劣,如噪音、粉尘等。作业过程中需要操作人员精神高度集中,以免走神发生事故。有时,挖掘机操作人员还要身临险境之中,如地震、泥石流等未知环境中去疏浚河道、清理公路等。这些环境对操作人员的生命构成了威胁。因此,将操作人员从中解救出来,是人们的夙愿和要求。本文的研究目的就在于此。 本文主要是对挖掘机器人的任务规划做了研究。挖掘机器人采用基于行为的控制,采用基于行为的控制便于将复杂的任务分解为简单的动作序列,而动作序列可以用挖掘机的基本动作表示出来。控制结构可以分为两层,上层为轨迹规划,下层采用模糊控制。轨迹规划通过有限状态机来实现。通过观察挖掘机操作人员的挖掘动作,用有限状态机表示出来,状态之间的迁移条件是传感器反馈回来的角度和油缸压力信号。底层采用模糊控制,模糊控制器会根据当前油缸压力的大小输出送给比例放大器的电压,从而控制比例阀阀芯的开度,以适应软硬不同物料的挖掘情况。 论文中设计了挖沙行为和遇到石头时挖掘动作的模型。遇到石块时,挖掘机选择向下挖的方式,通过动作调整试图将石头从底层抠出来,挖掘循环三次。 实验平台是基于MALAB/xPC Target的半实物仿真平台,实验样机是改造后的小松PC02-1迷你型挖掘机。通过实验对比了挖掘机在细沙和沙砾挖掘情况下模糊控制器的作用,以及挖掘机在遇到石块等障碍物情况下的处理情况。实验表明挖掘机能够按照规划的动作序列执行,并且在遇到石块时可以调整三次,试图从石块底面将其抠出。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TU621;TP242

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