挖掘机是目前工程建设中使用的一个主要机种,在矿山开采,建筑工程及城市建设等领域发挥着十分重要的作用。随着机电一体化技术、电液控制技术,以及人工智能技术的不断进步,挖掘机的自动化、智能化、机器人化已经成为发展趋势。对挖掘机工作装置铲斗末端的轨迹规划及其电液驱动系统进行研究是实现挖掘机机器人化,完成自主作业的基础。本文完成的主要工作如下:1.利用改进型D-H参数法建立挖掘机器人工作装置的运动学方程,采用变换矩阵法和几何法分别进行了正运动学和逆运动学分析。在Matlab中采用蒙特卡洛法绘制出挖掘机器人铲斗末端的工作空间包络图。实现关节空间到驱动空间的转换,利用雅可比矩阵实现铲斗末端操作速度到关节速度的转换。利用Matlab中机器人工具箱建立挖掘机器人工作装置的连杆机构模型,并对其进行正逆运动学仿真验证。2.采用三次样条曲线和五段五次多项式两种方法进行轨迹规划,综合分析比较两种规划方法获得的挖掘机器人工作装置各个关节的角位移、角速度和角加速度曲线,并对比分析两种方法的优缺点。3.基于Solidworks建立挖掘机器人工作装置的三维模型,通过ADAMS建立挖掘机器人工作装置的虚拟样机模型并进行运动学及动力学仿真。通过绘制铲斗末端的单周期作业的轨迹曲线,对铲斗末端施加外载荷,通过ADAMS后处理分析了工作装置各铰接点的受力,得到各个液压缸的受力曲线。4.通过对电液比例方向阀控制液压缸工作原理的分析,分别建立电液比例方向阀控动臂、斗杆、铲斗液压缸的传递函数。以规划好的轨迹为目标,按照各个液压缸在不同阶段的输出位移特征,利用Simulink对动臂、斗杆和铲斗液压缸运动进行仿真研究,分析常规PID控制策略对各个液压缸在不同运动阶段的控制效果。利用AMEsim建立挖掘机器人工作装置电液驱动系统的物理模型,通过仿真,分析外负载力对液压缸输出位移的影响。为今后挖掘机器人工作装置电液驱动系统的设计,及其运动控制策略的研究奠定了基础。