挖掘机是用途最为广泛的工程机械之一,在矿山采掘、工程建设、交通运输等各领域发挥着重要作用。随着挖掘机现场工作环境和作业难度的加大,使得智能化、自动化的挖掘设备快速发展。结合国内外挖掘机器人的研究状况,运用机器人规划、自动控制和传感器技术,进行挖掘机工作装置运动轨迹的研究,这是实现从传统的挖掘机人工操作到自主化作业的关键。本文对挖掘机器人工作装置的研究主要有以下几方面内容:1.工作装置的系统建模分析。首先介绍了挖掘机的结构组成及常见作业工况;然后对传统的液压挖掘系统进行分析并改造,采用由上位控制器发送电信号来控制比例阀电磁铁取代人为对手柄的控制,与安装在各液压缸上的位移传感器形成闭环位置控制;最后,使用建模参数绘制挖掘机器人工作空间包络图对目标空间进行任务规划分析。2.通过对挖掘机器人的液压系统回路分析,建立工作装置液压系统模型,分析了压力与流量对系统运动性能的影响。利用坐标变换和几何解法进行运动学分析,实现位姿空间到液压缸驱动空间的转换。采用雅克比矩阵及其对时间的导数矩阵,实现铲斗末端操作速度与关节速度的线性变换。3.针对常见的定点挖掘作业,考虑到挖掘机器人作业过程中运动的快速性和平稳性要求,给出了轨迹规划的求解方法,采用三次样条曲线拟合建立工作装置综合最优轨迹的数学模型,通过边界约束,利用Matlab中的遗传算法模块进行模型解的优化。4.在ADAMS中建立挖掘机器人工作装置虚拟样机模型,使用轨迹规划得到的关节转角及液压缸驱动数据进行运动学和动力学仿真分析,获得模拟工况下的挖掘机器人铲斗齿尖的最优运动轨迹及各铰接点的受力情况,与期望轨迹比较,满足作业任务需求。通过以上研究表明,本次对挖掘机器人工作装置铲斗运动轨迹的仿真分析达到期望的效果,满足作业过程的快速性和平稳性要求,对于实现工程机械智能化有着重要意义。