无人驾驶挖掘机转向执行机构设计文献综述
2020-04-26 11:50:33
挖掘机,又称挖土机,是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料,并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。挖掘机挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及经过预松后的土壤和岩石。从近几年工程机械的发展来看,挖掘机的发展相对较快,挖掘机已经成为工程建设中最主要的工程机械之一。我国企业生产的挖掘机装配了国际知名品牌的液压元件、配套件等,主机性能与国外产品相比差距很小,但是可靠性和技术细节上仍有待进一步提高[1]。挖掘机不仅广泛应用于各种工程建设,而且在某些特定的场合和环境更起着不可替代的作用,如:抗震救灾、有毒环境、危险隧道等。在这些极端工矿下,就要求挖掘机能够实现“科学抢险和安全抢险”的目的,因此急需开发出具有无人驾驶功能的智能型遥控挖掘机以满足极端和危险工况的需求,所以无人驾驶液压挖掘机便成为了挖掘机的一大发展趋势[2][3]。无人驾驶是指给车辆装备智能软件和多种感应设备以实现车辆自主安全的行驶,汽车智能化技术正在逐步得到广泛的应用,这一趋势也使得无人驾驶汽车比新能源汽车更早的走入大众生活[4][5]。
国内研究者在这一方面有很大的进展和研究成果。如长江武汉航道局刘勇等研究了无人驾驶挖掘机解决抛石安全问题,通过自动换挡对挖掘机档位和油门拉杆进行控制,实现挖掘机的前进后退[6];2015年BICES北京国际工程机械展览会上,展出了两台无人挖掘机,通过手机app及模拟座舱实现对挖掘机的远程操控[7];兰州理工大学的蒋保珠课题组开展了挖掘机行走系统遥控控制的研究[8];太原理工大学的吴正明团队对履带式液压挖掘机行走系统进行了动力学仿真,对各种工况下的履带行走装置进行了仿真分析,为无人驾驶控制策略提供了设计参考[9];太原理工大学袁燕萍团队开展了挖掘机无人操作调试系统研究,设计了挖掘机无人操作系统[10];与本课题密切相关的还有,大连理工大学田洪杰课题组开展了履带式车辆转向分析与研究,借助动力学分析软件建立了履带式车辆的三维动力学模型[11];关于挖掘机的智能化及无人驾驶,国外也有很多研究成果,比如挖掘机的建模与远程控制等[12]-[14].对于国内,还有南京理工大学施昕昕团队研究的基于电磁直线执行器的运动控制技术,挖掘机的转向操纵就是通过直线运动执行机构操作操纵杆,所以直线执行机构也是关键的一部分。电磁直驱技术也是未来汽车驾驶机器人驱动的发展趋势。[15]
2. 研究的基本内容与方案
{title}内容目标
(1)学习了解挖掘机的转向系统结构及工作原理。
(2)学习creo三维建模、装配与二维出图方法,对转向机构进行建模设计和运动学仿真。
(3)学习了解电机的工作原理、使用方法。
(4)初步设计用于无人驾驶挖掘机的转向执行机构。
技术方案及措施
由于履带式挖掘机的履带是靠两个转向操纵杆操纵的,两操纵杆的推程不同,使两边履带形成速度差,从而实现转向。所以本次毕业设计的转向执行机构即操纵杆控制机构,为电机驱动的直线执行机构,分为驱动控制和传动系统;在设计出该执行机构的同时,还需要考虑该机构在挖掘机上的固定。所以该方案的执行措施如下:
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