文 献 综 述

（一）课题的背景和目的

挖掘机械是工程建筑机械的主要机种之一，是进行土方工程作业的主要机械设备，它包括各种类型与功能的机型。挖掘机的最早雏形可追溯到16世纪的意大利，当时它被用于威尼斯运河的疏浚工作，模拟人的挖掘工作。以蒸汽机驱动的动力铲则诞生于19世纪（1836年），发展至今已有170年的历史。挖掘机械自从诞生之日起，就是为了提高挖掘工作效率，完成人工难以完成的工作。纵观挖掘机械的发展史，就是一个不断提高效率和工作能力的过程。从早期的以简单正铲为代表的机械式挖掘机发展当今以采用液压和电力技术以及复杂控制技术为特征的的单斗液压挖掘机和多斗挖掘机，在结构、材料、工艺、性能及用途等方面都取得了惊人的进步。2011年颁布的中国工程机械”十二五”发展规划中重点提出：工程机械实现智能化工程，提高智能化控制是工程机械行业技术发展的重要方向。工程机械的智能化工程主要包括环境感知、轨迹规划、控制系统等三个方面的工作，其中，控制系统根据规划好的目标轨迹，控制电流输出，从而实现对执行机构的控制。本文要完成智能挖掘机器人控制系统的硬件设计，设计出一种可自主完成这一项任务的智能挖掘机器人的硬件控制系统方案。

（二）智能挖掘机器人的国内外研究概况

近年来，随着市场需求的增加、竞争的加剧和各种新技术的不断发展，挖掘机的设计手段也在不断的提高，这大大的扩大了挖掘机的使用范围并缩短了新产品的研发周期和老产品更新换代的周期。从20世纪90年代起，国外著名的挖掘机厂商与有关的研究院已经开始将集成电路,微处理器和计算机等应用于挖掘机来使其智能化和自动化，欧美等等发达国家更是在智能挖掘机器人开发和研究方面取得了好多重要的成果进步巨大。挖掘机器人研究和开发方面取得了一些重要的研究成果，国内外学者在挖掘机智能化方面做了很多研究。英国兰凯斯特(Lancaster)大学设计的LUCE系统通过交互、适时的人工智能控制系统，能够在工况不可预知的情况下完成挖掘任务。已完成了挖掘机器人模型化设计试验阶段，能够智能地应用控制策略，在高度变化的土地上有效地进行挖掘操作。英国兰卡斯特大学的 GU等 采用 PIP算法对挖 掘机进行了运动控制并与传统 PID算法进行 了比较；TAFAZOLI等 对挖掘机动力学参数辨识和阻抗控制进行了深入研究；张大庆等实现了挖掘机铲斗轨迹的鲁棒跟踪控制为了降低液压挖掘机进行精整作业时的手动操作难度,对某型液压挖 掘机的工作装置进行了二自由度的动力学分析,建立了其动力学方程;通过测试试验,给出了控制阀死区补偿方法,PID参数设置方法和数值;并在上述参数下进 行了仿真实验.结果表明,当铲斗末端跟踪的设定水平直线长度为2500 mm,铲斗水平跟踪速度为107 mm/s时,其精度可以控制在120mm之内,达到一般熟练工人的程度；王福斌等利用神经网络算法对挖掘机运动参数进行了优化，用RBF神经网络对梯度投影法中的放大系数进行优化，规划、仿真了工作装置末端弧形及直线运动痕迹。

（三）智能挖掘机器人的发展前景

我国自上世纪六十年代末开始研制、发展挖掘机产品，经过短短40余年，特别是改革开放30余年来，中国挖掘机制造行业发展尤为迅速。产业研究院发布的《2013-2017年中国挖掘机制造行业产销需求与投资预测分析报告》数据显示，我国挖掘机市场十年来平均以30%速度递增，已成为世界用量最大的市场之一。从目前情况看，我国正处在道路交通、能源水利、城市建设等各方面基础设施建设的高峰期，挖掘机市场需求量逐年上升，2010年全国挖掘机实际累计销售总量超过16.5万台，同比增长达到了74.5%。国产品牌虽然绝大部分处于中低端市场，目前也正在向中高端市场迈进，如三一、山河智能、柳工等企业已经在中高端市场实现了一定的突破。国内各大企业纷纷扩建挖掘机生产产能，纷纷开辟挖掘机机种系列，试图通过挖掘机市场的快速增长带动企业盈利增长。整体而言，挖掘机的国内保有量较低，但是产品价格偏高，销售模式中以融资租赁或银行按揭为主，一旦信贷有所放松，挖掘机销量将会是反弹最好的产品。
产业研究院挖掘机制造行业研究小组分析预测，随着世界中国经济的复苏回暖，房地产以及城镇化建设的加快进行，各吨位挖掘机销售情况也将持续增长，扣除不确定性因素，未来两年我国各吨位挖掘机将以超15%的增速增长。

总体来说挖掘机行业还是比较有发展前景的，在未来是值得深入研究的。

参考文献：

[1]史青录. 液压挖掘机 北京：机械工业出版社 2011.12