基于天牛须搜索的装载机铲掘轨迹规划

来源：计算机集成制造系统杂志2023年第7期北京时间：

作者：谌炎辉, 孟宇, 向上升, 白国星, 梁国栋, 谢国进

单位：1.广西科技大学机械与汽车工程学院2.北京科技大学机械工程学院3.广西柳工机械股份有限公司4.广西水利电力职业技术学院机电工程学院

摘要：装载机常用于建筑、采矿等恶劣工作环境,实现其自主作业可以有效保障从业人员安全,已成为工程机械领域的发展趋势。铲掘轨迹是影响装载机自主作业能耗的关键因素,目前已有学者提出了一些以能耗最优为目标的轨迹规划方法,但这些方法大多仅以铲斗斗尖位置为规划目标,忽略了铲装过程中铲斗转角对自主作业能耗的影响,导致装载机自主作业能耗仅能达到局部最优。针对上述问题,提出一种基于天牛须搜索的装载机铲掘轨迹规划方法,首先建立作业机构运动数学模型,得到铲斗斗尖位置、铲斗转角与车体位移、动臂油缸和转斗油缸位移的关系,进而基于斗尖位置模型和铲斗转角模型确定以铲掘深度和转角系数表征铲掘轨迹的规划方案,形成一系列备选铲掘轨迹,最后以此为搜索空间采用新兴的启发式搜索方法——天牛须搜索方法,搜索以单位铲掘重量油耗最低为目标的近似最优的装载机铲掘轨迹。为验证该铲掘轨迹规划方法的节能降耗效果,搭建了5吨级装载机测试试验平台,并进行了人工铲掘作业和自主铲掘作业对比实验。实验结果表明,采用基于天牛须搜索的装载机铲掘轨迹规划方法进行自主铲掘作业时,单位铲掘重量油耗的平均值仅为14.13 ml·t-1,与人工铲掘作业相比降低达20.35%。

关键词：装载机,自动铲掘,铲掘轨迹,轨迹规划,天牛须搜索

基金资助：国家重点研发计划资助项目(2018YFC0604403,2018YFE0192900);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(FRF-TP-20-052A1);广西科技开发计划资助项目(桂科能 1598021-2)。