挖掘机自动测深模型
一
第11箍弟3期
1996年9月
青岛大学
JOURNALOFQ~GDAOUNIVERSITY
s|,
丁pn.口/
VOL.11NO.3
se口.1996
挖掘机自动测深模型
ADEPTHAUTOMATICMEASUREMENT
M0DEL0FTHEDIGGER
乙/,
潘松峰壁.蔺德军
一(青岛大学)
摘要根据挖掘机工作装置的结构特点,建立了挖掘
机工作装置运动学模型.进而得到自动测深模型.为
实现挖掘机自动测深奠定了基础.
关键词拄盈垫垂苎兰苎型-堡壁型墨
中国法分娄号TP216.1
PanS0ngfengZhangTiezhuLinDejun
(AUEO~ElonDtpart~ent)
AbstractThekinematicsmodel0』theworkingdeviceof
thediggerisestablishedinthispaper,onthebasisofthe
$Irudure[eature~o1”theworkingdevi~e.Thenthemodel0l
thedeDth?su?entispresentedwhichisthebasi~ofthe
auEoma~[cl~tesul-cflit呲.
KeywardsD/ggerfglnematlcsmode!lfDepthrnl
第一作者简介馏梧峰.男.1963年生.1988年毕业于清华大学获工学硬士学位,现从事智能仪表,自动控制
及微机应用等科研开发工作.
挖掘机无论是轮式或履带式,其工作装置主要由动臂,斗杆和铲斗等构成,各构件以转动
关节铰接在一起,每个关节具有一个自由度,并由相应的动力元件(油缸)驱动.为了能够定量
描述挖掘机铲斗末端在作业空间中的纵向位置,应对挖掘机工作装置进行运动学分析并建立
运动学及深度测量模型,这是深度测量的基础.
l坐标系的建立
按以下
规则
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建立直角坐标系:
基坐标系仉x.y.z0,与挖掘机下车架固联,坐标原点在动臂与下车架铰点处,墨轴为
下车架正前方,轴垂直于接地平面,轴由右手规则确定.
第个坐标系nx.y.互.与第i个关节固联,坐标原点在第+1关节的铰点中心,并遵循以
下三个条件:
?五轴与第i+1关节的运动轴方向一致;
?x轴垂直于互一】轴,或x.=士z—I×z.;
?y.轴由右手规则确定.
两坐标系的联系可由四个参数来确定.四个参数定义如下:
;关于z轴,按右手规则.从x一轴到x.轴的转角;
.;从第i一1个坐标系o._.xHyHz的原点o沿着z轴到x,轴与x?轴相交
辜蝥戳船”鲁教姚.号
——
40——
潘松峰等;挖掘机自动测深模型
点的距离;
a.:从Z一.轴与轴的交点,沿轴到第i个坐标系坐标原点的偏移距离;
%:关于墨轴,按右手规则从z=i一.轴到Z轴的转角.
四个参数中,连杆参数()由连杆的结构决定.是常数;关节参数(,)决定
相邻连杆
的相对位置.在挖掘机中均为旋转关节,因此.是常量,为变量.由上述定义可以看出,经过
以下四步.可以使坐标系.咒Z与一y—Z,重合:
?绕Z一,轴旋转角,使置与墨轴平行;
?沿一,轴平移矩离,使蜀一与咒位于同一直线上;
?沿暑轴平移矩离a,使两坐标系原点重台;
?绕墨轴旋转%角,使两坐标系重台.
这样,两坐标系之间的联系可由一4×4齐次变换矩阵一,来表示:
一
l—Rot(ZI,)(1)可得:
A一Rot(Z.,)?Rot(X1,q)一
A{一Rot(zl,)?Trans(z1,1)=
专000
(2)
;?
青岛大学第l】卷
Z
A;一Rot(Z2.以)?Trans(x2,口t)一
Aj—Rot(Za,)?Trans(X3,a3)=
02
Y2
一
00
00
一
S.
S.a
00
00
附图挖掘机工作装置直角坐标图
2挖掘机工作装置的运动学模型
(4)
(5)
在求出了相邻坐标系的齐次变换矩阵A一后,便可求得第个坐标系
相对于基坐标系的
齐次变换矩阵;
丁一A?A}…A一一?Aj一,f=1,2,3…?(6)
b-1
由此我们可得挖掘机工作装置的运动学方程(?一4);
一
A?A;?A;?A:一[(7)
矩阵丁3表示挖掘机铲斗末端相对于基坐标系的齐次变换矩阵.向
量,j,表示铲斗末端
在基坐标系中的姿态;向量表示铲斗末端在基坐标系中的位置矢量
且=Dx,Pr,PY.
将式(2).(3).(4).(5)代入(7)可以得到:
一
42一
?
,?-?-?______-__’__???-?J
C01C01
ff
0O1000l0
一
—
潘松峰等:挖掘机自动测深模型
其中:
fx=C1C2”
nr=SIC?
【,l一一S2”
x=一C1S:”
r=一S1S23’
【z=一C?
f0=一S1
口r=Cl
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{=lsS1C+12S1C+IIS1G
【声z一一,;S?一12S23一lxS2
S?=sin(口z+以+以)
C’=COS(岛+巩+.)
62--80
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