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  小型挖掘机作业任务分解

  小型挖掘机所面临的任务通常来说是挖掘一定量的土方,有时候是需要清理土方和挖掘沟渠。以上所有的任务总的来说都是可以看作是,物料从一个初始状态到一个目标状态的过渡。完成任务的方法多种多样。因此,从初始状态到目标状态的求解也是无穷解集的。我们关注的是,如何通过某种策略,可以优化的完成物料状态的转变。
小型挖掘机作业任务分解
  又由于小型挖掘机工作方式的特殊性,其动作重复性高,以及作业物料量远大于铲斗量,因此在挖掘任务分解时,采用分层挖掘的思想是合理的。即将问题化大为小。对小型挖掘机任务的分解主要可以分为两种不同的形式。就以上两种方式而言,方法 a 相比方法 b 更好进行路径的规划,整个挖掘任务可以分为若干层,每层之间挖掘的切入点都是有规律的,且每次所挖掘的物料量是较明确的。而且,还能够提高规划轨迹生成的速度,增加容错率。方法 a 的思想便于小型挖掘机的典型的挖掘循环。而方法 b 比较适合实际工作过程中,操作员的挖掘方式,操作员对工况的观察来进行自由角度的挖掘。

  小型挖掘机的典型工况可分为:沟渠的挖掘和平面的修整。因此我们就以上两种工况进行作业任务分层的分析。

  1   沟渠挖掘

  根据分层的思想,对于沟宽等于铲斗宽度的挖沟作业分析,铲斗位置 1 和 2 时铲斗姿态角与地面保持在 30°左右,一方面使得铲斗切入土壤中,其铲斗齿尖的轨迹为 ab 段,之后调节铲斗姿态进行局部的回转,进行挖掘,其铲斗齿尖的轨迹为 bc 段,保持铲斗姿态,使其进行直线挖掘,轨迹为直线 cd 段,待铲斗中物料装满之后,收斗,铲斗齿尖的运动轨迹为 dfe 段,之后就是提升铲斗,直至铲斗离开地面。以上动作为小型挖掘机单次小型挖掘机的基本动作,梯形区域的土方需要小型挖掘机铲斗一层一层的挖掘,直至达到目标状态,在每一层中两个相邻的点与点之间有一次挖掘的作业,则小型挖掘机可以按照一层一层的关键点进行挖掘,待第一层的土方挖完之后,就以第二层的关键点进行依次的挖掘,直到沟渠作业完成。因此,在沟渠挖掘路径规划的过程中需要给定沟渠的宽度、沟渠的深度、沟渠的坡度、单次铲斗挖掘的宽度、单次铲斗挖掘的深度。
小型挖掘机作业任务分解
  沟宽大于铲斗宽度的挖沟渠作业的挖掘方法:把小型挖掘机停与 B 处,车身正前方为沟渠,B 部前面土方直接挖掘,并通过小型挖掘机铲斗的回转边进行压紧 A 部分土方。在进行挖掘工作时,AB 两处交替进行使得宽度增大,挖出的土方从前到后放置在沟渠合适的位置,便于接下来的作业需求。

  平整作业

  小型挖掘机的平整作业多见于沟渠底面的平整,施工场地的平整,斜坡面的整修等,在平整的过程中,在动臂、斗杆和铲斗的联动下,不断变换铲斗的姿态角,使其在运行过程中与平整的平面保持一定的角度,以达到切削平面,实现修整。
小型挖掘机作业任务分解
  平整作业一般按照作业地形的不同分为斜坡面的修整和水平面的修整。在小型挖掘机的平整作业过程中,操作员控制斗杆和动臂实现修整的作业,铲斗姿态在一般情况下是保持不变的。有些工况,在平整的过程中使铲斗斗齿保持适当的切削角θ ,达到平整的效果。

  平面的平整工作有很高的重复性,且运行的轨迹大都是空间直线。因此平整作业的任务分解工作,一般都是呈环状,根据小型挖掘机结构特点,可以进行机身的回转,可根据回转角度对环状的平面进行任务的分解。


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