电铲是在露天采矿业中广泛使用的大型矿用设备,在矿物的采掘和装载作业中起着重要的作用。电铲在进行矿物的挖掘时,针对不同形貌的矿堆,按照对应优化的挖掘轨迹进行挖掘,可显著提高电铲挖掘的满斗率、降低能耗。目前,大型矿用电铲由人工操作,由于技术和经验水平的限制,无法控制电铲按照给定的轨迹进行挖掘,从而影响了矿物的采装效率和生产能耗。针对以上问题,本文在电铲实验平台上开展了挖掘轨迹的自动控制研究,具体工作内容如下:(1)进行了电铲实验平台运动学分析,研究了挖掘轨迹的控制方法及执行机构的运动规划方法,实现了对执行机构运动的自动规划。根据电铲实验平台在挖掘过程中的实际运动情况,建立了电铲实验平台的运动学模型,使用D-H法建立起各关节的坐标系,并求解出铲斗齿尖相对于机体的位姿变换矩阵,据此对电铲实验平台进行了正运动学和逆运动学分析;根据运动学分析的结果研究了挖掘轨迹的控制方法和执行机构的运动规划方法,为了提高轨迹控制的精确度,在控制过程中加入了模糊控制算法;在Matlab软件中编写了执行机构的运动规划程序,实现了根据目标挖掘轨迹函数自动规划执行机构的运动。(2)进行了控制系统的总体方案设计,搭建了电铲实验平台挖掘轨迹自动控制系统和遥控系统,开发了人机界面。根据挖掘轨迹的控制方法对轨迹自动控制系统的需求,进行了轨迹自动控制系统硬件的选型及安装,为了验证电铲实验平台对推压运动、提升运动和推压-提升协同运动的可执行性,搭建了遥控系统;使用TIA Portal软件进行了PLC控制程序的编写;在Matlab软件和下位机PLC中分别进行了OPC通讯的配置,实现了将Matlab软件中的运动规划结果发送给下位机PLC;使用Matlab软件的GUI设计功能开发了电铲实验平台的上位机人机界面,实现了通过人机界面进行目标挖掘轨迹的输入和实际挖掘轨迹的显示。(3)开展了电铲实验平台遥控控制和挖掘轨迹自动控制实验。通过遥控控制实验,验证了电铲实验平台对于推压运动、提升运动和推压-提升协同运动的可执行性;在电铲实验平台上进行了16次轨迹自动控制实验,并计算每次实验中实际挖掘轨迹对于目标挖掘轨迹的拟合优度,挖掘轨迹的自动控制实验表明:电铲实验平台可以较为准确的控制目标挖掘轨迹,平均拟合优度为93.79%±0.025,实现了对挖掘轨迹的自动控制。