According to the recent increase of demands for multi-function and economics on hydraulic excavator, it is required that excavator should have simple operation, higher and operational efficiency, however the modeling of engine/pump system of excavator is not prescribed by the paper. So, in this paper the modeling of engine/pump system of excavator is suggested by identification method from step response and verified effectiveness of identification system by comparing with experimental results which was conducted using PID controller. To improve the problem of parameter variation and modeling error in the system, sliding mode control was introduced and new switching surface was designed. This control algorithm was applied to a hydraulic excavator by simulation, and its effectiveness was verified, and the results of variable structure system for the excavator system using a output component was compared with that of full state feedback when load disturbances and system paramenter variation exist.
Nowadays, automatic digging operation of an excavator is a big challenge due to the complexity of digging environment, the hardness of soil and buried obstacles into the ground. In order to achieve the maximum soil bucket volume, this paper introduces a novel engineering model that was developed as a virtual excavator in the design phase. Through this model, the designs of mechanical and control systems for autonomous excavator are executed and modified easily before developing in real testbed. Based on a concept of an autonomous excavation, a mechanical system of excavator was first designed in SOLIDWORKS, and a soil model also was modeled by finite-element analysis in ANSYS, both modeled models were then exported to ADAMS environment to investigate the digging behavior through virtual simulation. An intelligent control strategy was generated in MATLAB/Simulink to control the excavator operation. The simulation results were demonstrated by effectiveness of the proposed excavator robot in testing scenarios with many soil types and obstacles.
The excavator is complex machinery which has widely used in the construction site, deck of harbor and deep sea. The one of important issue of excavator system in recent is an automation of it in order to improve a working efficiency, a convenience working circumstance and work satisfaction. However, since there are large nonlinearities of control circuit, actuating cylinder, joiners of hydraulic units and changing loads etc., it is difficult to develope an automatic excavator system. Therefore, in this study, toy scale pneumatic excavator system is constructed and the remote control system is installed on it, before developing the automatic excavator system. In order to design the control system of the developed pneumatic excavator system, the transfer function is obtained using signal processing method and the controller gains of PID are decided based on CDM(coefficient diagram method). The obtained transfer function and the performance of the proposed control system is evaluated through experiments and computer simulation.
Excavation is an important work in mining, earth removal and general earthworks. Nowadays, automation in excavator has been studied by several researchers. In the excavator research methods, simulation is one of the low cost methods for applied to test safely. In this paper, designed a virtual hydraulic excavator that with the control and the dynamic. At first, the simulation of hydraulic system for excavator's attachment such as boom, arm and bucket using Matlab/Simhydraulic is presented. Second, the dynamic model of excavator is distributed to combine with the hydraulic system. For controlling this system, electric joysticks are used to operate the orifice open areas in Main Control Valve. The simulation result is described to analysis the performance of this virtual excavator.
In this paper, a two-stage kinematic optimal design for a 3 degree of-freedom (DOF) excavator subsystem, which consists of boom, arm and bucket, is performed. The objective of the first stage is to find the optimal parameters of the joint-actuating mechanisms which maximize the force-torque transmission ratio between the hydraulic actuator and the rotating joint. The objective of the second stage is to find the optimal link parameters which maximize the isotropic characteristic of the excavator subsystem throughout the workspace. It is illustrated that kinematic/dynamic performances of the kinematically optimized excavator subsystem have improved compared to those of original HE280 excavator, with respect to three performance indices such as maximum load handling capacity, maximum velocity capability, and acceleration capability.
The accurate calculation of bucket tip position has a large influence on showing the motion of an excavator on the display device of the excavator and controlling the excavator automatically. It is generally known that Inertial Measurement Unit (IMU) sensors are more accurate than accelerometer-based sensors while the boom, arm or bucket moves because additional forces beyond gravity add additional acceleration to the sensors. To prove the accuracy difference between the two types of sensors, a position recognition system using an accelerometer-based sensor and an IMU sensor is implemented on the excavator. The experimental results show that the system using the IMU sensor significantly reduces the position recognition error while bucket moves and additional force beyond gravity exists.
Field robot represented by excavator can be applied for various working in manufacturing, construction, agriculture etc. Because of the flexibility of its multi-joint mechanism and the high power of hydraulic actuators. Since the excavator operates in the hazardous working circumstance, operators exposed in harmful environment. Therefore, automation system has been investigated to protect from the harmful environment. In this paper, the method to construct the remote control system is proposed. The remote control system is consisted of a manual and auto mode. Manual mode controls a hydraulic cylinder as open loop control. and auto mode controls the end effecter of excavator using tracking control system. The efficiency of remote control system was evaluated through the field test.
According to the recent increase of demands for multi-function and economics on hydraulic excavator, it is required that excavator should have simple operation, higher and operational efficiency. However, it is difficulty for current hydraulic system to satisfy demands fully. This study shows that new control system improves power transmission efficiency, work capability of engine and hydraulic system of current excavator.
The objective of this paper is to design the variable structure system(VSS) controller for the tracking control of excavator which is driven by electro-hydraulic servomechansim. It is generally agreed that the dynamic characteristics of the robot arm such as excavator are coupled, time varying, and highly nonlinear, and also hydraulic system contains nonlinear characteristics in itself, so performing exact position control and trajectory tracking control need remarkable consideration. To solve this porblem, this system was designed as a variable structure system. The salient feature of VSS is that the sliding mode occur on a switching surface. While in sliding mode, the system remains insensitive to parameter variations and disturbances. This control algorithm was applied to a hydraulic excavator by simulaltion and to a simulator by experiment. And its effectiveness was verified. And the results of VSS for the electro-hydraulic excavator was compared with that of the PID when load disturbances and system parameter variations exist.
This paper studies the coordinated trajectory control of an excavator as a kind of robotic manipulators driven by hydraulic actuators. Hydraulic robot system has many non-linearity in dynamics and kinematics, and strong coupling among joints(or hydraulic cylinders). This paper proposes a combined controller frame of the adaptive robust control(ARC) and the sliding mode control(SMC) for the trajectory tracking control of the excavator to preserve the advantages of the both methods while overcoming their drawbacks, namely, asymptotic stability of adaptive system for parametric uncertainties and guaranteed transient performance of sliding mode control for both parametric uncertainties and external disturbance. The suggested control technique is applied for the tracking of a straight-line motion of end-effector of manipulators, and through computer simulations, its trajectory tracking performances and the robustness to payload variation and uncertainties are illustrated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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