反鏟液壓挖掘機太原科技大學機械工程學院2024年12月第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.1液壓挖掘機動力控制及節能技術10.2新能源挖掘機及其關鍵技術10.3挖掘機智能作業技術10.4挖掘機智能運維技術第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化 第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.1.1液壓挖掘機的發動機控制系統10.1.2液壓油溫度控制系統10.1.3挖掘機的節能技術10.1液壓挖掘機動力控制及節能技術第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.1.1液壓挖掘機的發動機控制系統10.1液壓挖掘機動力控制及節能技術1.發動機轉速控制的恒功率變量系統a）系統原理圖b)特性曲線

發動機轉速控制的恒功率系統離心式平衡器調節控制油的壓力，使變量泵的擺角和輸出流量按照發動機的轉速調節。

該系統為發動機轉速控制的恒功率與恒壓組合的控制系統，具有超載時的壓力切斷功能，大大減少了溢流損失和能耗。第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.1.1液壓挖掘機的發動機控制系統10.1液壓挖掘機動力控制及節能技術2.電子調速系統用微機控制器對發動機燃燒系統和噴油泵變量系統進行聯合控制，以提高發動機的各項綜合性能，并降低能耗。

檢測系統可實時檢測到發動機的運行狀況，通過控制器即可實時的對發動機進行控制。另一方面，檢測系統還可通過工作油泵控制器，保證工作油泵與發動機轉速得到合理匹配。發動機電子調速器原理圖第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.1.1液壓挖掘機的發動機控制系統10.1液壓挖掘機動力控制及節能技術3.自動怠速裝置作業中的挖掘機并非時刻都在動作，有時需要作短暫停機，此時挖掘機處于待命狀態，所有操作手柄處于中位。為了避免不必要的功率浪費，希望發動機轉速在待命時能自動下降，處于怠速狀態甚至低怠速狀態，這樣既可降低燃耗和噪音，又可延長發動機使用壽命。

自動怠速裝置的作用就是當挖掘機在作業過程中操縱手柄回到中位作短暫停止工作時（3~4s），使發動機自動進入低速運行狀態即怠速狀態，從而可減少挖掘機的無負荷損失，起到節約能源、降低噪音并延長發動機使用壽命的目的。HITACHI公司的ZX200挖掘作業試驗發動機轉速分布規律圖第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.1.1液壓挖掘機的發動機控制系統10.1液壓挖掘機動力控制及節能技術4.電子功率優化系統現代液壓挖掘機的功能和作業內容都有大幅度增加，而且挖掘作業所遇到的作業對象變化很大，此外，使用方式和要求也不同。這就要求不同工況對發動機的功率(轉速)需求不同，因此，要求發動機功率（主要體現為轉速）和液壓泵（壓力和流量）的功率能與工況相匹配。各公司提出了工況控制的節能措施,根據作用工況和使用要求選擇不同發動機動力模式。第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.1.1液壓挖掘機的發動機控制系統10.1液壓挖掘機動力控制及節能技術4.電子功率優化系統根據作用工況和使用要求選擇不同發動機動力模式，通常按以下5種工況控制發動機：標準工況：要求發動機發揮額定功率的88%左右，此時工作速率稍慢，此工況主要為了降低油耗和減少噪音。這也是常用模式，同時也是經濟模式，該模式下作業時，發動機-液壓系統處于最經濟的匹配狀態。重負荷工況：追求最大作業量，發動機設置在最大轉速，該工況在進行高速強力掘削、高速行走時使用。(3)精細作業工況：要求發動機發揮額定功率的50%～70%。該工況主要用于提高作業精度、進行微調控制和精細作業，尤其在狹小場地工作時可保證安全性，并進一步降低了噪音。(4)低怠速工況：該工況主要用在暫停作業時。(5)短期超載控制：為提高挖掘機工作效率而設置。挖掘機超過系統最高統壓力一定值時，可以作短時間作業（大約8秒左右)，以便工作裝置能克服瞬時較大阻力，提高作業效率。第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.1液壓挖掘機動力控制及節能技術

液壓挖掘機的工作環境惡劣、負載變化大、工作時間長，液壓系統會產生能量損失，這些能量損失主要來源于液壓主泵、各種閥類、管路和液壓執行元件。這些能量損失幾乎都轉化為熱量，過高的溫升不僅使系統效率下降，還會引發一系列故障，必須把液壓油溫度控制在合理的范圍內。

圖示為一種油溫控制與節能控制裝置組成的綜合控制系統。采取強制冷卻的方式，通過散熱器來限制油液溫升。10.1.2液壓油溫度控制系統液壓系統油溫控制原理圖第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.1液壓挖掘機動力控制及節能技術目前液壓挖掘機節能技術主要從三方面開展工作。一是：提升發動機性能，降低油耗；二是：提高液壓系統效率，即改善液壓元件性能，降低能量損失，同時對挖掘機液壓系統進行優化改進，提升其能量利用率；三是：對挖掘機工作過程中的可回收能量進行回收再利用。10.1.3挖掘機的節能技術在此重點就發動機節能技術、振動掘削技術以及能量回收技術進行介紹。第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.1液壓挖掘機動力控制及節能技術10.1.3挖掘機的節能技術1）柴油機節能技術

傳統挖掘機多采用柴油機作為動力源，通過采用新技術提高柴油機燃燒效率成為提供挖掘機能效的重要手段。柴油機主要技術有燃燒室優化、渦輪增壓、燃油泵匹配、電控燃油噴射等技術提高燃燒效率，減少能耗。第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.1液壓挖掘機動力控制及節能技術10.1.3挖掘機的節能技術2)振動掘削技術振動掘削技術是通過對挖掘機鏟斗施加振動，以降低挖掘作業時土壤阻力，提高挖掘效率和能效的技術。其具體實施過程是：將某種有規律的振動載荷(正弦波、三角波)施加于液壓挖掘機的執行機構(斗桿液壓缸、鏟斗液壓缸)，使執行機構在挖掘作業時以某種方式(頻率、振幅、速度)作往復運動，從而使鏟斗在挖掘作業的同時進行振動。振動掘削能夠減少挖掘過程中產生的阻力，提升工作效率，進而實現液壓挖掘機的節能。

以鏟斗液壓缸振動掘削為例，是基于對輸入該缸無桿腔和有桿腔的油液流量的控制而實現的，所以采用電液比例流量閥先導控制主換向閥的振動掘削控制系統，其原理如圖所示。鏟斗液壓缸5由電液比例換向閥4控制，比例閥的開度與控制信號大小成正比；鏟斗油缸的進出油量也與控制信號的大小成正比。挖掘作業中，當鏟斗油缸無桿腔的壓力上升到一定值時，信號發生器產生控制信號，換向閥4高頻換向，同時蓄能器3也開始為鏟斗液壓缸提供能量。振動掘削液壓原理圖1液壓泵，2溢流閥，3能器，4電液比例換向閥，5鏟斗液壓缸第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.1液壓挖掘機動力控制及節能技術10.1.3挖掘機的節能技術3）

能量回收技術當前液壓挖掘機能量回收技術按可回收能量類型分為勢能回收和動能回收；按回收方式主要有液壓式能量回收系統和電氣式能量回收系統，前者儲能裝置主要是液壓蓄能器，后者儲能裝置主要是蓄電池和超級電容。

液壓蓄能器可以實現液壓油的快速充放，并且可以吸收液壓沖擊，消除脈動、噪聲，其功率密度高，使用壽命長。在同質量情況下，比超級電容、蓄電池、飛輪等元件儲存的能量高，功率密度大，可滿足挖掘機瞬間大功率的工況需求，缺點主要是安裝空間較大。液壓式能量回收系統與電氣式能量回收系統相比，一般而言其能量轉換環節少，效率高，而電氣式能量回收系統中的能量轉換環節較多，降低了其整體效率，并增加了結構復雜程度。第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.1液壓挖掘機動力控制及節能技術10.1.3挖掘機的節能技術3）

能量回收技術（1）勢能回收勢能回收是指工程機械中需承擔負載的部件將下降勢能儲存在儲能裝置中，并在液壓系統需要補償時釋放。液壓挖機中，主要針對動臂進行勢能回收。挖掘機能量回收系統原理圖1.溢流閥2.電動機3.液壓泵4.兩位三通換向閥5.三位四通換向閥6、7、8.兩位兩通換向閥9.蓄能器10.溢流閥11.動臂缸當動臂執行下降動作時，動臂無桿腔的液壓油通過換向閥5左位，進入蓄能器，把重力勢能以液壓能的形式進行儲存，完成油路循環Ⅱ。當蓄能器回收結束、挖掘機進行動臂上升作業時，蓄能器9內存儲的壓力油，經換向閥8對液壓泵增壓，壓力變大的液壓油在油路Ⅰ中進行工作循環，完成動臂上升動作。

上述系統中，蓄能器吸收了動臂下降時的重力勢能，并將其轉化為了液壓能進行存儲。動臂再上升時，蓄能器能量釋放，輔助液壓泵完成動臂上升，從而達到了節能效果。第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機（1）勢能回收勢能回收是指工程機械中需承擔負載的部件將下降勢能儲存在儲能裝置中，并在液壓系統需要補償時釋放。液壓挖機中，主要針對動臂進行勢能回收。動臂勢能的電氣式能量回收系統基本流程是，工作裝置下落，通過動臂油缸將重力勢能轉化為液壓能，再通過液壓馬達將液壓能轉化為機械能，通過與液壓馬達相連的發電機將機械能轉化為電能，在利用蓄電池或超級電容將電能存儲起來。

10.1液壓挖掘機動力控制及節能技術10.1.3挖掘機的節能技術3）

能量回收技術日立建機電氣式能量回收系統第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機由于在液壓挖掘機的典型工作循環中回轉動作能耗在總能耗中所占比重最大，因此回轉系統節能的實現將會在很大程度上提高其的能量利用率和實現其節能效果。以液壓蓄能器作為儲能裝置，采用全液壓式自動控制，實現回轉制動能量回收，能夠實現制動能量的回收和再利用，在不影響操作習慣和操作性能的前提下能夠保證回轉機構正常、高效作業。液壓式回轉制動能量回收系統原理圖

電氣式回轉制動能量回收系統方案。在液壓挖掘機中由液壓馬達、電機、電機控制器、超級電容構成能量回收系統。10.1液壓挖掘機動力控制及節能技術10.1.3挖掘機的節能技術3）

能量回收技術（2）動能回收電氣式回轉制動能量回收系統第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.2.1純電動挖掘機10.2.2混合動力挖掘機10.3.3新能源挖掘機關鍵技術10.2新能源挖掘機及其關鍵技術第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.2新能源挖掘機及其關鍵技術10.2.1純電動挖掘機純電動挖掘機完全依靠動力電池、電源系統提供的電能驅動電機，進而驅動液壓系統或行走系統進行作業。純電動挖掘機具有零排放、零污染、低噪音、高效率、低使用成本、智能化水平高等特點。（1）供電方式純電動挖掘機按供電方式可以分為電網供電型、電池供電型、電池電網復合供電型和外接電源供電型4種。純電動挖掘機的供電方式第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機（2）技術方案對于電動挖掘機，對不同的執行機構可采用不同的驅動模式，如表10-1所示。電動挖掘機可采用表中不同驅動模式的組合實現作業。執行機構驅動模式特點直線運動機構動力電池—電動缸電動缸技術、無液壓損失動力電池—電動泵—閥—液壓缸采用傳統閥控技術動力電池—電動泵—液壓缸采用新型電液控制技術旋轉運動機構動力電池—電動機—減速器電驅動技術，無液壓損失動力電池—電動泵—閥—液壓馬達—減速器采用傳統閥控技術動力電池—電動泵—液壓馬達—減速器采用泵控馬達技術表

電動挖掘機驅動模式10.2新能源挖掘機及其關鍵技術10.2.1純電動挖掘機第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.2新能源挖掘機及其關鍵技術10.2.1純電動挖掘機（2）技術方案目前常見的電動挖掘機技術方案有如下幾種：

單電機方案：動力電池系統是整機能量源,動力電池把電能輸送給電機,電機驅動液壓主泵,液壓泵再把能量輸送到各執行元件,如液壓油缸、回轉液壓馬達和行走液壓馬達。動力電池系統屬于高壓系統，通過DC/DC轉換把高壓電轉換為24V低壓電,從而為各車載電器設備提供電源。

雙電機方案：在單電機方案，基礎上增加一個電機,把原來由液壓主泵驅動的回轉機構改為由另一電機驅動,其余部分與單電機方案完全相同。

三電機方案：在雙電機方案的基礎上,把原來由液壓主泵驅動的行走機構改為由電機驅動,其余部分與方案2完全相同。

全電動方案：所有執行驅動機構，包括工作裝置全部采用電驅動。第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.2新能源挖掘機及其關鍵技術10.2.1純電動挖掘機（2）技術方案電動挖掘機系統原理圖純電動輪式挖掘機系統原理圖第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.2新能源挖掘機及其關鍵技術10.2.2混合動力挖掘機混合動力挖掘機，主要被分為油電混合動力和油液混合動力系統兩大類。而新能源混合動力挖掘機主要指油電混合動力挖掘機。油電混合動力系統結合內燃機和電動機兩種動力源，并利用動力電池或超級電容等作為儲能元件，通過控制系統優化動力輸出，實現節能減排。油電混合動力系統根據發動機和電機驅動布局方式的不同可分為串聯式、并聯式和混聯式三種，如下圖所示，目前研究較多的主要有串聯式和并聯式。挖掘機混合動力系統結構類型第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.2新能源挖掘機及其關鍵技術10.2.2混合動力挖掘機混合動力挖掘機，主要被分為油電混合動力和油液混合動力系統兩大類。而新能源混合動力挖掘機主要指油電混合動力挖掘機。油電混合動力系統結合內燃機和電動機兩種動力源，并利用動力電池或超級電容等作為儲能元件，通過控制系統優化動力輸出，實現節能減排。神鋼串聯式油電混合動力挖掘機結構原理小松混合動力挖掘機系統結構圖第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.2新能源挖掘機及其關鍵技術10.2.3新能源挖掘機關鍵技術1）高性能、低成本的儲能技術。2）集液壓參數反饋的電動機驅動專用控制器3）基于變轉速控制的新型動力協調控制4）整機輔助驅動控制技術5）供電技術6）整機電液控制技術7）能量回收技術8）大功率電傳動驅動技術第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.3挖掘機智能作業技術1．液壓挖掘機的遠程遙控技術（1）傳統點對點無線遙控技術遠程遙控挖掘機系統結構圖

遙控挖掘機可以通過有線或無線電路裝置，實現挖掘機操縱。在遠距離操縱裝置內，操縱手柄的位移量轉換為電壓，再由A/D轉換器轉換成數字值，各操縱手柄的操作信號，用無線電機進行發射處理，其信號被發射到挖掘機上。挖掘機接收的信號與發射時的動作相反，轉換成電流值，通過電磁比例減壓閥，使執行元件（液壓缸或液壓馬達）動作。10.3.1挖掘機智能網聯技術第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.3挖掘機智能作業技術1．液壓挖掘機的遠程遙控技術（2）基于5G技術的遠程遙控技術以5G技術代表的新一代寬帶移動通信技術，完全可以滿足現代遠程控制技術對于無線傳輸的需求。目前基于5G通訊網絡的遠程控制技術已經成為一種新的互聯網應用，相較于傳統的控制模式，可以實現更遠、更高效、更智能化的控制。遠程控制挖掘機系統組網圖10.3.1挖掘機智能網聯技術第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機目前，V2X技術標準主要有兩條技術路線：專用短程通信技術(DedicatedShortRangeCommunication，DSRC即IEEE802.11p）標準、蜂窩車聯網C-V2X（CellularVehicle-to-Everything，C-V2X）標準，C-V2X標準包含LTE-V2X（基于4G）和5GNR-V2X（基于5G）。C-V2X車聯網系統組網及其車路云協同應用圖V2X技術在工程機械領域具有以下應用優勢：1）精確的信息感知能力2）強大的智能網聯能力3）降低單車智能系統成本10.3挖掘機智能作業技術2.V2X網聯技術10.3.1挖掘機智能網聯技術C-V2X車聯網設備第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.3挖掘機智能作業技術1.定位導航技術為實現挖掘機自動駕駛和智能作業必須具備自主定位導航能力，傳統全球導航衛星定位系統存在誤差、多路徑、更新頻率低等問題，實現精確定位導航能力不能只依賴全球導航衛星定位系統，需要與慣性導航系統以及高精度地圖配合，才能實現良好的效果。10.3.2挖掘機定位導航與環境感知技術定位導航原理圖第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機2.高精度地圖技術高精度地圖不同于傳統電子地圖，其的服務對象是各類無人系統，是無人系統對當前所處環境認知的重要載體，是其做出實時準確控制決策與導航規劃的首要保障，是實現車輛自動駕駛和工程機械智能作業的關鍵核心技術。高精度地圖作為支撐無人系統自動駕駛和智能作業的時空數據集，具有高地圖數據精度、高豐富度、高實時性等特點。高精地圖面向無人系統行駛環境采集生成地圖數據，根據無人駕駛需求建立道路、作業環境模型，可以實現對路網環境實現精確的三維表征，如道路環境的幾何結構、標識位置、周邊環境的點云模型。此外還包涵豐富的輔助信息和語義信息，如道路數據和道路周圍相關的固定對象信息。高精度電子地圖示意圖及其數據構架10.3挖掘機智能作業技術10.3.2挖掘機定位導航與環境感知技術第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機3.環境感知技術(1)激光雷達技術激光雷達又稱為光學雷達(LightDetectionAndRanging，LiDAR)，一種先進的光學遙感技術，使用人眼安全的激光束以3D形式準確的觀測環境，提供百萬級的高分辨率3D云點視圖，如下圖所示，LiDAR可使無人系統能夠“看到”周圍環境，創建不斷變化的周圍環境的精確地圖，實現安全、精確的導航和作業。激光雷達因其精度高、功耗低、抗干擾能力強等特點，在環境感知、自動駕駛中具有重要地位。

激光雷達數據采集效果圖10.3挖掘機智能作業技術10.3.2挖掘機定位導航與環境感知技術第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機車載相機車載相機能夠捕捉到環境中的圖像，提供視覺信息，被譽為“自動駕駛之眼”，是自動駕駛領域的核心傳感設備。車載攝像頭主要通過鏡頭和圖像傳感器實現圖像信息的采集功能，可實現廣角度，長距離視覺感知，結合計算單元和算法能夠進行目標檢測，這套檢測技術則稱之為“視覺系統”，如下圖所示，目前以及廣泛應用于各類工程機械設備。攝像頭工作原理BuiltRobotics公司無人挖掘機上安裝的車載相機3.環境感知技術10.3挖掘機智能作業技術10.3.2挖掘機定位導航與環境感知技術第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機(3)毫米波雷達毫米波雷達也是無人系統上常用的感知設備，相較于激光雷達和車載相機，不受天氣影響，即使在最惡劣的天氣和光照條件下也能正常工作，穿透煙霧能力很強；毫米波雷達具有全天候、全天時的工作特性，且探測距離遠、探測精度高，被廣泛應用于車載距離探測，如：自適應巡航、碰撞預警、盲區探測、自動緊急制動等。毫米波雷達通過發射波長在毫米段的無線電波并接收反射信號來測定車輛與物體間的距離。毫米波工作頻率30～300GHz，波長1～10mm，介于厘米波與光波間，兼有微波制導和光電制導的優點，當前車載毫米波雷達，根據頻率可分為24GHz、77GHz和79GHz。毫米波雷達結構及工作原理3.環境感知技術10.3挖掘機智能作業技術10.3.2挖掘機定位導航與環境感知技術第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機挖掘機工作位姿檢測系統挖掘機智能化、無人化作業的先決條件是能精確識別和控制工作裝置的姿態，通過定位和定姿確定挖掘機回轉平臺和工作裝置在全局坐標系下的坐標及與各坐標軸之間的夾角，采用合適的控制算法，精確控制挖掘機的動作，實現挖掘機智能行走、挖掘和卸料。挖掘機智能3D姿態引導系統3.環境感知技術10.3挖掘機智能作業技術10.3.2挖掘機定位導航與環境感知技術

基于傾角傳感器的挖掘機位姿檢測系統，是接觸式檢測方案，是目前各大廠商和研究機構采用的主流的位姿檢測方案。第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.3挖掘機智能作業技術10.3.3挖掘機作業規劃與控制技術挖掘機作業環境較為惡劣、危險，此外人力成本也在不斷上升，為提高作業效率和安全性，利用信息感知和控制技術，挖掘機智能化輔助作業和自動作業逐漸成為行業發展的重點，其核心技術之一就是挖掘機作業規劃與控制技術，得益于新一代信息技術、自動控制技術特別是人工智能技術的進步，挖掘機作業規劃及控制技術得到了快速發展。挖掘機作業規劃主要包括作業任務規劃和挖掘動作規劃，作業任務規劃的目的是制定適當的任務規劃策略，在給定的施工現場創建移動路徑和挖掘區域，并避免與已知障礙物碰撞。動作規劃的目的是通過對挖掘機工作裝置的運動軌跡進行規劃，得到最優的軌跡和效率，完成挖掘、回轉、卸料等作業動作。第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.3挖掘機智能作業技術10.3.3挖掘機作業規劃與控制技術（1）挖掘機任務規劃概述目前施工現場常用的挖掘機任務規范方法主要還是依靠工程師現場測量和規劃，利用基于GNSS系統的輔助施工定位規劃系統，輔助挖掘機駕駛員進行施工任務規劃，該系統通過GNSS定位建圖，并利用人機交互系統顯示與工程設計相關的土方工程設備的位置以及相關配置的實時信息，提供給設備操作人員提供指導，以高效和協作的方式管理施工設備，提高作業效率。Trimble公司的輔助施工定位規劃系統如圖所示。1.挖掘機任務規劃TrimbleSiteworks輔助定位施工規劃系統第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.3挖掘機智能作業技術10.3.3挖掘機作業規劃與控制技術

(2) 任務規劃方法目前挖掘機作業任務規劃算法主要有兩種規劃方法，點對點規劃法（Point-to-Point，PTP）和完全覆蓋路徑規劃法（CompleteCoveragePathPlanning，CCPP）。PTP算法被用來生成點與點之間的路徑，而CCPP被用來生成一個可以覆蓋整個區域的移動路徑。目前工程機械作業路徑規劃中多使用PTP算法，主要對于一個特定的場地條件，面對多個障礙物，從一個點移動到另一個點而不引起碰撞，并實現路徑最優。CCPP全覆蓋路徑規劃，指的是在一定區域或空間范圍內獲取一條走遍除障礙物外所有地方的最短路徑。牛耕式單元分解法(Boustrophedoncellulardecomposition，BCD)是典型的全覆蓋路徑規劃的行走方式，如右圖所示。1.挖掘機任務規劃基于牛耕式單元法的全覆蓋路徑規劃圖第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.3挖掘機智能作業技術10.3.3挖掘機作業規劃與控制技術要實現挖掘機的智能作業，除了實現自主的任務規劃外，還需要對挖掘動作進行規劃和控制，即對挖掘機工作裝置的運動軌跡進行規劃和控制。軌跡規劃是實現智能挖掘機姿態控制的重要組成部分。軌跡規劃是指構建一條從起點到終點，無碰、高效、節能的運動序列。不經過軌跡規劃，直接通過目標點對挖掘機姿態進行控制，會使挖掘機工作裝置出現抖動震蕩、動作不夠平順等問題，進而影響挖掘機的工作效率和使用壽命。因此，需要對挖掘機工作裝置的運動軌跡進行合理規劃，提升挖掘機動作的平順性，保證挖掘機的工作效率和使用壽命。2.動作規劃第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.3挖掘機智能作業技術10.3.3挖掘機作業規劃與控制技術3.軌跡控制軌跡控制在挖掘機自主作業中起著至關重要的作用。軌跡控制需要不斷地監測系統狀態，并對系統進行調整，以實現預期的運行目標，通常包括圖中的步驟。狀態檢測誤差計算控制器調節動作執行

根據不同的控制目標，挖掘機鏟斗軌跡控制一般可分為兩類：以控制精度為目標的位置伺服控制和以力適應為目標的柔順控制。位置伺服控制可以保證鏟斗高精度完成挖掘動作，柔順控制則可以降低挖掘力對機械臂的沖擊。位置伺服控制比較適合挖掘力較小的場合，如松散、沙質土壤，柔順控制在堅硬土壤或存在障礙物的環境中具有更強的順應性，但是需要響應快、可靠性強的力傳感器，而且控制系統比位置伺服控制更加復雜。第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.4挖掘機智能運維技術10.4.1挖掘機工況檢測與故障診斷系統智能化挖掘機是將數字化技術、人工智能技術和網絡技術賦能傳統挖掘機，集智能自主作業、智能感知、遠程遙控、智能診斷等功能為一體。工況監測與故障診斷技術是確保裝備高效可靠運行的關鍵，相應的挖掘機工況監測與故障診斷系統也被稱為挖掘機智能監測系統。挖掘機工況檢測與故障診斷系統的主要作用：1）實時監測挖掘機工作狀態、提升挖掘機運行管理水平；2）主動健康狀態監測，實現故障預測、預警和主動維護；3）為產品持續改進和開發提供數據支持。第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.4挖掘機智能運維技術10.4.2智慧施工與智能挖掘機1.智慧施工智慧施工是應用物聯網、大數據、云計算、人工智能等新興技術，對建筑、礦山等施工場地進行數字化、信息化、智能化改造的種新型施工管理模式。它通過提升施工裝備的智能化水平和施工現場的信息化水平，實現對施工現場各個環節的實時監控、數據分析、智能預警和優化調度，從而提高工地生產效率，降低工地安全風險和環境污染，降低運營成本，提升工地施工質量和效益。日立建機的未來工地系統第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.4挖掘機智能運維技術10.4.2智慧施工與智能挖掘機1.智慧施工從各類的智慧施工方案來看，都基于機械-現場-云端三方互聯的ICT施工信息平臺、自動化的施工工地測量系統、無人化和智能化施工設備。通過上述部分的有機結合，準確、高效地完成現場施工項目，從而提高生產率，降低成本和風險，其具體特點如下：信息互聯與感知交互智能調度與計劃安排自主作業與協同施工實時監測與質量保證第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.4挖掘機智能運維技術10.4.2智慧施工與智能挖掘機2．智能挖掘機在新一輪科技革命的背景下，為應對精度、效率等方面越來越高的作業要求，適應危險、惡劣的作業環境，智能化、自主化已成為挖掘機未來主要發展趨勢。

依據技術發展和應用情況，智能挖掘機的研究可以分為三個主要階段：基于ICT技術的遠程遙控挖掘、基于軌跡規劃的自動輔助挖掘、面向現場工況的自主作業。

目前兩個階段相關技術相對較為成熟，其中基于軌跡規劃的自動挖掘是目前各廠家的重點研究和應用方向，各廠家主要通過位姿傳感系統結合復雜的控制算法實現工作裝置的軌跡規劃，一定程度上實現挖掘裝備的柔性控制，能夠輔助操作人員，初步實現在特定作業環節的自主控制、如自動裝載、直溝挖掘、一鍵平地等任務，其應用場景與功能不易更迭。無人挖掘機系統（AES）框架圖第十章液壓挖掘機自動控制技術及智能化反鏟液壓挖掘機10.