近幾年來，國內(nèi)挖掘機擁有量逐漸增大，以年均50%以上的速度快速增長，2005年我國的挖掘機產(chǎn)量突破4萬臺，預計今后5-10年，我國將成為世界上最大的挖掘機市場和產(chǎn)地。但在挖掘機施工過程中，存在的問題也是不容忽視的：（1）操作挖掘機作業(yè)的勞動強度大；（2）工作環(huán)境惡劣，有些環(huán)境甚至人類不便直接進入；（3）操作者必須進行長時間的培訓才能完成高質(zhì)量的作業(yè)。因此提高挖掘機的機電一體化程度，進而實現(xiàn)挖掘機的自動控制，無疑是解決上述問題最理想的方案。值得慶幸的是，相關科學和技術的發(fā)展為挖掘機的機電一體化乃至自動化展現(xiàn)了廣闊的前景。近10年來，高新技術不斷引入，特別是現(xiàn)代電子技術、計算機技術、自動控制技術和傳感器技術的快速發(fā)展，使挖掘機在控制效果、作業(yè)精度、人機工程等方面具備了非常大的提高空間；實現(xiàn)挖掘機局部操作控制的自動化甚至整機的完全自動化、智能化已成為可能，同時實現(xiàn)挖掘機的自動化也是進一步提高挖掘機作業(yè)能力和效率的需要。因此，國內(nèi)外的挖掘機制造商及有關科研院所競相投入大量資金、人力和物力，進行挖掘機高新技術的研究和開發(fā)，尤其是在挖掘機工作裝置的運動運動控制上，該項研究作為挖掘機自動化控制的基礎性研究，已逐漸成為各國研究的焦點之一。同時，液壓挖掘機工作裝置系統(tǒng)屬于一種典型的工程機械復雜機電液系統(tǒng)，其機械結構參數(shù)的多變性，液壓系統(tǒng)的高度非線性，以及整個系統(tǒng)存在大量不確定量（不確定參數(shù)及不確定的非線性模型），都使得液壓挖掘機工作裝置的運動控制成為一項比較困難的工作。
　　1、國內(nèi)外挖掘機工作裝置運動控制的研究水平
　　長期以來，國內(nèi)外許多學者對液壓挖掘機工作裝置的運動控制做了大量的理論研究和試驗探索。這些工作可以分成兩類：
　?。?）基于規(guī)則的挖掘機工作裝置運動控制研究。
　?、僬憬髮W流體傳動與控制實驗室基于規(guī)則的挖掘機工作裝置軌跡智能PID控制。
　　該實驗室在對挖掘機工作裝置進行控制時，采用工業(yè)界廣泛應用的PID控制策略，并根據(jù)挖掘機工作裝置特點，制定了多條規(guī)則，以對其進行有效控制。利用計算機實現(xiàn)上述控制算法，PID控制算法在其中斷服務程序中實現(xiàn)，并在試驗中以較高的精度跟蹤了一個三角形軌跡。
　?、谖錆h科技大學設計的基于知識的挖掘機多模式綜合軌跡跟蹤控制系統(tǒng)。
　　其出發(fā)點是考慮到挖掘機器人的工作運動存在很強的非線性、不確定性和時變性，且其工況復雜，外界干擾大，難以建立精確的控制模型。若為了在精確的數(shù)學模型基礎上，提高軌跡跟蹤性能，則整個控制系統(tǒng)會變得較復雜，從而增加設備的初投資，影響系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)具有“砰――砰控制”、維持控制、非線性死區(qū)補償控制和模糊PID參數(shù)自適應控制等模式，根據(jù)挖掘機在工作中軌跡跟蹤的誤差和誤差變化率的反饋，系統(tǒng)基于知識，智能地選用合適的控制模式，實現(xiàn)平穩(wěn)和高精度的軌跡跟蹤控制。據(jù)其研究者試驗聲稱，控制精度絕大多數(shù)在200mm以內(nèi)，但也有少數(shù)時候為500mm。設備試支行顯示，整個軌跡跟蹤過程中挖掘機工作裝置運動平穩(wěn)光滑，基本不振動，鏟斗末端運動速度為100mm/s。
　　③哈爾濱建筑大學提出的基于模糊算法的示教再現(xiàn)控制方法。
　　由熟練工人引導工作裝置沿挖掘軌跡運動，并由計算機記錄運動軌跡所對應的工作裝置的位置信息，再由計算機控制重復前述運動軌跡。
　?、荛L春大學機械工程學院的模糊自適應PID控制方法。
　　該學院以DSP芯片TMS320LF2407A作為核心電控單元，采用模糊自適應PID控制算法，實現(xiàn)了挖掘機工作裝置軌跡控制，具有較高的穩(wěn)定性和精確性。通過自動操縱，減輕了駕駛員的作業(yè)強度，加快了施工進度。
　?、軨arnegie Mellon大學（CMU）的自主裝載系統(tǒng)（簡稱ALS）。
　　ALS是CMU機器人研究所歷時4年的機器人項目，于1998年完成。其目的是利用機器學習理論研究自動化大型挖掘和裝載過程的關鍵技術，包括傳感器技術和軟件實施算法，運動規(guī)劃算法，控制系統(tǒng)以及仿真和可視化支持技術。試驗挖掘機是卡特的25t斗容1.5m3機器，每次裝載完成一個工作循環(huán)。測控硬件包括角度、壓力傳感器、PD控制器，所有計算都在裝有VxWorks操作系統(tǒng)的嵌入式計算機上進行，并通過無線互聯(lián)網(wǎng)將相關數(shù)據(jù)傳送到工作站。實驗結果表明，使用該系統(tǒng)在不同的情況下裝滿一卡車僅需15-16s，而熟練的操作手需要2min，因此該系統(tǒng)適合于連續(xù)重復挖掘裝載的工況。
　　⑥Arizona大學基于模糊邏輯控制策略的自主挖掘控制研究。
　　Arizona大學的高級采礦實驗室提出：由于傳感器信息諸如力/力矩數(shù)據(jù)的非結構性，而且受挖掘土壤的作用影響較大，難以建立精確的鏟斗-土壤作用模型，因此常規(guī)控制策略有不足之處。該實驗室采用模糊邏輯控制策略和有限狀態(tài)機器模型對挖掘機的自主挖掘進行了研究，將挖掘目標劃分成若干任務，將每個任務劃分成若干行為，再將各個行為劃分成多個動作。
　?。?）基于模型的挖掘機工作裝置運動控制研究。
　　該種方法的基本思想是：對挖掘機工作裝置及其液壓系統(tǒng)建立數(shù)學模型，