挖掘机作为在工程机械中最常见、最典型也是最复杂的机械之一,在工程应用领域中发挥着极为重要的作用。为了应对作业效率、适应恶劣环境等越来越高的作业要求,发展自主作业、自动化的挖掘机已经成为一种发展趋势。使挖掘机按照规划的轨迹进行行走轨迹跟踪是实现挖掘机自主作业和自动化的基础之一。本论文以挖掘机的行走轨迹跟踪控制为研究目标。首先进行挖掘机行走轨迹跟踪控制系统的总体设计及试验样机开发;同时对挖掘机行走系统进行了理论分析及仿真研究;进一步研究基于双目视觉SLAM(Simultaneous Localization And Mapping,同步定位与地图构建)对挖掘机进行实时感知定位,提出了上车机构有回转角度时的挖掘机中心位姿获取方法,并使用视觉SLAM技术估计回转角度;最后设计轨迹跟踪控制器,针对直线、圆弧和圆弧加直线进行轨迹跟踪控制的实验研究。本文各章节的主要内容如下:第一章,首先介绍了课题的研究背景,介绍了挖掘机行走过程中的难点,对挖掘机等车辆的轨迹跟踪控制的国内外研究现状进行详细分析,对视觉定位技术在挖掘机上的应用进行了分析,介绍了视觉SLAM定位在行走控制中的可行性,阐明了课题的研究内容和目的。第二章,液压挖掘机行走轨迹跟踪控制系统软硬件系统设计。确立了挖掘机行走轨迹跟踪控制系统的总体框架,包括挖掘机电液控制元件的设计选型、电控单元的设计、远程控制器设计、相机的选型等,基于TCP/IP协议设计了多线程并发无线数据通信软件,并进行了实验测试,完成了挖掘机试验样机的开发。第三章,履带式液压挖掘机行走系统建模分析及仿真研究。对挖掘机行走运动学、动力学进行了分析,包括液压行走系统的动力学,履带行走系统运动学、动力学。对履带滑移进行了分析和建模,为实验研究提供理论基础。在simulink下搭建了整车行走系统仿真模型,设计了基于履带运动学模型的PID速度控制器。仿真结果显示速度控制器在有滑移情况下仍然可控。第四章,基于视觉SLAM的挖掘机行走定位研究。建立了双目视觉里程计模型,研究了视觉SLAM在挖掘机定位上的运用特点,采用了具有后端优化的视觉SLAM定位方案。基于ROS(Robot Operating System)平台搭建了挖掘机SLAM定位的软件框架。建立了挖掘机有回转角度时的运动坐标变换关系,将SLAM用于回转角度的估计,验证了方法的有效性。第五章,挖掘机行走轨迹跟踪控制器设计与实验。确立了行走轨迹跟踪控制器框架,设计了包含位置环和速度环的双层轨迹跟踪控制器,使用第三章建立的仿真模型验证了控制算法的有效性,分析了滑移参数对轨迹跟踪的影响。进行了速度控制与轨迹跟踪控制实验,实现了挖掘机行走轨迹跟踪,验证了轨迹跟踪控制方法的准确性和有效性。第六章,总结与展望。总结全文的研究内容,并对将来的进一步的工作进行了展望。