在现代大型露天矿的采矿业中,矿用电铲代替了大量的人力劳动,使得开采效率大大提高,起着不可替代的作用。但目前人工操作矿用电铲作业还存在挖掘效率低、能耗高、安全性差等问题。随着科学技术的快速发展,自动化成为矿用电铲发展的重要方向之一,矿用电铲实现自动化不但可以有效减少人为操作带来的失误,还可以提高效率、降低能耗。矿用电铲设备庞大且昂贵,对其进行改造并进行自动化研究费时费力且缺乏安全性。为解决上述问题,本文设计了一种矿用电铲实验平台,该平台包括提升机构、推压机构、回转机构、回转平台等结构,可以耦合挖掘环境三维扫描重构、位姿检测、防碰撞防护等系统单元。本文的具体研究内容:(1)根据挖掘实验要求,结合实验场地基本情况,提出了实验平台的总体设计要求。根据总体设计要求,制定了该平台的总体设计方案,包括机械结构设计方案、控制系统设计方案和技术方案,确定了该平台的主要技术参数和工作方式。(2)根据机械结构设计方案和主要技术参数,完成了该平台的机械结构设计,包括三维建模、电机选型、标准件选型和非标准件结构设计等。将该平台的机械结构与控制系统单元进行耦合,并将控制系统单元采用合理的安装方式安装到该平台上,确定了该平台的整体三维结构模型。(3)对该平台的整体三维结构模型进行了分析与校核,包括传动计算、稳定性计算、电机校核、强度校核、运动学分析以及运动仿真等。分析结果表明:该平台整体稳定性良好、机械强度满足要求、运动时不会发生干涉。(4)根据设计好的整体结构三维模型绘制装配图和零件加工图,确定每个零件的加工工艺以及整体装配方案。完成零件的加工,并将加工好的零件和标准件进行装配,装配完成后再将控制系统单元安装到平台的相应位置,完成了实验平台的搭建。对搭建好的实验平台进行机械性能实验验证,实验证明该平台各机构性能良好、运行平稳、安全可靠,满足自动挖掘实验要求。本研究设计的矿用电铲实验平台整体尺寸小、质量轻、安全稳定性高,能够实现现有矿用电铲的多种作业功能。并且该平台耦合了多种控制系统单元,可进行自动挖掘相关实验,为开展矿用电铲自动化技术研究,进而实现矿用电铲自动化奠定基础。