作为土方作业的重要挖掘设备,液压挖掘机广泛应用于机械化施工中。目前挖掘机主要由驾驶员操作,但由于液压挖掘机工作的环境一般比较恶劣,在进行挖掘作业时往往会存在能耗高、效率低及驾驶员安全难以得到保证等问题。因此提高挖掘机的自主作业能力是解决上述问题的有效方法。挖掘机工作装置轨迹规划是实现挖掘机自主作业的关键环节,保证整个挖掘过程能耗低、效率高是挖掘机工作装置轨迹规划的主要目的。因此本文针对挖掘机90°回转的作业工况,以能耗和效率为目标,对挖掘机工作装置的轨迹进行优化。建立挖掘机运动学、动力学模型。基于D-H参数法,分别采用笛卡尔空间描述、关节空间描述和驱动空间描述建立了挖掘机工作装置运动学模型,并进行正、逆运动学分析;根据挖掘机各部件重心的位置及质量,计算出挖掘机在作业时对挖掘机回转中心的转动惯量,并根据转动惯量及回转速度计算出回转作业时的扭矩。最后基于拉格朗日法建立了挖掘机工作装置的动力学模型,并解算出各油缸的推力。采集挖掘机作业时的载荷数据,并根据采集到的载荷谱数据对挖掘机挖掘阶段的各工作装置的受力模型进行验证,为了进一步验证挖掘机作业时整体能耗模型的准确性,通过建立的挖掘机运动学和动力学模型,对挖掘机主阀阀口的总功率进行验证。基于粒子群算法进行了最优挖掘轨迹规划。将提取到的挖掘机在挖掘作业时各油缸位移及回转速度导入到运动学软件Recurdyn内,重构出挖掘机在挖掘作业时的轨迹,在挖掘轨迹上提取路径特征点,采用五次多项式曲线方法对特征点进行拟合,得到要优化的挖掘路径最后,根据上述挖掘机运动学和动力学方程,建立挖掘机作业能耗模型和时间模型,为消除挖掘机作业时能耗和时间在数量级上的差异,利用挖掘机平均作业能耗和时间对其进行处理,并为挖掘机作业能耗和效率赋予不同的权重,得到最优挖掘轨迹。