La excavación autónoma de cucharas de cargadoras es la tecnología clave para realizar la automatización y operación inteligente. El control de seguimiento efectivo para la trayectoria de operación objetivo es una de sus partes centrales. Los métodos de control proporcional-integral-derivativo (PID) y otros métodos de control sin modelos de sistema tienen problemas, como grandes amplitudes de sobreimpulso y fenómenos de vibración bajo restricciones del sistema. Dado que el control predictivo basado en modelos (MPC) maneja eficazmente las restricciones del sistema para garantizar una operación suave, este artículo introduce MPC en el control de movimiento del mecanismo de trabajo de la cargadora y propone un método de control de seguimiento de trayectoria basado en el control predictivo no lineal (NMPC). Este estudio muestra que, bajo las mismas restricciones del sistema para diferentes trayectorias de operación objetivo, el controlador diseñado logra un mejor rendimiento de seguimiento que los controladores convencionales PID y de control por modo deslizante (SMC) en el manejo de restricciones del sistema y en la garantía de suavidad. También se encontró que el rendimiento de seguimiento disminuye a medida que aumenta la profundidad de inserción de la excavación. Por lo tanto, no se recomiendan trayectorias con mayores profundidades de inserción de excavación como trayectorias de operación viables. Este estudio proporciona una base importante y nuevas perspectivas para mejorar el rendimiento de control del mecanismo de trabajo de la cargadora.