隨著導(dǎo)航控制和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的成熟,越來越多的輸送機(jī)器人用于工業(yè)生產(chǎn)中,大幅提升了工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化能力.輸送機(jī)器人,往往以傳統(tǒng)叉車為原型,通過智能調(diào)度和運(yùn)動(dòng)控制,完成生產(chǎn)搬運(yùn)任務(wù).但這種叉車系統(tǒng),在往復(fù)提升和下放貨物中,存在大量的物料勢能浪費(fèi)問題;而現(xiàn)有能量回收再利用方法,討論了叉車舉升系統(tǒng)能量回收和再利用性能,而未充分考慮單臺(tái)叉車帶載提升和帶載下降并不是一個(gè)工作循環(huán),導(dǎo)致能量回收系統(tǒng)應(yīng)用較少.提出采用蓄能器回收叉車下放貨物的勢能,并通過自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)協(xié)調(diào),實(shí)現(xiàn)回收能量的再利用.該方法的推廣,將大幅改善叉車系統(tǒng)能量效率,并減少電池供電叉車的充電次數(shù),推動(dòng)輸送機(jī)器人綠色運(yùn)行技術(shù),推動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步.

 隨著工業(yè)自動(dòng)化快速發(fā)展，越來越多的輸送機(jī)器人應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)貨物的搬運(yùn)和存儲(chǔ)。這些輸送機(jī)器人，目前多以叉車為原型機(jī)進(jìn)行智能化改造，增加激光導(dǎo)航、位置控制以及綜合調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)度和行走控制。

一、工作中，叉車具有兩種典型工作模式，一種是從工位取貨并移動(dòng)到倉儲(chǔ)區(qū)域，通過液壓缸提升貨物到達(dá)指定貨架高度，進(jìn)入貨架；
    另一種是從貨架高位將貨物取出，在貨物重力作用下貨物下降，并輸出到取貨位置。這兩種工作模式中，第一種是叉車動(dòng)力轉(zhuǎn)化為貨物的重力勢能，第二種是貨物的重力勢能經(jīng)液壓閥消耗掉。由此，叉車系統(tǒng)往復(fù)工作中，貨物的大容量重力勢能往往被浪費(fèi)掉，導(dǎo)致大量的能源消耗。對(duì)于蓄電池供電的叉車，就意味著續(xù)航能力減少和充電次數(shù)的增加，降低電池壽命；對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的叉車，意味著大量的燃油被浪費(fèi)。為此，研究人員開展了大量關(guān)于叉車節(jié)能技術(shù)的研究。在叉車舉升系統(tǒng)中增設(shè)負(fù)載敏感平衡閥，降低了空載和輕載工況下降過程能量消耗。 研究了燃料電池供能的電動(dòng)叉車系統(tǒng)，為動(dòng)力源節(jié)能提供了基礎(chǔ)。

二、對(duì)于叉車工作裝置勢能回收，主要研究工作有液壓回收方式和電能回收方式。

研究了直接通過蓄能器回收叉車重力勢能，并通過液壓泵吸油口再利用的方案，系統(tǒng)節(jié)能率約為23.6%；
1、對(duì)上述方案進(jìn)行了仿真，并研究了蓄能器有效工作容積與節(jié)能效率的關(guān)系，隨后開展了試驗(yàn)分析，證明能量回收效率約為34%；對(duì)上述方案進(jìn)行了研究，系統(tǒng)節(jié)能效率約為17.1%；仿真研究了這種方案，并采用主泵為蓄能器補(bǔ)油。由于蓄能器壓力非線性引入，直接采用蓄能器回收叉車的重力勢能要求在工作裝置下降時(shí)采用節(jié)流方式控制，或增大蓄能器壓力使其提供的力大于負(fù)載重力，并引入主動(dòng)力源向有桿腔供油控制下降速度，這就導(dǎo)致速度控制特性相對(duì)較差。研究了增設(shè)一套液壓泵/馬達(dá)構(gòu)成液壓混合動(dòng)力系統(tǒng)，通過泵馬達(dá)將工作裝置重力勢能存入蓄能器。

2、通過在叉車系統(tǒng)中增設(shè)液壓泵/馬達(dá)、電動(dòng)發(fā)電機(jī)和超級(jí)電容回收叉車勢能；也對(duì)上述類似方案進(jìn)行了研究，獲得23.34%的勢能回收效率；針對(duì)上述方案，設(shè)計(jì)了電機(jī)轉(zhuǎn)速模糊控制和勢能回收系統(tǒng)控制策略，仿真結(jié)果表明勢能回收效率有很大提高，經(jīng)試驗(yàn)測試，增加能量回收系統(tǒng)的電動(dòng)叉車工作時(shí)間可延長11.6%；研究了基于雙液壓馬達(dá)發(fā)電機(jī)的叉車勢能回收系統(tǒng)，在需求回收功率低時(shí)采用小功率的回收單元，并通過試驗(yàn)證明所提方案的可行性；為了充分降低能量回收系統(tǒng)的復(fù)雜度，設(shè)計(jì)電動(dòng)開式容積叉車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，采用主電動(dòng)機(jī)和液壓泵作為能量回收單元，并研究電動(dòng)機(jī)功率對(duì)能量效率的影響。

綜上所述，采用液壓回收方式，即直接采用蓄能器回收難以控制下降速度，尤其是對(duì)于單臺(tái)叉車而言，該叉車持續(xù)舉升貨物工作或者下放貨物工作，回收的能量將無處可用，同時(shí)由于蓄能器容積有限，無法每次都回收勢能，總體效果有限；采用電能回收方式，同樣也受蓄電池SOC制約，尤其能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)相對(duì)于液壓方式更復(fù)雜，總體效率有限。另外采用電動(dòng)/發(fā)電機(jī)回收叉車重力勢能，能量回收效率在很大程度上受發(fā)電機(jī)工作轉(zhuǎn)速限制，轉(zhuǎn)速為600 r/min時(shí)回收效率為27.87%，而當(dāng)轉(zhuǎn)速1200 r/min時(shí)回收效率可達(dá)79.29%。

本研究針對(duì)智能化工廠中常用的叉車進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了叉車重力勢能高效回收再利用系統(tǒng)，并針對(duì)叉車舉升貨物和下放貨物時(shí)空的不一致，初步給出了結(jié)合調(diào)度系統(tǒng)的回收能量再利用方法，獲得了如下結(jié)論：

(1) 結(jié)合現(xiàn)有叉車調(diào)度系統(tǒng)，給出了叉車能量回收和再利用調(diào)度方法；

(2) 新設(shè)計(jì)的能量回收系統(tǒng)，整個(gè)升降過程能量效率較高，平均系統(tǒng)效率80%以上；

(3) 與傳統(tǒng)無回收系統(tǒng)相比，節(jié)能比例高達(dá)76.9%。

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