隨著導(dǎo)航控制和運(yùn)動控制技術(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,而未充分考慮單臺叉車帶載提升和帶載下降并不是一個工作循環(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,并通過自動調(diào)度系統(tǒng)協(xié)調(diào),實現(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),推動輸送機(jī)器人綠色運(yùn)行技術(shù),推動行業(yè)技術(shù)進(jìn)步.

 隨著工業(yè)自動化快速發(fā)展，越來越多的輸送機(jī)器人應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，實現(xiàn)貨物的搬運(yùn)和存儲。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)，實現(xiàn)自動調(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到倉儲區(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；對于發(fā)動機(jī)驅(qū)動的叉車，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叉車系統(tǒng)，為動力源節(jié)能提供了基礎(chǔ)。

二、對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，隨后開展了試驗分析，證明能量回收效率約為34%；對上述方案進(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較差。研究了增設(shè)一套液壓泵/馬達(dá)構(gòu)成液壓混合動力系統(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)、電動發(fā)電機(jī)和超級電容回收叉車勢能；也對上述類似方案進(jìn)行了研究，獲得23.34%的勢能回收效率；針對上述方案，設(shè)計了電機(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)試驗測試，增加能量回收系統(tǒng)的電動叉車工作時間可延長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采用小功率的回收單元，并通過試驗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)計電動開式容積叉車驅(qū)動系統(tǒng)，采用主電動機(jī)和液壓泵作為能量回收單元，并研究電動機(jī)功率對能量效率的影響。

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，尤其是對于單臺叉車而言，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)相對于液壓方式更復(fù)雜，總體效率有限。另外采用電動/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時回收效率為27.87%，而當(dāng)轉(zhuǎn)速1200 r/min時回收效率可達(dá)79.29%。

本研究針對智能化工廠中常用的叉車進(jìn)行了研究，設(shè)計了叉車重力勢能高效回收再利用系統(tǒng)，并針對叉車舉升貨物和下放貨物時空的不一致，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)計的能量回收系統(tǒng)，整個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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