摘 要：作为一种新型物流仓储搬运设备，智能空中机械手在覆盖范围、空间利用率、精准调度等方面具有优势。本文结合山西迎才物流设备科技有限公司设计并实施的智能空中机械手系统，主要介绍了在某铝材厂挤压车间中的实际应用情况，对其如何实现自动搬运及仓储调度，以及具有的技术创新点和竞争优势等进行了分析。
关键词：智能空中机械手、铝材生产车间、自动化物流、智能化
智能空中机械手是一种新型的物流仓储搬运设备，通常布置于生产线或仓库上部区域，通过其自身配备的横向驱动系统、纵向驱动系统及升降抓取装置，实现覆盖X、Y、Z轴的全空间搬运调度。在生产车间应用方面，通过特定的规划布置，可以在不影响地面互通性的情况下，完成不同生产线间的无人化调度。在仓库应用方面，结合专业的仓储管理调度系统，可以在不配置货架的情况下，实现类似于常规立体仓库的无人化存储及出入库自动调度。
图1：智能空中机械手系统在铝材生产车间的应用
因此，在新型自动化物流仓储系统中，智能空中机械手系统借助其强大的覆盖度、巧妙的空间利用率及高精度的智能化调度，可以实现高效、经济和灵活的无人化生产和仓储。
一、智能空中机械手的总体结构和特点
智能空中机械手在硬件体系上是一种类行车结构，因此在某些项目中也被称为智能行车。根据真实的覆盖需求和作业要求，该类设备主要可分为三维结构机型和二维结构机型。三维结构机型要在车间内实现前后、左右、上下三个维度的动作，其结构跟常规双梁行车类似，要配置可前后移动的双梁大车车体及其运行机构。在该车体上再布置一小车车体及其运行机构来实现左右移动。在小车车体上布置有起升机构，负责升降吊取或抓取货物。而二维结构机型是在某些作业环境下，只需要实现前后（或左右）、上下两个维度的动作，其结构将更为紧凑，不需配置大车车体及其运行机构，由小车车体直接运行在相应的轨道上，其余结构不变。
图2：某板材家具厂应用智能空中机械手 实现板材自动调度、组合
在结构上，智能空中机械手与常规行车最明显的区别，在于其起升机构下端附着的专用吊具或抓具，可根据实际抓取的货物进行匹配设计，配合相应的检测系统，实现无人参与情况下自动平稳地取放货。同时，不同于人工参与的吊取作业，该设备对于升降过程中的平稳性、准确性，以及调运货物过程中的安全性都有极高要求，要配备相应的限位及锁止装置来保障整个作业稳定运作。如升降机构需采用刚性嵌套伸缩结构或柔性驱动加剪刀臂限位结构，来实现吊具平稳、垂直的升降动作，确保抓取动作准确无偏差。
此外，在软硬件体系中，还将根据具体项目的实际情况，在三个动作维度配备激光测距或条码扫描装置，实现精准定位。关键机构的减速电机选用变频控制系统，实现无极调速及平稳启停。自动抓取吊具上配备货物探测开关、载货开关、是否成功抓取检测开关、货物条码扫描装置等辅助检测装置，一系列的保护性、检测性硬件及配套软件系统确保设备可无人化自动运作。
图3：某铝材厂应用智能空中机械手 实现产品自动出入库
二、某铝材厂挤压车间智能空中机械手系统自动搬运及仓储调度的实现
图4是某铝材厂一个挤压车间从装框至时效前后的平面布局图，主要由挤压装框区、时效作业区、地面暂存库区、后续工序对接区构成。智能空中机械手主要用于实现挤压装框区空框供应与满框收集，满框送时效炉前并叠放为4框1垛待入炉（见图5），时效后拆分为单框运走或送至地面指定位置暂存并进行数据管理，暂存区满框或时效后满框送至后续工序对接码头等全部环节的物流搬运，整个系统稳定可靠、灵活机动，并在满足当前工艺与产能需求的同时，留有极佳的升级拓展空间。
图4：挤压车间后段自动化物流及暂存库平面布局图
截至2022年8月，该车间区域借助智能空中机械手系统已初步实现了生产调度自动化运转、信息自动采集收录、区域内各工序间搬运无人化，成为一个可以系统化对接前后工序的智能车间。
图5：挤压车间后段自动化物流及暂存库立面示意图
车间范围内，各工序具体调度方式与流程如下：
1.空料框供应
生产过程中，当挤压机装框区域向上级系统反馈缓存工位需要补充空料框时，智能空中机械手管理调度系统将命令下发给智能空中机械手，令其从待命位置运行至区域内暂存的空料框或后端空料框码头上部，自动吊取空料框至指定空框缓存码头。
2.满托盘搬运
挤压机装框区域装框完成，输送至满框缓存码头时，向上级系统反馈请求搬运信号，智能空中机械手管理调度系统将调度空中机械手自动吊取该满框料，随后根据系统中对其后续工序的安排，搬运至时效炉待入炉区或地面暂存区指定位置。
3.时效炉出入拆、叠垛及搬运
