CN107961990A - 一种建筑垃圾分拣系统和分拣方法 - Google Patents
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Abstract
一种建筑垃圾分拣系统和分拣方法，包括传送带装置、检测装置、分拣装置和控制装置；该传送带装置变速分散地传送物料；该检测装置安装于传送带装置上方以检测图像信息；该分拣装置安装于传送带装置上方以根据控制命令分拣物料；该控制装置与检测装置和分拣装置相连以对图像信息进行处理得到质心、旋转角和物料种类，从而控制分拣装置动作进行分拣。本发明可大大提高分拣的效率，同时又不耗费过多人力，完善了建筑垃圾分拣产线。
Description
技术领域
本发明涉及建筑垃圾分拣领域，别是一种建筑垃圾分拣系统和分拣方法。
背景技术
目前国内建筑垃圾分拣行业刚刚兴起，面对的主要问题有：分拣效率低，主要为人工分拣，分拣环境较差，人力成本高，没有较为智能化的分拣产线。现有的执行系统主要由正负压气流鼓吹分离系统、磁铁吸附，振动筛分及人工拾捡。现有的检测系统大多为依靠人眼识别，或者采用相应的机器视觉设备。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中垃圾分拣产线效率低下，过分依赖人力的问题，提出一种提高分拣效率、省时省力的建筑垃圾分拣系统和分拣方法。
本发明采用如下技术方案：
一种建筑垃圾分拣系统，其特征在于：包括传送带装置、检测装置、分拣装置和控制装置；该传送带装置变速分散地传送物料；该检测装置安装于传送带装置上方以检测图像信息；该分拣装置安装于传送带装置上方以根据控制命令分拣物料；该控制装置与检测装置和分拣装置相连以对图像信息进行处理得到质心、旋转角和物料种类，从而控制分拣装置动作进行分拣。
所述传送带装置包括慢速传送带和快速传送带，该慢速传送带为阶梯状传送带，该快速传送带位于慢速传送带的一端。
所述检测装置包括暗箱、CCD相机和光源，该暗箱架设于所述传送带装置上，该CCD相机和光源固定于暗箱内。
所述分拣装置包括三轴运动模组、抓取模组、伺服电机模块和舵机模块；该三轴运动模组与抓取装置相连；该伺服电机模块与三轴云端模组相连以驱动其移动定位，该舵机模块与抓取模组相连以驱动其抓取或释放物料。
所述控制装置包括上位机和下位机，该上位机与所述检测装置相连，该下位机与所述分拣装置相连。
一种建筑垃圾分拣方法，其特征在于：包括如下步骤
1)将物料分散地运送以采集物料的图像信息，并进行图像处理得到质心和旋转角；
2)选取质心位置周围的若干像素点，根据像素值判断物料种类；
3)根据质心、旋转角和物料种类结合运动控制算法进行分拣。
所述图像处理包括图像灰度化、图像滤波、图像二值化、边缘检测、寻找轮廓、筛选获取有效轮廓、计算轮廓距得到质心和旋转角。
所述运动控制算法包括设置定时器、选取合适轮廓、判断物料是否进入可抓取范围、设置插补运动系相对坐标、判断物料到达时间、执行抓取动作并保持、继续执行插补运动到指定位置、判断物料到达时间、执行释放动作。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的系统和方法，可大大提高分拣的效率，同时又不耗费过多人力，完善了建筑垃圾分拣产线。长远来看，随着资源的日渐枯竭，建筑垃圾的回收再利用必将成为建筑原材料获取的有效途径，这套系统，也使建筑工程走向了闭环化，使得建筑原材料再也不是一次性资源，为建筑工程的绿色化做出了巨大的贡献。
附图说明
图1为本发明系统结构图；
图2为检测装置内部结构图；
图3为本发明系统模块图；
其中：10、传送带装置，11、慢速传送带，12、快速传送带，20、检测装置，21、暗箱，22、CCD相机，23、光源，30、分拣装置，31、三轴运动模组，32、抓取模组，33、伺服电机模块，34、舵机模块，40、控制装置，41、上位机，42、下位机，50、分拣箱。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
参照图1、图2和图3，一种建筑垃圾分拣系统，包括传送带装置10、检测装置20、分拣装置30、控制装置40和分拣箱50等。该传送带装置10包括慢速传送带11和快速传送带12，该慢速传送带11为阶梯状传送带用于将物料分散得传送以避免重叠，该快速传送带12位于慢速传送带11的一端以使物料间的间距变大。
该检测装置20安装于传送带装置10上方以检测图像信息。其包括暗箱21、CCD相机22和光源23等。该暗箱21架设于传送带装置10上，其为检测环境的稳定提供保障。该CCD相机22和光源23固定于暗箱21内，该光源23为检测环境提供光照，以确保CCD相机22正常拍摄照片。
该分拣装置30安装于传送带装置10上方以根据控制命令分拣物料。其包括三轴运动模组31、抓取模组32、伺服电机模块33和舵机模块34等。该三轴运动模组31与抓取模组32相连以带动其移动，其为XYZ三个方向的精密模组，为同步带传动模组，可通过编程控制实现直线插补、圆弧插补，在控制范围内可实现快速移动，提高效率。该三轴运动模组31包括导轨、滑块以及同步带。导轨提供运动轨道，以及对运动范围的限制。滑块使得三个方向的运动可以顺畅的运行，同时可以做出任意的插补。同步带保证了运动的精确性，使抓取模组32可以精确到到达任意位置。
该伺服电机模块33与三轴运动模组31相连以驱动其移动定位。其包括伺服电机、编码盘、驱动器以及抱匣装置。在三轴运动模组31的三个方向上都装有伺服电机以及编码盘，配套相应的驱动器。在竖直方向的伺服电机还配有抱匣系统，以防止停电带来安全隐患。
抓取模组32为机械手，其可为由双舵机驱动的机械夹具和由单舵机与气压配合驱动的气缸夹具。机械夹具其可以是非标齿轮以及金属手指，该金属手指的抓取部位为齿条状，以保证有足够大摩擦系数，由舵机模块34驱动进行抓取或释放物料。该舵机模块34为采用STM32芯片控制的双舵机模块，一舵机负责机械爪的抓放，一舵机负责机械爪的转角。该气缸夹具还可以是气动手指，气动手指上加装金属手指，以扩大抓取范围，由单舵机负责转向，气动手指通过电磁阀控制气压的输入输出，以实现手指的抓放。
控制装置40包括上位机41和下位机42，该上位机41与检测装置20相连，其为工业控制公共机，负责处理CCD相机22传输回来的图像得到质心、旋转角和物料种类，并根据运动控制算法控制发出控制命令。该下位机42与分拣装置30相连，其为专用驱动控制卡，接收处理后的信息，发出信号控制驱动器发送相应脉冲至伺服电机和舵机，控制抓取模组32做出相应的动作以及姿态实现分拣。包括有至少两分拣箱50，分别位于传送带装置10的侧边，用于放置物料，以便统一处理。
本发明还提出一种建筑垃圾分拣方法，包括如下步骤
1)通过传送带装置10将物料分散地运送，到达检测区域时，检测装置20的CCD相机22采集物料的图像信息，送至上位机41进行图像处理得到质心和旋转角。该图像处理包括图像灰度化、图像滤波、图像二值化、边缘检测、寻找轮廓、筛选获取有效轮廓、计算轮廓距得到质心和旋转角。
图像灰度化：根据灰度化公式：Y＝0.3R+0.59G+0.11B，R为红色通道的亮度值，G为绿色通道的亮度值，B为蓝色通道的亮度值。
图像滤波：选择均值滤波，均值滤波计算速度较快，效果也不错。主要用该像素点的四邻域或者八邻域的像素的平均值作为该点的像素值。
图像二值化：当某一点的灰度值大于55时，令该点的像素值为255，反之取0；
边缘检测：采用改良后的canny算法，省去滤波步骤，直接进行梯度幅值运算，分别进行幅值和梯度角的运算。然后进行非极大值抑制(NMS)，在梯度方向上利用插值法计算梯度方向上的幅值，确定该点是否为局部极大值点，若为极大值点，则保留。反之，置零。
寻找轮廓：先找到某一物体左上角的边界点作为起始点A，按右,右下,下,左下,左,左上,上,右上的顺序找相邻点中的边界点，以该点为起始点做同样的操作，直到回到A点。
筛选轮廓：通过计算边界内点的个数作为面积，以面积的大小作为判断依据，当面积的大小大于某一固定值(通过经验得知)，即认为是有效轮廓。
计算轮廓矩：通过计算轮廓矩，可得到轮廓的质心以及旋转角。
2)选取质心位置周围的若干像素点，根据像素值判断物料种类。例如：在原彩色图像中，质心位置的周围随机选取15个像素点，根据像素值判断最大概率下的颜色，若为红色，则大概率为砖头，若为灰色，则大概率为混凝土。通过二者信息的结合，便可实现对物体的定位定性，以方便后续步骤的分类及抓取。
3)根据质心、旋转角和物料种类结合运动控制算法进行分拣。运动控制算法包括设置定时器、选取合适轮廓、判断物料是否进入可抓取范围、设置插补运动系相对坐标、判断物料到达时间、执行抓取动作并保持、继续执行插补运动到指定位置、判断物料到达时间、执行释放动作、回零、坐标清除。
本发明主要对于砖头和混凝土等建筑垃圾的分拣取得了不错的效果，随着建筑材料价格的提高，建筑垃圾的回收再利用成为了建筑垃圾原材料获取的一种更为有效的手段。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (8)
1.一种建筑垃圾分拣系统，其特征在于：包括传送带装置、检测装置、分拣装置和控制装置；该传送带装置变速分散地传送物料；该检测装置安装于传送带装置上方以检测图像信息；该分拣装置安装于传送带装置上方以根据控制命令分拣物料；该控制装置与检测装置和分拣装置相连以对图像信息进行处理得到质心、旋转角和物料种类，从而控制分拣装置动作进行分拣。
2.如权利要求1所述的一种建筑垃圾分拣系统，其特征在于：所述传送带装置包括慢速传送带和快速传送带，该慢速传送带为阶梯状传送带，该快速传送带位于慢速传送带的一端。
3.如权利要求1所述的一种建筑垃圾分拣系统，其特征在于：所述检测装置包括暗箱、CCD相机和光源，该暗箱架设于所述传送带装置上，该CCD相机和光源固定于暗箱内。
4.如权利要求1所述的一种建筑垃圾分拣系统，其特征在于：所述分拣装置包括三轴运动模组、抓取模组、伺服电机模块和舵机模块；该三轴运动模组与抓取装置相连；该伺服电机模块与三轴云端模组相连以驱动其移动定位，该舵机模块与抓取模组相连以驱动其抓取或释放物料。
5.如权利要求1所述的一种建筑垃圾分拣系统，其特征在于：所述控制装置包括上位机和下位机，该上位机与所述检测装置相连，该下位机与所述分拣装置相连。
6.一种建筑垃圾分拣方法，其特征在于：包括如下步骤
1)将物料分散地运送以采集物料的图像信息，并进行图像处理得到质心和旋转角；
2)选取质心位置周围的若干像素点，根据像素值判断物料种类；
3)根据质心、旋转角和物料种类结合运动控制算法进行分拣。
7.如权利要求6所述的一种建筑垃圾分拣方法，其特征在于：所述图像处理包括图像灰度化、图像滤波、图像二值化、边缘检测、寻找轮廓、筛选获取有效轮廓、计算轮廓距得到质心和旋转角。
8.如权利要求6所述的一种建筑垃圾分拣方法，其特征在于：所述运动控制算法包括设置定时器、选取合适轮廓、判断物料是否进入可抓取范围、设置插补运动系相对坐标、判断物料到达时间、执行抓取动作并保持、继续执行插补运动到指定位置、判断物料到达时间、执行释放动作。
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