CN108273761A - 一种分拣建筑垃圾的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种分拣建筑垃圾的装置及方法，其是基于六自由度机械手采用激光传感器获取物料的轮廓、位置及高度等信息，然后再指导六自由度机械手抓取物料的过程中，通过六自由度机械手上的拉力传感器，获得抓取物料的重量信息。最后利用物料的重量信息及空间体积信息即可大致估算出该物料的密度，从而判断出物料的类型。采用密度识别的方法对建筑垃圾进行精确的分拣，大大减低了分拣的错误率，通过智能规划六自由度机械手的运动路径，既能快速定位物料坐标，也保证物料的分类效率，实现准确分拣物料，大大提高工作效率，节省人力资源。
Description
技术领域
本发明涉及环保的技术领域，特别是指一种分拣建筑垃圾的装置及方法。
背景技术
随着工业化、城市化进程的加速，建筑行业也将快速的发展，相伴而产生的建筑垃圾也会日益增多。建筑垃圾并不是真正的垃圾，而是放错了地方的“黄金”，建筑垃圾经分拣、剔除或粉碎后，大多可以作为再生资源重新利用如：废钢筋、废铁丝、废电线等金属，经分拣、集中、重新回炉后，可以再加工制造成各种规格的钢材。其中，建筑垃圾中各物料(包括：木头、塑料、砖头、混凝土、玻璃、钢材等)的有效分离，是影响建筑垃圾骨料再生质量的关键技术环节。如何高效分离出建筑垃圾中上述各种物料的关键技术问题在于能否得到一种有效的分拣技术。目前常采用筛分、磁选以及风选，但是筛分是对建筑垃圾进行初步预分拣处理，分拣精度较低；磁选去除建筑垃圾混合物中的铁金属，分拣对象较为单一；风选法存在轻重物质混杂，难以有效分离干净这一技术问题，现有的建筑垃圾回收技术薄弱，未形成专业化的技术体系，且常存在分离不彻底的现象。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的各自缺点，而提供一种可精确分拣建筑垃圾物料的分拣建筑垃圾的装置及方法。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种分拣建筑垃圾的装置，其包括六自由度机械手、传送带、激光传感器及称重传感器，六自由度机械手设置在传送带的一侧，该六自由度机械手内设有主控芯片，所述激光传感器设置在传送带的上方，位于六自由度机械手之前，该激光传感器与六自由度机械手的主控芯片连接，将从传送带上获取的物料的位置、轮廓及高度信息传送给主控芯片，所述称重传感器与六自由度机械手的主控芯片连接，将物料的重量信息发送给主控芯片，主控芯片根据物料的位置、轮廓、高度及传送带的速度，控制六自由度机械手抓取物料的位置和时间，并计算物料的体积，通过物料的重量及体积计算得出物料的密度，再将该物料的密度与不同的物料密度进行对比，得出最相近的物料类型，再由主控芯片规划出六自由机械手的运动轨迹，将物料抓取至所属的物料堆中。
进一步，所述物料的体积是利用积分进行估算，体积的计算公式为：
其中，D为物料的轮廓区域；s(x,y)为物料的面积函数；h＝h(x,y)为物料的高度函数；Δx为两个激光点在x轴方向的距离差；Δy为两个激光点在y轴方向的距离差；hi,j为位于(xi、yj)点处的高度，i＝1～n,j＝1～m。
进一步，所述称重传感器为拉力传感器，该拉力传感器竖直设置在六自由度机械手上。
进一步，所述激光传感器通过一固定架设置在传送带的上方。
进一步，所述传送带的一侧设有多个分类盒。
进一步，所述六自由度机械手包括腕臂部件、小臂部件及大臂部件。
一种使用所述分拣建筑垃圾的装置分拣建筑垃圾的方法，包括以下步骤：
步骤1：将待拣物料散布在传送带上，设置传送带的传送速度，将待拣物料传送到激光传感器下方；
步骤2：激光传感器识别到待拣物料，对待拣物料进行扫描，获取待拣物料的坐标及三维模型信息并发送至主控芯片；
步骤3：主控芯片通过待拣物料的坐标、三维模型信息及传送带的速度控制六自由度机械手抓取待拣物料并计算出待拣物料的体积；
步骤4：所述称重传感器为拉力传感器，该拉力传感器竖直向下安装在六自由度机械手上，六自由度机械手抓取物料匀速上升，通过采集拉力传感器的信息获得待拣物料的重量，通过待拣物料的重量信息和体积信息得出待拣物料的密度；
步骤5：将待拣物料的密度与已知物料的密度进行比较，判断出待拣物料的类型；
步骤6：主控芯片规划出六自由度机械手的运动轨迹，控制六自由度机械手将待拣物料放置到指定的所述物料堆中。
本发明还可采用如下的技术方案：
一种使用所述分拣建筑垃圾的装置分拣建筑垃圾的方法，包括以下步骤：
步骤1：通过称重传感器获取待拣物料的重量，并将重量信息发送至主控芯片；
步骤2：将待拣物料散布在传送带上，设置传送带的传送速度，将待拣物料传送到激光传感器下方；
步骤:3：激光传感器识别到待拣物料，对待拣物料进行扫描，获取待拣物料的坐标及三维模型信息并发送至主控芯片；
步骤4：主控芯片通过待拣物料的坐标、三维模型信息及传送带的速度控制六自由度机械手抓取待拣物料并计算出待拣物料的体积；
步骤5：通过待拣物料的重量信息和体积信息得出待拣物料的密度；
步骤6：将待拣物料的密度与已知物料的密度进行比较，判断出待拣物料的类型；
步骤7：主控芯片规划出六自由度机械手的运动轨迹，控制六自由度机械手将待拣物料放置到指定的所述物料堆中。
本发明分拣建筑垃圾的装置及方法的关键在于，通过称重传感器及激光传感器相结合，得到物料的密度，从而完成物料的识别，采用密度识别的方法对建筑垃圾进行精确的分拣，大大减低了分拣的错误率，通过智能规划六自由度机械手的运动路径，既能快速定位物料坐标，也保证物料的分类效率，实现准确分拣物料，大大提高工作效率，节省人力资源。
本发明是基于六自由度机械手采用激光传感器获取物料的轮廓、位置及高度等信息，然后再指导六自由度机械手抓取物料的过程中，通过六自由度机械手上的拉力传感器，获得抓取物料的重量信息。最后利用物料的重量信息及空间体积信息即可大致估算出该物料的密度，从而判断出物料的类型。本发明采用密度识别的方法对建筑垃圾进行精确的分拣，具有较强的应用价值，推进该技术的研发，可以有效突破资源回收利用的共性瓶颈，避免环境污染和资源浪费，促进行业发展进一步转型升级。本发明可用于不同物料的分拣，不限于建筑垃圾的分拣，也可拓展到生活垃圾、矿物废渣、农业等其他不同物料的分拣处理中。
附图说明
图1为本发明建筑垃圾分拣系统。
图2为本发明物料体积计算示意图。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
如图1所示，本发明揭示了一种分拣建筑垃圾的装置，其包括六自由度机械手1、传送带2、激光传感器3及称重传感器4，六自由度机械手1设置在传送带2的一侧，如图所示，所述六自由度机械手1包括腕臂部件11、小臂部件12及大臂部件13，该六自由度机械手1内设有主控芯片(图中未示意)，所述激光传感器设置在传送带2的上方，位于六自由度机械手1之前，如图所示，本实施例中，所述激光传感器3是通过一固定架5固定在传送带2的上方，激光传感器5在本实施例中为多个点激光传感器，利用点激光传感器3获取物料A的高度、位置及轮廓等信息，除此以外，激光传感器3也可采用二维激光传感器对物料信息进行采集，该激光传感器3与六自由度机械手1的主控芯片连接，将从传送带2上获取的物料A的位置、轮廓及高度信息传送给主控芯片，所述称重传感器4与六自由度机械手1的主控芯片连接，将物料A的重量信息发送给主控芯片，本实施例中，该称重传感器4为拉力传感器，该拉力传感器安装在六自由度机械手1的腕臂部件11上，当然也可放置于其他的位置，如置于六自由度机械手1的小臂部件12上，但需保证拉力传感器的安装位置竖直向下，通过拉力传感器获取物料A的重量信息，只要能获得重量信息，并不限于拉力传感器，例如也可通过重力传感器获取物料A的重量信息；主控芯片根据物料A的位置、轮廓、高度及传送带2的速度，控制六自由度机械手1抓取物料的位置和时间，并计算物料A的体积，通过物料A的重量及体积计算得出物料的密度，再将该物料A的密度与不同的物料密度进行对比，得出最相近的物料类型，再由主控芯片规划出六自由机械手1的运动轨迹，将物料A抓取至所属的物料堆中，如图所示，本实施例是于传送带2的一侧设置多个分类盒6，六自由机械手1将物料A抓取至对应类型的分类盒6中。
本发明的工作过程如下：建筑垃圾物料混合物由传送带2输送装置输送至预定的区域，被检测的物料混合物在t1时刻通过激光传感器3的测量区域时，获得物料A的位置、轮廓及高度等信息。根据物料的位置、传送带2的速度v等信息可以知道物料在任意时刻t的位置；根据上述轮廓及高度，可以利用积分大致估算物料的体积，如图2所示，图中虚线与虚线的交点为点激光传感器3的测量点，实际中各激光测量点无限靠近，图中示意达到说明原理即可，其体积计算公式如下所示：
其中，D为物料的轮廓区域；s(x,y)为物料的面积函数；h＝h(x,y)为物料的高度函数；Δx为两个激光点在x轴方向的距离差；Δy为两个激光点在y轴方向的距离差；hi,j为位于(xi、yj)点处的高度，i＝1～n,j＝1～m。
根据物料在任意时刻t的位置信息可以计算六自由度机械手1自动化执行系统抓取物料的位置和时刻。在六自由度机械手1抓取物料匀速上升的过程中，通过采集固连在六自由度机械手1上的拉力传感器4的信息可以获得物料A的重量。通过物料的重量信息和体积信息，根据密度公式ρ＝m/V，可以进一步计算其对应的密度信息，进而与分类盒6中不同物料密度进行对比，最相近的即为物料类型。最后由物料堆所属位置信息以及六自由度机械手1当前的位置信息，智能规划出六自由度机械手1的最短无碰撞运动轨迹，六自由度机械手1按照运动轨迹拾取传送带2上的目标建筑垃圾物料A，放置到分类盒6对应所属的物料堆中，从而完成一个建筑垃圾物料分拣。
本发明还揭示了一种使用所述分拣建筑垃圾的装置分拣建筑垃圾的方法，其中，所述的称重传感器为拉力传感器，包括以下步骤：
步骤1：将待拣物料散布在传送带上，设置传送带的传送速度，将待拣物料传送到激光传感器下方；
步骤2：激光传感器识别到待拣物料，对待拣物料进行扫描，获取待拣物料的坐标及三维模型信息并发送至主控芯片；
步骤3：主控芯片通过待拣物料的坐标、三维模型信息及传送带的速度控制六自由度机械手抓取待拣物料并计算出待拣物料的体积；
步骤4：所述称重传感器为拉力传感器，该拉力传感器竖直向下安装在六自由度机械手上，六自由度机械手抓取物料匀速上升，通过采集拉力传感器的信息获得待拣物料的重量，通过待拣物料的重量信息和体积信息得出待拣物料的密度；
步骤5：将待拣物料的密度与已知物料的密度进行比较，判断出待拣物料的类型；
步骤6：主控芯片规划出六自由度机械手的运动轨迹，控制六自由度机械手将待拣物料放置到指定的所述物料堆中。
若所述称重传感器4为重力传感器，则采用如下方法
一种使用所述分拣建筑垃圾的装置分拣建筑垃圾的方法，包括以下步骤：
步骤1：通过称重传感器获取待拣物料的重量，并将重量信息发送至主控芯片；
步骤2：将待拣物料散布在传送带上，设置传送带的传送速度，将待拣物料传送到激光传感器下方；
步骤:3：激光传感器识别到待拣物料，对待拣物料进行扫描，获取待拣物料的坐标及三维模型信息并发送至主控芯片；
步骤4：主控芯片通过待拣物料的坐标、三维模型信息及传送带的速度控制六自由度机械手抓取待拣物料并计算出待拣物料的体积；
步骤5：通过待拣物料的重量信息和体积信息得出待拣物料的密度；
步骤6：将待拣物料的密度与已知物料的密度进行比较，判断出待拣物料的类型；
步骤7：主控芯片规划出六自由度机械手的运动轨迹，控制六自由度机械手将待拣物料放置到指定的所述物料堆中。
本发明分拣建筑垃圾的装置及方法的关键在于，通过称重传感器及激光传感器相结合，得到物料的密度，从而完成物料的识别，采用密度识别的方法对建筑垃圾进行精确的分拣，大大减低了分拣的错误率，通过智能规划六自由度机械手的运动路径，既能快速定位物料坐标，也保证物料的分类效率，实现准确分拣物料，大大提高工作效率，节省人力资源。
本发明是基于六自由度机械手采用激光传感器获取物料的轮廓、位置及高度等信息，然后再指导六自由度机械手抓取物料的过程中，通过六自由度机械手上的拉力传感器，获得抓取物料的重量信息。最后利用物料的重量信息及空间体积信息即可大致估算出该物料的密度，从而判断出物料的类型。本发明采用密度识别的方法对建筑垃圾进行精确的分拣，具有较强的应用价值，推进该技术的研发，可以有效突破资源回收利用的共性瓶颈，避免环境污染和资源浪费，促进行业发展进一步转型升级。本发明可用于不同物料的分拣，不限于建筑垃圾的分拣，也可拓展到生活垃圾、矿物废渣、农业等其他不同物料的分拣处理中。
针对本发明分拣建筑垃圾的装置进行如下试验：
试验目的：通过本发明分拣建筑垃圾的装置将木头、塑料管、混凝土及钢材分离，并放置在相对应的分类盒中。
试验原理：根据主控芯片检测出来的物料密度与木头、塑料管、、混凝土及钢材的密度进行比较，最相近的即为物料种类。
试验过程如下：
A：散布木头、塑料管、混凝土、钢材于传送带2上，每种类型的数量各100份，总共600份。
B：打开开关，设置传送带的速度，传输木头、塑料管、混凝土、钢材到激光传感器的下方。
C：木头、塑料管、混凝土、钢材经过三维激光扫描仪4的测量区域，获得物料坐标及三维模型信息。
D：根据物料的位置信息、传送带的速度等信息，主控芯片下达命令控制六自由度机械手1抓取物料。
E：六自由度机械手1抓取物料匀速上升，通过采集固连在六自由度机械手1上的拉力传感器4信息，获得物料的重量。通过物料的重量信息和体积信息，进一步计算其对应的密度信息，通过与已知木头、塑料管、混凝土、钢材的密度做比较，判断出物料的类型。
F：系统规划出六自由度机械手1的运动轨迹，指导其将物料放置到指定的所属的分类盒中。
实验数据处理：
试验结果验证：传送带2上的木头、塑料管、混凝土、钢材抓取分类完毕，且都被准确的放置到相应的分类盒中。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (9)
1.一种分拣建筑垃圾的装置，其特征在于，包括：六自由度机械手、传送带、激光传感器及称重传感器，六自由度机械手设置在传送带的一侧，该六自由度机械手内设有主控芯片，所述激光传感器设置在传送带的上方，位于六自由度机械手之前，该激光传感器与六自由度机械手的主控芯片连接，将从传送带上获取的物料的位置、轮廓及高度信息传送给主控芯片，所述称重传感器与六自由度机械手的主控芯片连接，将物料的重量信息发送给主控芯片，主控芯片根据物料的位置、轮廓、高度及传送带的速度，控制六自由度机械手抓取物料的位置和时间，并计算物料的体积，通过物料的重量及体积计算得出物料的密度，再将该物料的密度与不同的物料密度进行对比，得出最相近的物料类型，再由主控芯片规划出六自由机械手的运动轨迹，将物料抓取至所属的物料堆中。
2.如权利要求1所述的一种分拣建筑垃圾的装置，其特征在于：所述物料的体积是利用积分进行估算，体积的计算公式为：
其中，D为物料的轮廓区域；s(x,y)为物料的面积函数；h＝h(x,y)为物料的高度函数；Δx为两个激光点在x轴方向的距离差；Δy为两个激光点在y轴方向的距离差；hi,j为位于(xi、yj)点处的高度，i＝1～n,j＝1～m。
3.如权利要求1所述的一种分拣建筑垃圾的装置，其特征在于：所述称重传感器为拉力传感器，该拉力传感器竖直设置在六自由度机械手上。
4.如权利要求1所述的一种分拣建筑垃圾的装置，其特征在于：所述激光传感器通过一固定架设置在传送带的上方。
5.如权利要求1所述的一种分拣建筑垃圾的装置，其特征在于：所述传送带的一侧设有多个物料分类盒。
6.如权利要求1所述的一种分拣建筑垃圾的装置，其特征在于：所述六自由度机械手包括腕臂部件、小臂部件及大臂部件。
7.如权利要求1所述的一种分拣建筑垃圾的装置，其特征在于：所述激光传感器为多个点传感器或者二维激光传感器。
8.一种使用如权利要求1所述分拣建筑垃圾的装置分拣建筑垃圾的方法，包括以下步骤：
步骤1：将待拣物料散布在传送带上，设置传送带的传送速度，将待拣物料传送到激光传感器下方；
步骤2：激光传感器识别到待拣物料，对待拣物料进行扫描，获取待拣物料的坐标及三维模型信息并发送至主控芯片；
步骤3：主控芯片通过待拣物料的坐标、三维模型信息及传送带的速度控制六自由度机械手抓取待拣物料并计算出待拣物料的体积；
步骤4：所述称重传感器为拉力传感器，该拉力传感器竖直向下安装在六自由度机械手上，六自由度机械手抓取物料匀速上升，通过采集拉力传感器的信息获得待拣物料的重量，通过待拣物料的重量信息和体积信息得出待拣物料的密度；
步骤5：将待拣物料的密度与已知物料的密度进行比较，判断出待拣物料的类型；
步骤6：主控芯片规划出六自由度机械手的运动轨迹，控制六自由度机械手将待拣物料放置到指定的所述物料堆中。
9.一种使用如权利要求1所述分拣建筑垃圾的装置分拣建筑垃圾的方法，包括以下步骤：
步骤1：通过称重传感器获取待拣物料的重量，并将重量信息发送至主控芯片；
步骤2：将待拣物料散布在传送带上，设置传送带的传送速度，将待拣物料传送到激光传感器下方；
步骤:3：激光传感器识别到待拣物料，对待拣物料进行扫描，获取待拣物料的坐标及三维模型信息并发送至主控芯片；
步骤4：主控芯片通过待拣物料的坐标、三维模型信息及传送带的速度控制六自由度机械手抓取待拣物料并计算出待拣物料的体积；
步骤5：通过待拣物料的重量信息和体积信息得出待拣物料的密度；
步骤6：将待拣物料的密度与已知物料的密度进行比较，判断出待拣物料的类型；
步骤7：主控芯片规划出六自由度机械手的运动轨迹，控制六自由度机械手将待拣物料放置到指定的所述物料堆中。
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