CN109013384A - 一种建筑垃圾物料的分拣装置及其分拣方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种建筑垃圾物料的分拣装置，包括运输物料的皮带传送装置，还包括架设于皮带传送装置的传送带的工作段上方的滑台模组，用于抓取物料的机械手，分别设置于工作段两侧外用于放置不同类型物料的分类盒，以及检测识别装置，数据采集卡，运动控制卡和MCU控制器；MCU控制器用于接收检测识别装置检测的数据并进行处理，根据处理的结果计算出物料的密度，并与其内的密度范围对比，判断出此物料所属类型，并控制运动控制卡动作令机械手将此物料投放至相应的分类盒中。通过物料的密度对物料类型进行识别，大大减少了物料类型识别的出错率。本发明还提供了一种建筑垃圾物料的分拣方法。
Description
技术领域
本发明涉及环保领域，更具体地说涉及一种建筑垃圾物料的分拣装置及其分拣方法。
背景技术
建筑垃圾是指在建设过程中或旧建筑物维修和拆除过程中产生的固体废弃物，包括泥土、石块、混凝土块、碎砖、木料、金属、管道及电器等废料。随着我国城市建设的发展，建筑垃圾处理已经形成严峻的环境难题，而怎样令建筑垃圾混合物的减量化、再利用和资源化已成为社会亟需研究和解决的课题。
目前，有人将建筑垃圾中的废弃混凝土、碎砖等有效利用并用于骨料再生，而在建筑垃圾再生骨料中，建筑垃圾中轻物质的分离是影响建筑垃圾再生骨料质量的关键因素。目前对建筑垃圾的分拣常采用人工分拣、水选和风吹的方法，但是，人工分拣存在效率低下，且由于当下人工成本的上涨，人工分拣的成本较高；水选法浪费水资源，造成水污染的问题，并且，不符合国家发展资源节约环形友好型社会战略的要求；风选法属于较为环保、成本较低的方法，但存在着轻重物质混杂，难以有效分离干净的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种建筑垃圾物料的分拣装置，其能够精确地分拣建筑垃圾物料。
本发明的另一目的是提供一种建筑垃圾物料的分拣方法，分拣简单、效率高。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种建筑垃圾物料的分拣装置，包括运输物料的皮带传送装置，以所述皮带传送装置的传送带传送建筑垃圾物料的一段为工作段，分拣装置还包括架设于所述皮带传送装置的传送带的工作段上方的滑台模组，用于抓取物料的机械手，分别设置于所述工作段两侧外用于放置不同类型物料的分类盒，检测识别装置，数据采集卡，运动控制卡和MCU控制器；所述分类盒处于所述滑台模组的范围内；
所述滑台模组包括两个X轴滑台，Y轴滑台和Z轴滑台，两所述X轴滑台、所述Y轴滑台和所述Z轴滑台构成龙门式滑台模组，所述机械手通过一旋转机构以绕Z轴旋转的方式安装于所述Z轴滑台上；所述检测识别装置包括与所述皮带传送装置相连接、用于检测传送带速度的编码器，架设于所述工作段上方、用于检测物料高度的激光测距传感器，安装于所述机械手处、用于检测所述机械手抓取对应物料重量的重量传感器，及架设于所述工作段上方、用于拍摄图片的工业相机；所述编码器的输出端、所述激光测距传感器的输出端和所述重量传感器的输出端分别连接所述数据采集卡的输入端，所述数据采集卡的输出端连接所述MCU控制器的相应输入端，所述工业相机的输出端连接所述MCU控制器的相应输入端，所述MCU控制器的相应输出端连接所述运动控制卡的输入端，所述运动控制卡的输出端分别对应连接X轴滑台的X轴电机，Y轴滑台的Y轴电机、Z轴滑台的Z轴电机和所述旋转机构的旋转电机；
所述MCU控制器用于接收所述工业相机采集的图片并进行处理，接收所述数据采集卡采集的数据，根据处理的结果和接收的数据，计算出所述机械手抓取的物料的密度，并与预存的不同类型物料的密度范围对比，判断出此物料所属类型，并控制运动控制卡动作令所述机械手将此物料投放至相应的分类盒中。
所述MCU控制器具有用于对所述工业相机传输的图片进行处理的图像处理单元，所述图像处理器单元用以获取物料中心位置，计算出物料轮廓面积，及结合所述传送带的速度，计算出待抓取物料的位置。
所述MCU控制器内预置有与相应分类盒中的物料类型一对一匹配的密度范围和相应所述分类盒的位置坐标。
所述MCU控制器的相应输出端连接所述传送带的驱动电机。
一种建筑垃圾物料的分拣装置的分拣方法，包括如下步骤：
(1)、建筑垃圾物料分散于所述皮带传送装置的传送带上，当所述皮带传送装置传送物料至工作段，所述工业相机对建筑垃圾物料进行拍照，所述激光测距传感器对物料进行测量；
(2)、所述MCU控制器接收所述工业相机拍摄的图片，并进行处理、计算，得到各物料的中心位置坐标、各物料的轮廓面积和拍摄时刻所述机械手的位置坐标，所述数据采集卡采集所述激光测距传感器测量的数据和所述编码器检测的数据，并传输至所述MCU控制器中，通过所述MCU控制器计算出各物料的高度和所述传送带的速度；
(3)、所述MCU控制器根据所述传送带的速度和待抓取物料的中心位置坐标，计算出该物料在工作段的待抓取的位置坐标和时刻，所MCU控制器对所述运动控制卡发出指令，运动控制卡根据待抓取物料的位置坐标和时刻，分别控制X轴电机、Y轴电机、Z轴电机和旋转电机，从而控制机械手在工作段的移动，并使所述机械手移动到物料待抓取的位置处，随后运动控制卡输出控制信号给所述机械手，使得所述机械手动作对物料进行抓取；
(4)、所述机械手抓取此物料均匀上升的过程中，所述重量传感器检测出此物料的重量，随后所述数据采集卡采集此数据，并传输至所述MCU控制器中，MCU控制器根据物料的重量及步骤(2)中计算出的物料的高度和物料的轮廓面积计算出此物料的密度；
(5)、所述MCU控制器将此物料的密度与预置的不同类型物料的密度范围进行比对，判断该物料的类型，并获取放置该类型物料的分类盒的位置坐标，然后所述MCU控制器根据对应所述分类盒的位置坐标和所述机械手当前的位置坐标，规划出所述机械手从当前位置至对应所述分类盒的运动轨迹；
(6)、所述MCU控制器发出指令给运动控制卡，所述运动控制卡根据步骤(5)中的运动轨迹控制X轴电机、Y轴电机、Z轴电机和/或旋转电机，从而使机械手移动至对应的分类盒处，随后所述运动控制卡输出控制信号给所述机械手，使得所述机械手动作对物料进行投放，即可完成该物料的分拣。
采用上述建筑垃圾物料的分拣装置后，本发明具有如下有益效果：本发明通过检测识别装置实时检测，首先获取传送带的速度、物料的高度和图片，通过MCU控制器的分析、计算，得到物料的中心位置、物料的轮廓面积和物料待抓取的位置，随后运动控制卡根据物料待抓取的位置控制滑台模组的相应电机动作，从而使机械手相对于工作段前后、上下和/或左右移动，使机械手移动到物料待抓取的位置准确抓取物料，然后数据采集卡采集重量传感器检测的数据，即物料的重量，MCU控制器根据物料的重量、物料的高度和物料的轮廓面积计算出物料的密度，然后通过不同物料类型的密度范围的比对，从而确定该物料类型，完成物料的识别，然后根据该物料所投放分类盒的位置坐标，MCU控制器发出控制指令使运动控制卡对滑台模组进行相应控制，从而令机械手移动至对应的分类盒处进行投放，与现有技术相比，通过物料的密度对物料类型进行识别，大大减少了物料类型识别的出错率，同时，采用机械手和滑台模组的结合对物料进行分拣，绿色环保，人工成本低，且提高了分拣的准确率。
采用上述建筑垃圾物料的分拣方法后，本发明具有如下有益效果：提高了物料按类型分拣的精确性，并且，通过机械手自动化替代人工降低了人工成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中电路连接示意图。
图3为本发明中MCU控制器的工作流程图。
图中：
11-机械手 12-分类盒
13-传送带 21-工业相机
22-激光测距传感器 23-重量传感器
3-支架 31-立柱
32-水平架 41-X轴滑台
411-X轴滑块 42-Y轴滑台
421-Y轴滑块 43-Z轴滑台
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。
一种建筑垃圾物料的分拣装置，用于对建筑垃圾物料的混合物进行不同类型的分拣并分别收集，例如，以被测建筑垃圾物料为废弃木头、砖头、塑料管和混凝土的混合物为例，此分拣装置能够将混合建筑垃圾物料中的木头、砖头、塑料管和混凝土分拣并分别收集。
如图1-3所示，此分拣装置包括常规的皮带传送装置、滑台模组、抓取物料的机械手11、旋转机构、多个分类盒12、检测识别装置、数据采集卡、运动控制卡和MCU控制器。
此皮带传送装置，用于传输建筑垃圾物料。
为方便描述，以皮带传送装置的传送方向为传送带由前至后的方向，且传送带13由前至后的方向为X轴方向，传送带13的左右方向为Y轴方向，上下方向为Z轴方向。
以皮带传送装置的传送带13传送建筑垃圾物料的一段为工作段，滑台模组架设于此工作段的上方，本实施例中，此滑台模组为常规的四轴龙门式滑台模组。
具体地，滑台模组包括两X轴滑台41、Y轴滑台42和Z轴滑台43，X轴滑台41以其长度方向沿皮带传送装置的传送方向的方式分别装设于工作段的左侧和右侧外，Y轴滑台42的两端分别水平地固定安装于对应的X轴滑台41上的X轴滑块411上，Z轴滑台43沿竖向固定安装在Y轴滑台42的Y轴滑块421上，其中，两X轴滑台41通过同一X轴电机进行驱动，Y轴滑台42通过Y轴电机进行驱动，Z轴滑台43通过Z轴电机进行驱动。并且，在Z轴滑台43上沿Z轴方向安装有旋转轴，此旋转轴与一旋转电机传动连接，机械手11通过旋转轴以绕Z轴方向旋转的方式安装在Z轴滑台42上，以使机械手绕Z轴旋转，其中，旋转轴和旋转电机构成旋转机构。较佳地，各直线滑台采用现有常规的同步带型直线滑台，以便令机械手11更精准的移动至相应位置处。
本实施例中，分类盒12设置有四个，且各分类盒12分别对应放置废弃木头、砖头、塑料管和混凝土，且其中两个分类盒12放置于工作段的左侧外，另外两个分类盒12放置于工作段的右侧外。并且，四个分类盒12均处于滑台模组的范围内，以使机械手11能够到达相对应的分类盒12处进行投放。其中，此MCU控制器内预置有各分类盒12的位置坐标和各分类盒12分别一一对应的物料的密度范围。
运动控制卡，其输出端分别连接X轴电机、Y轴电机、Z轴电机和旋转电机，以分别对X轴电机、Y轴电机、Z轴电机和旋转电机进行控制。通过运动控制卡对X轴电机的控制，使得两X轴滑块能够相对工作段前后移动，通过运动控制卡对Y轴电机的控制，使得Y轴滑块相对工作段左右移动，通过运动控制卡对Z轴电机的控制，使得Z轴滑台43上的Z轴滑块相对工作段上下移动，通过运动控制对旋转电机的控制，使得旋转轴能够带动机械手11绕Z轴方向旋转；以此，控制机械手11在工作段的X轴、Y轴和Z轴方向构成的空间中运动。
检测识别装置包括工业相机21、激光测距传感器22、重力传感器23和编码器。
此编码器与皮带传送装置按常规方式相连接，用以检测皮带传送装置中传送带的速度；重力传感器23安装于机械手11处，用以检测机械手11抓取物料后此物料的重量；工作相机21和激光测距传感器22均架设于工作段的上方，此工业相机21用于对建筑垃圾物料进行拍照，激光测距传感器22用于检测建筑垃圾物料的高度。皮带传送装置外装设有支架3，此支架3包括固设于地面上立柱31和水平装设于立柱顶端的水平架32，此水平架32呈X型，且处于工作段的上方，其中，工业相机21和激光测距传感器22分别安装于此水平架32上，且工业相机21的摄像头和激光测距传感器22的探头朝向工作段。在本实施例中，支架可以用龙门架替代，工作段处于此龙门架内，工业相机21和激光测距传感器22分别安装在龙门架的横梁上。
前述的编码器、激光测距传感器22和重量传感器23的输出端连接数据采集卡的输入端，数据采集卡的输出端连接MCU控制器的相应输入端，数据采集卡采集编码器、激光测距传感器22和重量传感器23检测的数据，并将采集到的数据传输至MCU控制器中。前述的工业相机21的输出端连接MCU控制器的相应输入端，MCU控制器接收工业相机21采集的图片，并对采集的图片进行处理，具体而言，MCU控制器具有图像处理单元，此图像处理单元对采集的图片进行处理、计算，即可获取物料的中心位置、获取物料的轮廓面积和拍摄时刻机械手11的位置；MCU控制器获取图像处理单元处理、计算后的数据，并结合传送带的速度，计算出物料待抓取的位置。MCU控制器的相应输出端连接运动控制卡的输入端，且运动控制卡的输出端按前述方式连接，运动控制卡根据物料待抓取的位置坐标对X轴电机、Y轴电机、Z轴电机和旋转电机作出相应的控制指令，从而控制机械手11在工作段的空间中移动，且运动控制卡在机械手11到达待抓取物料的位置处时输出控制信号给机械手11，使得机械手11准确抓取相应的物料，机械手11抓取物料后，重量传感器23检测该物料的重量。
此MCU控制器通过数据采集卡获取相应物料的重量后，结合物料的轮廓面积和物料的高度，计算出此物料的密度，随后，MCU控制器将此物料的密度与预置的各类型物料的密度范围进行比对，判断此物料所属类型，并获取此密度范围所应投放分类盒12的位置坐标，然后，MCU控制器根据对应分类盒12的位置坐标和机械手11当前位置，规划出机械手11运动轨迹，而后，MCU控制器发送指令给运动控制卡，令运动控制卡根据MCU控制器规划的运动轨迹对相应电机进行控制，从而将机械手11移动至相应的分类盒12，进行投放。
较佳地，MCU控制器的相应输出端连接皮带传送装置的电机，对皮带传送装置进行控制。
在本发明中，MCU控制器为现有常规的控制器；机械手11为现有常见的抓取式机械手。
本发明还提出根据前述实施例的建筑垃圾物料的分拣装置的分拣方法，其包括如下步骤：
(1)、建筑垃圾物料分散于皮带传送装置的传送带上，当皮带传送装置传送物料至工作段，工业相机21对建筑垃圾物料进行拍照，激光测距传感器22对物料进行检测；
(2)、MCU控制器接收工业相机21拍摄的图片，并进行处理、计算，得到各物料的中心位置坐标、各物料的轮廓面积和拍摄时刻机械手11的位置坐标，数据采集卡采集激光测距传感器22测量的数据和编码器测量的数据，并传输至MCU控制器中，通过MCU控制器计算出各物料的高度和传送带的传送速度；
(3)、MCU控制器根据传送带的速度和待抓取物料的中心位置坐标，计算出该物料在工作段的待抓取的位置坐标和时刻，MCU控制器对运动控制卡发出指令，运动控制卡根据待抓取物料的位置坐标和时刻，分别控制X轴电机、Y轴电机、Z轴电机和旋转电机启停，以此控制对应的X轴滑块相对工作段前后移动，控制Y轴滑块相对工作段左右移动，控制Z轴滑台上的Z轴滑块上下移动，控制机械手11绕Z轴方向旋转，从而控制机械手在工作段的运动，机械手移动到待抓取物料的位置处时，运动控制卡输出控制信号，机械手11动作对此物料进行抓取；
(4)、在机械手11抓取此物料均匀上升的过程中，重量传感器测量出此物料的重量，随后数据采集卡采集此数据，并传输至MCU控制器中，MCU控制器根据物料的重量及步骤(2)中计算出的物料的高度和物料的轮廓面积计算出此物料的密度；
(5)、MCU控制器将此物料的密度与预置的不同类型物料的密度范围进行比对，判断该物料的类型，并获取放置该类型物料的分类盒的位置坐标，然后MCU控制器根据对应分类盒12的位置坐标和机械手11当前的位置坐标，规划出机械手11从当前位置至对应分类盒12的运动轨迹；
(6)、MCU控制器发出指令给运动控制卡，运动控制卡根据步骤(5)中的运动轨迹分别控制X轴电机、Y轴电机、Z轴电机和旋转电机，从而使机械手11移动至对应的分类盒12处，随后运动控制卡输出控制信号给机械手，使得机械手11动作对物料进行投放，即可完成该物料的分拣。
需说明的是，步骤(2)中MCU控制器具有图像处理单元，此图像处理单元对工业相机21拍摄的图片进行处理，图片处理应用常规的图像二值化和OpenCV软件即可获取步骤(2)中的数据。
步骤(5)中，机械手11当前的位置的X轴和Y轴坐标与机械手11抓取物料时所在位置的X轴和Y轴坐标一致，而MCU控制器推导出机械手11当前位置的Z轴坐标。
采用上述建筑垃圾物料分拣装置的分拣方法后，提高了物料按类型分拣的精确性，并且，通过机械手自动化替代人工降低了人工成本。
以上所述仅为本实施例的优选实施例，凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化和修饰，均应属于本发明的权利要求范围。
Claims (5)
1.一种建筑垃圾物料的分拣装置，包括运输物料的皮带传送装置，以所述皮带传送装置的传送带传送建筑垃圾物料的一段为工作段，其特征在于：分拣装置还包括架设于所述皮带传送装置的传送带的工作段上方的滑台模组，用于抓取物料的机械手，分别设置于所述工作段两侧外用于放置不同类型物料的分类盒，检测识别装置，数据采集卡，运动控制卡和MCU控制器；所述分类盒处于所述滑台模组的范围内；
所述滑台模组包括两个X轴滑台，Y轴滑台和Z轴滑台，两所述X轴滑台、所述Y轴滑台和所述Z轴滑台构成龙门式滑台模组，所述机械手通过一旋转机构以绕Z轴旋转的方式安装于所述Z轴滑台上；所述检测识别装置包括与所述皮带传送装置相连接、用于检测传送带速度的编码器，架设于所述工作段上方、用于检测物料高度的激光测距传感器，安装于所述机械手处、用于检测所述机械手抓取对应物料重量的重量传感器，及架设于所述工作段上方、用于拍摄图片的工业相机；所述编码器的输出端、所述激光测距传感器的输出端和所述重量传感器的输出端分别连接所述数据采集卡的输入端，所述数据采集卡的输出端连接所述MCU控制器的相应输入端，所述工业相机的输出端连接所述MCU控制器的相应输入端，所述MCU控制器的相应输出端连接所述运动控制卡的输入端，所述运动控制卡的输出端分别对应连接X轴滑台的X轴电机，Y轴滑台的Y轴电机、Z轴滑台的Z轴电机和所述旋转机构的旋转电机；
所述MCU控制器用于接收所述工业相机采集的图片并进行处理，接收所述数据采集卡采集的数据，根据处理的结果和接收的数据，计算出所述机械手抓取的物料的密度，并与预存的不同类型物料的密度范围对比，判断出此物料所属类型，并控制运动控制卡动作令所述机械手将此物料投放至相应的分类盒中。
2.根据权利要求1所述的一种建筑垃圾物料的分拣装置，其特征在于：所述MCU控制器具有用于对所述工业相机传输的图片进行处理的图像处理单元，所述图像处理器单元用以获取物料中心位置，计算出物料轮廓面积，及结合所述传送带的速度，计算出待抓取物料的位置。
3.根据权利要求1所述的一种建筑垃圾物料的分拣装置，其特征在于：所述MCU控制器内预置有与相应分类盒中的物料类型一对一匹配的密度范围和相应所述分类盒的位置坐标。
4.根据权利要求1所述的一种建筑垃圾物料的分拣装置，其特征在于：所述MCU控制器的相应输出端连接所述传送带的驱动电机。
5.使用如权利要求3所述的一种建筑垃圾物料的分拣装置的分拣方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、建筑垃圾物料分散于所述皮带传送装置的传送带上，当所述皮带传送装置传送物料至工作段，所述工业相机对建筑垃圾物料进行拍照，所述激光测距传感器对物料进行测量；
(2)、所述MCU控制器接收所述工业相机拍摄的图片，并进行处理、计算，得到各物料的中心位置坐标、各物料的轮廓面积和拍摄时刻所述机械手的位置坐标，所述数据采集卡采集所述激光测距传感器测量的数据和所述编码器检测的数据，并传输至所述MCU控制器中，通过所述MCU控制器计算出各物料的高度和所述传送带的速度；
(3)、所述MCU控制器根据所述传送带的速度和待抓取物料的中心位置坐标，计算出该物料在工作段的待抓取的位置坐标和时刻，所MCU控制器对所述运动控制卡发出指令，运动控制卡根据待抓取物料的位置坐标和时刻，分别控制X轴电机、Y轴电机、Z轴电机和旋转电机，从而控制机械手在工作段的移动，并使所述机械手移动到物料待抓取的位置处，运动控制卡输出控制信号给所述机械手，使得所述机械手动作对物料进行抓取；
(4)、所述机械手抓取此物料均匀上升的过程中，所述重量传感器检测出此物料的重量，随后所述数据采集卡采集此数据，并传输至所述MCU控制器中，MCU控制器根据物料的重量及步骤(2)中计算出的物料的高度和物料的轮廓面积计算出此物料的密度；
(5)、所述MCU控制器将此物料的密度与预置的不同类型物料的密度范围进行比对，判断该物料的类型，并获取放置该类型物料的分类盒的位置坐标，然后所述MCU控制器根据对应所述分类盒的位置坐标和所述机械手当前的位置坐标，规划出所述机械手从当前位置至对应所述分类盒的运动轨迹；
(6)、所述MCU控制器发出指令给运动控制卡，所述运动控制卡根据步骤(5)中的运动轨迹控制X轴电机、Y轴电机、Z轴电机和/或旋转电机，从而使机械手移动至对应的分类盒处，所述运动控制卡输出控制信号给所述机械手，使得所述机械手动作对物料进行投放，即可完成该物料的分拣。
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