CN110523726B - 一种机器人制样系统的容器清洗方法及机器人制样系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人制样系统的容器清洗方法及制样系统，属于采制、分析技术领域，解决目前清洗效率低的技术问题，采用的方案为：对待清洗容器类型进行识别，以得到对应的清洗方式；对待清洗容器的洁净程度进行识别，当洁净程度达到预设标准洁净程度时，回收循环使用；当洁净程度未达到预设标准洁净程度时，按对应的清洗方式进行清洗，并在清洗过程中实时检测容器的洁净程度，当检测到容器的洁净程序达到预设标准洁净程度时，清洗结束。上述方案具有清洗自动化程度高、清洗效率高、清洗效果好且制样效率高等优点。

Description

一种机器人制样系统的容器清洗方法及机器人制样系统

技术领域

本发明主要涉及样品采制、分析技术领域，特指一种机器人制样系统的容器清洗方法及机器人制样系统。

背景技术

对于物料(如煤样、矿石)样品的采制、分析工作，各个国家均有强制标准，必须遵照标准进行采制样和分析化验工作。样品采制、分析工作过程的准则是在不破坏样品代表性的前提下，把采集到的样品粒度逐渐减小，质量也逐步减少，直到符合实验室化验对样品的粒度和质量(重量)精度的要求，然后对符合要求的样品进行相关的实验分析。这一过程中不能够有样本的损失，不能够令样本本身发生一些物理或化学变化，否则将会对最终的实验结果造成影响。

目前，在煤样样品的自动化采制、分析的过程中，不同的煤样需要用不同的容器进行装载(比如，装载原煤样用的存样桶，用于煤样干燥用的干燥样盘，用于装载备用样用的样盘，用于装载全水样、备份样、分析样用的样瓶等)，目前现有的操作方式，存在以下不足：

1、通常装载样品用的各类样桶/样盘/样瓶都是重复利用的(以节省使用成本)，而目前的自动化/半自动化的制样设备中，没有对样桶/样盘/样瓶等装载容器清洗/清理的过程，这样前后煤样势必会造成交叉污染，影响样品化验结果的准确性。

2、目前的自动化/半自动化的制样设备中，对样桶/样盘/样瓶等装载容器清洗/清理的过程通常是人工进行，没有适应于自动化制样设备的样桶/样盘/样瓶清理/清洗机构，不利于自动化制样设备的全自动运行和无人化管理。

3、在煤质采制化过程中，制备的煤样通常比较湿、粉、粘，因此在煤样装载容器表面的粘附、残留比较严重，前后煤样间的交叉污染比较严重，对样桶/样盘/样瓶清洗效果没有形成判定标准，也没有清洗效果的判断。

4、样桶/样盘/样瓶的清洗，通常是以清洗时长为结束条件，通常是最大化的时间，这样比较浪费时间，降低了整体制样效率。而且目前样桶/样盘/样瓶的清洗通常在制样中清洗，占用制样时间，降低了整体制样效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种自动化程度高、清洗效率高的机器人制样系统的容器清洗方法，并同时提供一种制样效率高的机器人制样系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种机器人制样系统的容器清洗方法，包括以下步骤：

S01、对待清洗容器类型进行识别，以得到对应的清洗方式；

S02、对待清洗容器的洁净程度进行识别，当洁净程度达到预设标准洁净程度时，回收循环使用；当洁净程度未达到预设标准洁净程度时，进入步骤S03；

S03、按对应的清洗方式进行清洗，并在清洗过程中实时检测容器的洁净程度，当检测到容器的洁净程序达到预设标准洁净程度时，清洗结束。

作为上述技术方案的进一步改进：

在步骤S02与步骤S03之间，还设置有清洗模式确定流程，包括步骤：

a、对待清洗容器的数量进行识别，当数量大于预设标准值时，则进入集中清洗模式；否则进入步骤b；其中集中清洗模式是指在制样流程全部完成后，对容器进行集中清洗；

b、将单个容器清洗时间与单个制样流程时间进行比较，当单个容器清洗时间大于单个制样流程时间时，则进入空闲清洗模式；否则进入间歇清洗模式；其中空闲清洗模式是指在单个制样流程完成后的空闲时间段对容器进行清洗；间歇清洗模式是指在单个制样流程中的间歇时间段对容器进行清洗。

在步骤S01中，清洗方式包括容器对应的清洗机构和清洗流程。

在步骤S01中，在制样过程之前或制样过程中，对待清洗容器类型进行识别，以得到对应的清洗方式。

在制样系统的机械臂夹具夹持装载容器进行接料或倒料的过程中，对待清洗容器类型进行识别。

在步骤S03中，通过视觉检测方法或者容器温度及湿度检测方法来对容器的洁净程度进行检测。

所述容器类型包括样桶或样瓶或样盘。

本发明还公开了一种机器人制样系统，包括控制模块、机器人模块、入料模块、进瓶模块、清洗模块、一个以上的破碎模块和一个以上的缩分模块；

所述入料模块，用于对样品进行入料作业；

各所述破碎模块，用于将样品进行逐级破碎作业以减小样品粒度；

各所述缩分模块，用于将样品进行逐级缩分作业而将样品分割成多份以减少样品量；

所述进瓶模块，用于样瓶的进瓶、暂存及样瓶初始化作业；

所述控制模块，用于控制所述机器人模块将样品在入料模块、破碎模块和缩分模块之间进行流转，并且控制所述机器人模块将样瓶送入至清洗模块进行清洗作业。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述控制模块用于控制所述机器人模块按三种不同清洗模式将样瓶送入至清洗模块进行清洗作业；其中三种不同清洗模式包括集中清洗模式、空闲清洗模式和间歇清洗模式，其中集中清洗模式是指在制样流程全部完成后，对容器进行集中清洗；空闲清洗模式是指在单个制样流程完成后的空闲时间段对容器进行清洗；间歇清洗模式是指在单个制样流程中的间歇时间段对容器进行清洗。

各模块均位于机器人模块的周侧，呈直线状、L形状、半环状或环状。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的机器人制样系统的容器清洗方法，通过以上对容器类型、洁净程度以及清洗效果的自动识别，形成完整的自动清洗流程，自动化程度高，而且具有以下优点：

(1)在制样系统中对容器进行自动清洗，一方面有利于容器的重复使用，另一方面能够避免前后样品之间的交叉污染，提高样品制备过程的科学性和提高样品化验结果的准确性；

(2)在容器的清洗之前，对容器的类型进行识别，以得到对应的清洗方式，从而实现便于后续容器的自动清洗作业，提高清洗自动化的可靠性；

(3)在容器的清洗之前，对样品的洁净程度进行识别，对洁净程度达到标准的容器进行回收而重复利用，避免其再次清洗而浪费资源，提高整个容器清洗效率，提高制样效率；

(4)在容器的清洗过程中，对容器的洁净程度进行实时检测，在容器的洁净程度达到标准时即时退出，一方面形成清洗的闭环控制，能够保障容器清洗后的洁净程度，另一方面相对于之前通过固定时长作为清洗完成的条件，能够节约清洗时长，从而进一步提高清洗效率，提高制样效率。

(5)上述清洗模式实际上是对清洗时机的确定，在制样过程中，由于制样流程中的其它进瓶、破碎和缩分等制样流程均需要机械臂的参与，而清洗过程中也需要机械臂的参与，为了尽量避免清洗过程对制样流程的影响，根据不同的判决条件实现不同清洗模式，从而保障制样流程的正常运行，提高制样效率。具体地，首先对容器的数量进行识别，当数量大于预设标准值时，则进入集中清洗模式；当数量小于预设标准值时，将单个容器清洗时间与单个制样流程时间进行比较，当单个容器清洗时间大于单个制样流程时间时，则进入空闲清洗模式；否则进入间歇清洗模式；上述各模式的确定依据制样的实际需求进行确定，不仅便于实施，而且清洗效率高。

本发明的机器人制样系统，用于执行在制样过程中执行上述清洗方法，同样具有如上方法所述的优点，而且整体结构简单、自动化程度高；整体布局形式可以结合场地情况进行布局，比如成”直线型”、”L型”、”镜像型”等多种布局形式。各模块具有完成一定功能的独立模块，可方便实现柔性化配置；另外也可以变形配置方案：在基础配置方案基础上增加扩展模块，完善配置功能。

附图说明

图1为本发明的清洗方法在实施例中的方法流程图。

图2为本发明制样系统在实施例中的方框图。

图中标号表示：1、控制模块；2、入料模块；3、初级破碎缩分模块；4、清洗模块；5、次级破碎缩分模块；6、机器人模块；7、进瓶模块。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，本实施例的机器人制样系统的容器清洗方法，包括以下步骤：

S01、对待清洗容器类型进行识别，以得到对应的清洗方式；

S02、对待清洗容器的洁净程度进行识别，当洁净程度达到预设标准洁净程度时，则不需要进行清洗；当洁净程度未达到预设标准洁净程度时，进入步骤S03；

S03、按对应的清洗方式进行清洗，并在清洗过程中实时检测容器的洁净程度，当检测到容器的洁净程序达到预设标准洁净程度时，清洗结束。

本发明的机器人制样系统的容器清洗方法，通过以上对容器类型、洁净程度以及清洗效果的自动识别，形成完整的自动清洗流程，自动化程度高，而且具有以下优点：

(1)在制样系统中对容器进行自动清洗，一方面有利于容器的重复使用，另一方面能够避免前后样品之间的交叉污染，提高样品制备过程的科学性和提高样品化验结果的准确性；

(2)在容器的清洗之前，对容器的类型进行识别，以得到对应的清洗方式，从而实现便于后续容器的自动清洗作业，提高清洗自动化的可靠性；

(3)在容器的清洗之前，对样品的洁净程度进行识别，对洁净程度达到标准的容器进行回收而重复利用，避免其再次清洗而浪费资源，提高整个容器清洗效率，提高制样效率；

(4)在容器的清洗过程中，对容器的洁净程度进行实时检测，在容器的洁净程度达到标准时即时退出，一方面形成清洗的闭环控制，能够保障容器清洗后的洁净程度，另一方面相对于之前通过固定时长作为清洗完成的条件，能够节约清洗时长，从而进一步提高清洗效率，提高制样效率。

本实施例中，在步骤S02与步骤S03之间，还设置有清洗模式确定流程，包括步骤：

a、对待清洗容器的数量进行识别，当数量大于预设标准值时，则进入集中清洗模式；否则进入步骤b；其中集中清洗模式是指在制样流程全部完成后，对容器进行集中清洗；

b、将单个容器清洗时间与单个制样流程时间进行比较，当单个容器清洗时间大于单个制样流程时间时，则进入空闲清洗模式；否则进入间歇清洗模式；其中空闲清洗模式是指在单个制样流程完成后的空闲时间段对容器进行清洗；间歇清洗模式是指在单个制样流程中的间歇时间段对容器进行清洗。

上述清洗模式实际上是对清洗时机的确定，在制样过程中，由于制样流程中的其它进瓶、破碎和缩分等制样流程均需要机械臂的参与，而清洗过程中也需要机械臂的参与，为了尽量避免清洗过程对制样流程的影响，根据不同的判决条件实现不同清洗模式，从而保障制样流程的正常运行，提高制样效率。具体地，首先对容器的数量进行识别，当数量大于预设标准值时，则进入集中清洗模式；当数量小于预设标准值时，将单个容器清洗时间与单个制样流程时间进行比较，当单个容器清洗时间大于单个制样流程时间时，则进入空闲清洗模式；否则进入间歇清洗模式；上述各模式的确定依据制样的实际需求进行确定，不仅便于实施，而且清洗效率高。进一步地，通过细分整个机械臂(机器人)制样流程，计算各个流程时间及它们之间相互等待的时间，统计各个不同类型容器单个清洗时间，在机械臂等待下个流程时间足够时，再去清洗容器。如机器人制样系统流程为：(1)机器人将来料煤样倒入一级破碎单元，机器人开始等待，这个时间点设为t1；(2)煤样从一级破碎单元出来后的时间点设为t2，此时的煤样称为制备样，将t1与t2之间空闲的时间设为t1-2；(3)机器人将制备样倒入二级破碎单元，机器人开始等待，此时时间点设为t3；(4)制备样从二级破碎单元出来后的时间点设为t4，此时的煤样称为干燥样，将t3与t4之间空闲的时间设为t3-4；(5)机器人将干燥样倒入制粉单元，机器人开始等待，此时时间点设为t5；(6)干燥样从制粉单元出来后的时间点设为t6；此时的煤样称为分析样，将t5与t6之间空闲的时间设为t5-6，将分析样放入储存区或气动传输至化验区，一个制样流程结束。如将机器人夹持各种容器清洗所需要的时间设为T(如清洗容器1#需要的时间为T1，清洗容器2#需要的时间为T2，以此类推)，如t1-2大于T1时，机器人即可对容器1#进行清洗，清洗完成后若剩余的时间大于T2，机器人仍可继续对容器2#进行清洗，以此类推，将机器人空闲的时间完全利用起来，让机器人清洗容器的时间不占用制样流程的时间，提高制样效率。

本实施例中，容器的类型包括样桶或样瓶或样盘等；在步骤S01中，清洗方式包括容器对应的清洗机构和清洗流程，即不同类型的容器可以对应同一个清洗机构也可能对应不同的清洗机构，同时不同类型的容器可以对应同一个清洗流程也可能对应不同的清洗流程。另外，不同容器的预设标准洁净程度不相同，相同容器在清洗前的预设标准洁净程度与清洗过程中进行洁净程度判定的预设标准洁净程度相同或不相同，具体可以根据实际情况进行调整。

本实施例中，在步骤S01中，在制样过程之前或制样过程中，对待清洗容器类型进行识别，以得到对应的清洗方式，具体地，可以在制样系统的机械臂夹具夹持装载容器进行接料或倒料的过程中，对待清洗容器类型进行识别。当然，在其它实施例中，也可以在其它制样流程中进行容器类型的确认。

本实施例中，由于对容器进行清洗的目的是为了不和下一批次的煤样混样，所以清洗效果达到不影响混样的程度即可，可选择常规的视觉检测方法进行容器洁净程度的检测：先将各种类型容器未装煤样前的状态拍照记录，设为标准照片，然后在清洗各种容器时实时拍照记录容器内的煤样粘附情况，设为实际图片，在实际图片和标准图片在重合度达到某个数值时判断该容器清洗完成，满足预定的清洗效果，在不同的煤样粘附容器时，清洗的时间必然不同，进而可以节省清洗时间，提高制样效率。另外也可以通过温湿度感应方法进行检测，容器装煤样前对煤样进行温湿度判断，提前判断该煤样在各种容器上的粘附情况，在清洗机构上安装温湿度传感器，在进行清洗容器时实时监控容器内的温湿度变化，在温湿度达到某个状态时可以判断该容器达到预定的清洗效果。当然，也可以结合上述两种方法同时判断清洗容器情况，在两种情况同时满足清洗效果条件下判定该容器已清洗干净。

如图2所示，本发明还相应公开了一种机器人制样系统，包括控制模块1、机器人模块6、入料模块2、进瓶模块、清洗模块4、一个以上的破碎模块和一个以上的缩分模块；入料模块2，用于对样品进行入料作业；各破碎模块，用于将样品进行逐级破碎作业以减小样品粒度；各缩分模块，用于将样品进行逐级缩分作业而将样品分割成多份以减少样品量；进瓶模块，用于样瓶的进瓶、暂存及样瓶初始化作业；控制模块1，用于控制机器人模块6将样品在入料模块2、破碎模块和缩分模块之间进行流转，并且控制机器人模块6将样瓶送入至清洗模块4进行清洗作业；其中机器人模块6包括机械臂以及控制机械臂动作的控制单元。在实际应用时，控制模块1用于控制机器人模块6按三种不同清洗模式将样瓶送入至清洗模块4进行清洗作业；其中三种不同清洗模式包括集中清洗模式、空闲清洗模式和间歇清洗模式，其中集中清洗模式是指在制样流程全部完成后，对容器进行集中清洗；空闲清洗模式是指在单个制样流程完成后的空闲时间段对容器进行清洗；间歇清洗模式是指在单个制样流程中的间歇时间段对容器进行清洗。本发明的机器人制样系统，通过入料模块2进行上料作业后，再通过各破碎模块和缩分模块对样品进行逐级缩分及逐级破碎作业，形成最终的分析样；入料模块2、破碎模块和缩分模块之间的样品流转通过机器人模块6自动完成，整体结构简单、自动化程度高；在此基础上，根据制样节拍对样瓶进行自动清洗，提高了整体制样系统的自动化程度，同时保障了制样流程的正常运行，同时也提高了制样效率。

上述带自动清洗功能的机器人制样系统，由于可根据实际需求实现柔性化/个性化配置，整体布局形式可以结合场地情况进行布局，比如成“直线型”、“L型”、“镜像型”等多种布局形式。其中清洗模块4在空间布局上可基于机械臂运行路径最短(即时间最短)的原则进行合理布置，从而选择最优路径，如图2所示：

原煤抓取倒料：在入料模块2的样桶工位抓取样桶，在初级破碎缩分模块3的倒料工位进行倒料作业，然后在清洗模块4的清洗工位上进行样桶清洗作业，再将样桶放置至样桶放置处；

制备样抓取倒料：在初级破碎缩分模块3(包括一个以上破碎模块和缩分模块)的接料工位处抓取制备样/全水份样，之后抓取制备样样盘至次级破碎缩分模块5(包括一个以上破碎模块和缩分模块)的倒料工位进行倒料作业，在清洗模块4处清洗工位进行样盘清洗作业，然后将倒料完毕后的样盘放至初级破碎缩分模块3的接料工位处，以备下一个样品的接料作业。

样瓶清洗及初始化：在进瓶模块的出瓶工位抓取样瓶(初始化后的样瓶)至清洗模块4的清洗工位进行清洗作业，清洗完毕后再将样瓶放回至进瓶模块的进瓶工位处，以备样瓶下次重复使用。

上述清洗模块4在整体布局上应尽量布置于初级破碎缩分模块3和次级破碎缩分模块5之间，同时略靠近进瓶模块侧(样瓶数量大于样桶、样盘的数量，抓取的几率大)，路径相对短，整体机械臂运作时间减小。其次在空间布局上也应考虑机械臂的可达性。

下面将本发明的清洗方法应用于制样系统的制样流程举一个完整实施例进行说明：

Step1：装载容器容器类型确认及清扫方式确认。在机器人制样系统制样过程中，机械臂夹具夹持装载容器进行接料/倒料执行制样流程时，机器人制样系统控制系统即可判别相应的装载容器类型(不同的煤样用不同的装载容器装载)，因此在执行装载容器清洗流程时，机器人制样控制系统即可关联到不同的清洗方式/流程(不同的装载容器，对应清洗机构执行不同的清洗动作和方式)；

Step2：是否需要清洗判别。在机器人制样系统执行完倒料动作后或需要清洗装载容器时，即执行装载容器清洗命令，此时，机械臂夹具夹持装载容器，通过设置在清洗装置上的视觉判断装置(如视觉传感器或感应元件)对需要清洗的装载容器进行判别是否需要清洗；当然，在机器人制样系统运行前已将机器人制样系统中的装载容器(样桶/样盘/样瓶)的初始化状态(可认为是干净的或符合制样要求的洁净状态)已录入系统中，将待清洗装载容器与初始化状态进行比较，如果需要清洗，则进入下一步清洗方式确认，如果不需要，则直接回收而重复利用。

Step3：装载容器数量判别。不同装载容器在不同情况下执行不同清洗流程。比如待清洗装载容器，容器数量≤2：空闲/间歇清洗；容器数量＞2：集中清洗；然后关联到相应的子流程，其中容器数量根据容器类型等现场情况进行选择。

Step4：清洗时机判别。对于需要及时清洗的样盘/样桶，设清洗时间为T1，制样时间为T2，当T1＞T2时，选择空闲清洗，即在机械臂执行完上一流程的制样空闲时间清洗；当T2＞T1时，选择间歇清洗，即在机械臂执行完制样流程后的制样间歇进行清洗。

Step5：清洗效果判别。在执行装载容器清洗的过程中，通过视觉传感器或感应元件适时进行判别清洗效果，即与装载容器(样桶/样盘/样瓶)的初始化状态(可认为是干净的或符合制样要求的洁净状态)进行比较，达到要求即退出清洗流程。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种机器人制样系统的容器清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01、对待清洗容器类型进行识别，以得到对应的清洗方式；

S02、对待清洗容器的洁净程度进行识别，当洁净程度达到预设标准洁净程度时，回收循环使用；当洁净程度未达到预设标准洁净程度时，进入步骤S03；

S03、按对应的清洗方式进行清洗，并在清洗过程中实时检测容器的洁净程度，当检测到容器的洁净程序达到预设标准洁净程度时，清洗结束；

在步骤S02与步骤S03之间，还设置有清洗模式确定流程，包括步骤：

a、对待清洗容器的数量进行识别，当数量大于预设标准值时，则进入集中清洗模式；否则进入步骤b；其中集中清洗模式是指在制样流程全部完成后，对容器进行集中清洗；

b、将单个容器清洗时间与单个制样流程时间进行比较，当单个容器清洗时间大于单个制样流程时间时，则进入空闲清洗模式；否则进入间歇清洗模式；其中空闲清洗模式是指在单个制样流程完成后的空闲时间段对容器进行清洗；间歇清洗模式是指在单个制样流程中的间歇时间段对容器进行清洗。

2.根据权利要求1所述的机器人制样系统的容器清洗方法，其特征在于，在步骤S01中，清洗方式包括容器对应的清洗机构和清洗流程。

3.根据权利要求1所述的机器人制样系统的容器清洗方法，其特征在于，在步骤S01中，在制样过程之前或制样过程中，对待清洗容器类型进行识别，以得到对应的清洗方式。

4.根据权利要求3所述的机器人制样系统的容器清洗方法，其特征在于，在制样系统的机械臂夹具夹持装载容器进行接料或倒料的过程中，对待清洗容器类型进行识别。

5.根据权利要求1所述的机器人制样系统的容器清洗方法，其特征在于，在步骤S03中，通过视觉检测方法或者容器温度及湿度检测方法来对容器的洁净程度进行检测。

6.根据权利要求1所述的机器人制样系统的容器清洗方法，其特征在于，所述容器类型包括样桶或样瓶或样盘。

7.一种机器人制样系统，其特征在于，包括控制模块（1）、机器人模块（6）、入料模块（2）、进瓶模块（7）、清洗模块（4）、一个以上的破碎模块和一个以上的缩分模块；

所述入料模块（2），用于对样品进行入料作业；

各所述破碎模块，用于将样品进行逐级破碎作业以减小样品粒度；

各所述缩分模块，用于将样品进行逐级缩分作业而将样品分割成多份以减少样品量；

所述进瓶模块（7），用于样瓶的进瓶、暂存及样瓶初始化作业；

所述控制模块（1），用于控制所述机器人模块（6）将样品在入料模块（2）、破碎模块和缩分模块之间进行流转，并且控制所述机器人模块（6）将样瓶送入至清洗模块进行清洗作业；

所述控制模块（1）用于控制所述机器人模块（6）按三种不同清洗模式将样瓶送入至清洗模块（4）进行清洗作业；其中三种不同清洗模式包括集中清洗模式、空闲清洗模式和间歇清洗模式，其中集中清洗模式是指在制样流程全部完成后，对容器进行集中清洗；空闲清洗模式是指在单个制样流程完成后的空闲时间段对容器进行清洗；间歇清洗模式是指在单个制样流程中的间歇时间段对容器进行清洗。

8.根据权利要求7所述的机器人制样系统，其特征在于，各模块均位于机器人模块（6）的周侧，呈直线状、L形状、半环状或环状。

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