CN111113434A - 一种带图像识别定位的工作臂式多功能液压破碎系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带图像识别定位的工作臂式多功能液压破碎系统，包括工控机、图像识别系统、激光3D探测成像定位系统和工作臂式多功能液压破碎设备，图像识别系统和激光3D探测成像定位系统布置于工作臂式多功能液压破碎设备的上方区域，图像识别系统、激光3D探测成像定位系统和工作臂式多功能液压破碎设备均通过有线或无线通讯方式与工控机相连接。本发明通过图像识别系统、激光3D探测成像定位系统对工作面上的特定物料进行自主识别定位，控制固定用机械爪夹紧机构、工作臂式多功能液压破碎设备进行移动并夹紧固定该物料后进行破碎作业，整体实现无人化、智能化自主破碎作业流程，减少复杂高危破碎现场的工作人员，提高工作效率。

Description

一种带图像识别定位的工作臂式多功能液压破碎系统

技术领域

本发明属于矿石开采技术领域，更具体的说是涉及一种带图像识别定位的工作臂式多功能液压破碎系统。

背景技术

矿石开采后，可自卸式矿车运载一车车矿石至破碎机入料口或溜井处入料口格栅倾倒，小于格栅孔径的矿石透过落入溜井，大于格栅孔径的大块矿石则卡在格栅上，造成堵塞，影响后续矿石的倾倒；还有特定工作场景下(如冶金厂冶金炉清渣处理、码头矿山装卸站大块阻塞处理)的大块阻塞物料移除、破碎作业。以往上述工序仍然是由现场的工人操作液压破碎机械将大矿石进行抓取移除或者敲碎，现场工况环境都比较复杂和恶劣、安全性差(矿石滚动及坠落、破碎时矿石碎片飞溅)、职业危害大(噪声、粉尘、光线暗)、人工劳动强度大、工作效率低、人工成本高。

因此，如何提供一种带图像识别定位的工作臂式多功能液压破碎系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种带图像识别定位的工作臂式多功能液压破碎系统，通过图像识别系统、激光3D探测成像定位系统对工作面上的特定物料进行自主识别定位，进而控制工作臂式多功能液压破碎设备进行移动并夹紧固定该物料后进行破碎作业，整体实现无人化、智能化自主破碎作业流程，减少复杂高危破碎现场的工作人员，提高工作效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种带图像识别定位的工作臂式多功能液压破碎系统，包括：工控机、图像识别系统、激光3D探测成像定位系统和工作臂式多功能液压破碎设备，其中，所述图像识别系统和所述激光3D探测成像定位系统布置于所述工作臂式多功能液压破碎设备的整个工作面的上方区域，所述图像识别系统、所述激光3D探测成像定位系统和所述工作臂式多功能液压破碎设备均通过有线或无线通讯方式与所述工控机相连接；所述图像识别系统和所述激光3D探测成像定位系统对工作面上的大块矿石进行特征信息和空间位置信息进行快速采集，通过有线或无线通讯方式传输给所述工控机；所述工控机将处理过的信息转换成控制信号进而控制工作臂式多功能液压破碎设备对大块矿石执行移动、破碎作业。

进一步，还包括遥控控制工作站，所述遥控控制工作站和所述工控机通过有线或无线通讯方式连接，将自动运作模式随时切换为远程人工手动操控模式。

进一步，所述图像识别系统包括多台高清工业摄像机及配套的漫射无影补光源，均布置于所述工作臂式多功能液压破碎设备的整个工作面的正上方、侧上方。

进一步，所述激光3D探测成像定位系统包括多台套激光成像雷达和激光测距仪，均布置于工作臂式多功能液压破碎设备的整个工作面的正上方、侧上方。

进一步，所述工作臂式多功能液压破碎设备包括可回转基座、多节液压机械臂、破碎装置和通讯控制模块，所述可回转基座、所述多节液压机械臂和所述破碎装置均通过所述通讯控制模块与所述工控机进行通信连接，所述多节液压机械臂安装在所述可回转基座上，所述破碎装置连接在所述多节液压机械臂的末端。

进一步，所述破碎装置包括机械爪夹紧机构和破碎机构，所述机械爪夹紧机构安装于所述多节液压机械臂的末端，所述破碎机构固定在所述机械爪夹紧机构的中心位置。

进一步，所述多节液压机械臂包括升降大臂、升降小臂、俯仰臂、升降机械臂油缸和俯仰机械臂油缸，其中，所述升降大臂铰接在所述可回转基座上，所述升降小臂一端与所述升降大臂相连，另一端与所述俯仰臂铰接连接；所述升降机械臂油缸一端与所述可回转基座铰接连接，另一端与所述升降小臂铰接连接；所述俯仰机械臂油缸一端与所述升降小臂铰接，另一端与所述俯仰臂铰接连接。

进一步，所述机械爪夹紧机构包括固定底座、机械爪液压油缸和机械爪，所述固定底座安装在所述俯仰臂的末端，所述机械爪铰接在所述固定底座的底端，所述机械爪液压油缸一端与所述固定底座铰接连接，另一端与所述机械爪铰接连接。

进一步，所述破碎机构包括破碎电机、破碎液压油缸和破碎锤，所述破碎液压油缸顶端连接在所述固定底座底端的中心位置，底端与所述破碎电机相连，所述破碎锤连接在所述破碎电机的输出端。

进一步，所述破碎装置外侧设置有破碎壳体，所述破碎壳体包括顶板和多块弧形板；所述顶板固定在所述固定底座上，多块所述弧形板均与所述顶板铰接连接，且多块弧形板围绕成圆环形，水平环绕于所述破碎装置的外侧。

本发明的有益效果在于：

本发明通过图像识别系统、激光3D探测成像定位系统对工作面上的大块矿石进行自主识别定位，进而控制多节液压机械臂、破碎装置进行移动并夹紧固定该大块矿石后进行破碎作业，整体实现无人化、智能化自主破碎作业流程，减少复杂高危破碎现场的工作人员，提高工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的结构示意图。

图2附图为本发明的结构框图。

图3附图为本发明工作臂式多功能液压破碎设备的结构示意图。

图4附图为本发明机械臂的原理图。

图5附图为本发明破碎装置的一种结构示意图。

图6附图为本发明破碎装置的另一种结构示意图。

其中，图中，

1为工控机，2为高清工业摄像机，3为激光3D探测成像定位系统，4为漫射无影补光源，5为工作臂式多功能液压破碎设备，5-1为多节液压机械臂，5-1-1为升降大臂，5-1-2为升降小臂，5-1-3为俯仰臂，5-2为机械爪夹紧机构，5-2-1为固定底座，5-2-2为机械爪液压油缸，5-2-3为机械爪，5-3为破碎锤，5-3-1为破碎液压油缸，5-3-2为破碎电机，5-4为通讯控制模块，5-5为可回转基座，5-6为液压马达，5-7为油泵，5-8为液压油油箱，5-9为油管，5-10为升降机械臂油缸，5-11为俯仰机械臂油缸，6为大块矿石，7为大孔径钢结构格栅，8为遥控控制工作站，9为顶板，10为弧形板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图1-2，本发明提供了一种带图像识别定位的工作臂式多功能液压破碎系统，包括：工控机1、图像识别系统、激光3D探测成像定位系统3和工作臂式多功能液压破碎设备5，其中，图像识别系统和激光3D探测成像定位系统3布置于工作臂式多功能液压破碎设备5的整个工作面的上方区域，图像识别系统、激光3D探测成像定位系统3和工作臂式多功能液压破碎设备5均通过有线或无线通讯方式与工控机1相连接；图像识别系统和激光3D探测成像定位系统3对大孔径钢结构格栅7上的大块矿石6进行特征信息和空间位置信息进行快速采集，通过有线或无线通讯方式传输给工控机1；工控机1将处理过的信息转换成控制信号进而控制工作臂式多功能液压破碎设备5对大块矿石6执行移动、破碎作业，工控机1为带通讯模块的高性能可编程工控机1。

在另一种实施例中，大孔径钢结构格栅7底端安装有永磁体，用来吸附混入矿石中的铁制品，从而能够对铁制品进行收集，避免能源的浪费。

本发明还包括遥控控制工作站8，遥控控制工作站8上布置有显示屏、万向比例摇杆、操控按钮等，通过有线或无线的方式和工控机1相连接，正常状态下，多功能液压破碎系统自动进行识别定位、破碎作业，而特殊情况时，可将自动运作模式切换为人工远距离手动操控工作臂式多功能液压破碎系统模式。

图像识别系统包括多台高清工业摄像机2及配套的漫射无影补光源4，均布置于工作臂式多功能液压破碎设备5的整个工作面的正上方、侧上方，识别区域可完全覆盖整个工作面。

激光3D探测成像定位系统3包括多台套激光成像雷达和激光测距仪，均布置于工作臂式多功能液压破碎设备5的整个工作面的正上方、侧上方，识别区域可完全覆盖整个工作面。

参阅附图3，工作臂式多功能液压破碎设备5包括可回转基座5-5、多节液压机械臂5-1、破碎装置和通讯控制模块5-4，可回转基座5-5、多节液压机械臂5-1和破碎装置均通过通讯控制模块5-4与工控机1进行通信连接，多节液压机械臂5-1安装在可回转基座5-5上，破碎装置连接在多节液压机械臂5-1的末端；可回转基座5-5能够实现工作臂式多功能液压破碎系统原地大角度回转功能，便于以可回转基座5-5为圆心的多方向转向作业。

工作臂式多功能液压破碎设备5还包括固定式平台或轮式/履带式可移动底盘、液压马达5-6、油泵5-7、油管5-9和液压油油箱5-8，该系统拟采用固定式平台时，先期测算工作面区域范围，确定合适安装位置，施工固定平台，将该系统通过固定螺栓或焊接于水泥/钢铁平台上；履带式可移动底盘即可将该套系统安装于履带式或轮式可移动底盘上，进行不同工作区域的移动化作业，识别定位设备可根据需要安装于可移动支架上覆盖相应工作区域。

参阅附图5，破碎装置包括机械爪夹紧机构5-2和破碎机构，机械爪夹紧机构5-2安装于多节液压机械臂5-1的末端，破碎机构固定在机械爪夹紧机构5-2的中心位置。

参阅附图4，多节液压机械臂5-1包括升降大臂5-1-1、升降小臂5-1-2、俯仰臂5-1-3、升降机械臂油缸5-10和俯仰机械臂油缸5-11，其中，升降大臂5-1-1铰接在可回转基座5-5上，升降小臂5-1-2一端与升降大臂5-1-1相连，另一端与俯仰臂5-1-3铰接连接；升降机械臂油缸5-10一端与可回转基座5-5铰接连接，另一端与升降小臂5-1-2铰接连接；俯仰机械臂油缸5-11一端与升降小臂5-1-2铰接，另一端与俯仰臂5-1-3铰接连接。油泵5-7通过油管5-9和多节液压机械臂5-1上的升降机械臂油缸5-10、仰机械臂油缸相连接，通过控制液压马达5-6启停，油泵5-7中液压油往升降机械臂油缸5-10、仰机械臂油缸中泵入泵出液压油来达到液压油缸的伸缩，进而实现驱动工作臂的升降俯仰。

机械爪夹紧机构5-2包括固定底座5-2-1、机械爪5-2-3液压油缸5-2-2和机械爪5-2-3，固定底座5-2-1安装在俯仰臂5-1-3的末端，机械爪5-2-3铰接在固定底座5-2-1的底端，机械爪5-2-3液压油缸5-2-2一端与固定底座5-2-1铰接连接，另一端与机械爪5-2-3铰接连接。

破碎机构包括破碎电机5-3-2、破碎液压油缸5-3-1和破碎锤5-3，破碎液压油缸5-3-1顶端连接在固定底座5-2-1底端的中心位置，底端与破碎电机5-3-2相连，破碎锤5-3连接在破碎电机5-3-2的输出端。油泵5-7通过油管5-9和破碎液压油缸5-3-1相连接，通过控制液压马达5-6启停，油泵5-7中液压油往破碎液压油缸5-3-1中泵入泵出液压油来达到破碎液压油缸5-3-1的伸缩，驱动破碎锤5-3产生竖直冲击力；在破碎电机5-3-2的共同作用下，破碎锤5-3快速向下旋入大块矿石6中，完成了大块矿石6的破碎。其中，破碎锤5-3选用耐冲击的高强度材料制成。

需要进行破碎作业时，经图像识别系统和激光3D探测成像定位系统3图像识别定位格筛上其中一块大块矿石6位置后，信息传输给工控机1，工控机1发送处理后的信息指令给工作臂式多功能液压破碎设备5，回转至相应方位，驱动多节液压机械臂5-1伸长至该大块矿石6位置，多节液压机械臂5-1前端四周位置的机械爪5-2-3夹紧该大块矿石6，防止该大块矿石6在破碎过程中来回移动，多节液压机械臂5-1前端中间的破碎锤5-3则进行冲击破碎作业，将大矿石破碎成多块小块矿石，透过格筛落下去；只需移动特定大块矿石6时，可卸下破碎锤5-3，只保留机械爪夹紧机构5-2，经图像识别系统和激光3D探测成像定位系统3图像识别定位矿石位置后，多节驱动液压机械臂5-1和机械爪夹紧机构5-2抓取并移动矿石至另一个空间位置即可。

参阅附图6，在另一种实施例中，破碎装置外侧设置有破碎壳体，破碎壳体包括顶板9和多块弧形板10；顶板9固定在固定底座5-2-1上，多块弧形板10均与顶板9铰接连接，且多块弧形板10围绕成圆环形，水平环绕于破碎装置的外侧。

本发明通过图像识别系统、激光3D探测成像定位系统3对工作面上的大块矿石6进行自主识别定位，进而控制多节液压机械臂5-1、破碎装置进行移动并夹紧固定该大块矿石6后进行破碎作业，整体实现无人化、智能化自主破碎作业流程，减少复杂高危破碎现场的工作人员，提高工作效率。

本发明高清工业摄像机2、漫射无影补光源4和激光3D探测成像定位系统3，采集识别工作面区域内大孔径钢结构格栅7上大块矿石6的大小、方位、距离等信息，并传输给工控机1，工控机1将相关信息进行综合处理后通过有线无线通讯方式发送动作指令给工作臂式多功能液压破碎设备5，根据实际生产需要设定工作臂式多功能液压破碎设备5对大孔径钢结构格栅7上大块矿石6进行破碎或移动作业程序：设定破碎作业时，经图像识别定位大块矿石6位置后，可回转基座5-5转向大块矿石6所在方位，多节液压机械臂5-1进行举升前伸，启动机械爪夹紧机构5-2夹紧固定大块矿石6，然后启动破碎机构进行破碎作业程序；设定移动作业时，选择卸下破碎锤5-3，只保留机械爪夹紧机构5-2，经图像识别定位大块矿石6位置后，驱动可回转基座5-5转向大块矿石6所在方位，多节液压机械臂5-1和机械爪夹紧机构5-2抓取并移动大块矿石6至指定位置。遥控控制工作站8和工控机1通过有线或无线通讯方式连接，特殊情况时可将自动运作模式随时切换为远程人工手动操控整套系统。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种带图像识别定位的工作臂式多功能液压破碎系统，其特征在于，包括：工控机、图像识别系统、激光3D探测成像定位系统和工作臂式多功能液压破碎设备，其中，所述图像识别系统和所述激光3D探测成像定位系统布置于所述工作臂式多功能液压破碎设备的整个工作面的上方区域，所述图像识别系统、所述激光3D探测成像定位系统和所述工作臂式多功能液压破碎设备均通过有线或无线通讯方式与所述工控机相连接；所述图像识别系统和所述激光3D探测成像定位系统对工作面上的大块矿石进行特征信息和空间位置信息进行快速采集，通过有线或无线通讯方式传输给所述工控机；所述工控机将处理过的信息转换成控制信号进而控制工作臂式多功能液压破碎设备对大块矿石执行移动、破碎作业。

2.根据权利要求1所述的一种带图像识别定位的工作臂式多功能液压破碎系统，其特征在于，还包括遥控控制工作站，所述遥控控制工作站和所述工控机通过有线或无线通讯方式连接，将自动运作模式随时切换为远程人工手动操控模式。

3.根据权利要求1或2所述的一种带图像识别定位的工作臂式多功能液压破碎系统，其特征在于，所述图像识别系统包括多台高清工业摄像机及配套的漫射无影补光源，均布置于所述工作臂式多功能液压破碎设备的整个工作面的正上方、侧上方。

4.根据权利要求1或2所述的一种带图像识别定位的工作臂式多功能液压破碎系统，其特征在于，所述激光3D探测成像定位系统包括多台套激光成像雷达和激光测距仪，均布置于工作臂式多功能液压破碎设备的整个工作面的正上方、侧上方。

5.根据权利要求1所述的一种带图像识别定位的工作臂式多功能液压破碎系统，其特征在于，所述工作臂式多功能液压破碎设备包括可回转基座、多节液压机械臂、破碎装置和通讯控制模块，所述可回转基座、所述多节液压机械臂和所述破碎装置均通过所述通讯控制模块与所述工控机进行通信连接，所述多节液压机械臂安装在所述可回转基座上，所述破碎装置连接在所述多节液压机械臂的末端。

6.根据权利要求5所述的一种带图像识别定位的工作臂式多功能液压破碎系统，其特征在于，所述破碎装置包括机械爪夹紧机构和破碎机构，所述机械爪夹紧机构安装于所述多节液压机械臂的末端，所述破碎机构固定在所述机械爪夹紧机构的中心位置。

7.根据权利要求5或6所述的一种带图像识别定位的工作臂式多功能液压破碎系统，其特征在于，所述多节液压机械臂包括升降大臂、升降小臂、俯仰臂、升降机械臂油缸和俯仰机械臂油缸，其中，所述升降大臂铰接在所述可回转基座上，所述升降小臂一端与所述升降大臂相连，另一端与所述俯仰臂铰接连接；所述升降机械臂油缸一端与所述可回转基座铰接连接，另一端与所述升降小臂铰接连接；所述俯仰机械臂油缸一端与所述升降小臂铰接，另一端与所述俯仰臂铰接连接。

8.根据权利要求7所述的一种带图像识别定位的工作臂式多功能液压破碎系统，其特征在于，所述机械爪夹紧机构包括固定底座、机械爪液压油缸和机械爪，所述固定底座安装在所述俯仰臂的末端，所述机械爪铰接在所述固定底座的底端，所述机械爪液压油缸一端与所述固定底座铰接连接，另一端与所述机械爪铰接连接。

9.根据权利要求8所述的一种带图像识别定位的工作臂式多功能液压破碎系统，其特征在于，所述破碎机构包括破碎电机、破碎液压油缸和破碎锤，所述破碎液压油缸顶端连接在所述固定底座底端的中心位置，底端与所述破碎电机相连，所述破碎锤连接在所述破碎电机的输出端。

10.根据权利要求8或9所述的一种带图像识别定位的工作臂式多功能液压破碎系统，其特征在于，所述破碎装置还包括破碎壳体，所述破碎壳体包括顶板和多块弧形板；所述顶板固定在所述固定底座上，多块所述弧形板均与所述顶板铰接连接，且多块弧形板围绕成圆环形，水平环绕于所述破碎装置的外侧。

Images