CN111215342A - 工业垃圾分类分拣系统 - Google Patents

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Abstract

工业垃圾分类分拣系统，包括控制系统、第一输送装置、检测模块、垃圾识别模块、分拣抓取模块和第二输送装置；控制系统通讯连接检测模块和垃圾识别模块，控制连接第一输送装置、第二输送装置和分拣抓取模块；检测模块位于垃圾检测区，检测模块包括采像模块、称重模块和光谱信息采集模块；垃圾识别模块包括信息处理模块和垃圾分类模块；分拣抓取模块位于垃圾分拣区；分拣抓取模块包括驱动模块、X轴运动模块、Y轴运动模块、Z轴运动模块和机械爪；第二输送装置包括多条输送通道。本发明操作简单，使用方便，大大提高了分拣效率，节约了人力，完善了工业垃圾的分拣产线，降低了对垃圾分拣的成本，起到节约资源和环保的作用。

Description

工业垃圾分类分拣系统
技术领域
本发明涉及垃圾分类技术领域，尤其涉及工业垃圾分类分拣系统。
背景技术
工业废物即工业固体废弃物，随着工业生产的发展，工业废物数量日益增加，其消极堆放，占用土地，污染土壤、水源和大气，影响作物生长，危害人体健康，如经过适当的工艺处理，可成为工业原料或能源；
目前工业垃圾的分拣主要通过人工操作来实现，分拣效率低，拉高了垃圾的处理成本，不够智能化，分拣过程费时费力，有待进行改善。
发明内容
(一)发明目的
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出工业垃圾分类分拣系统，操作简单，使用方便，大大提高了分拣效率，节约了人力，完善了工业垃圾的分拣产线，降低了对垃圾分拣的成本，起到节约资源和环保的作用。
(二)技术方案
本发明提出了工业垃圾分类分拣系统，包括控制系统、第一输送装置、检测模块、垃圾识别模块、分拣抓取模块和第二输送装置；
控制系统通讯连接检测模块和垃圾识别模块，控制连接第一输送装置、第二输送装置和分拣抓取模块，用于接收信息并收发指令，控制相关设备的运转；
第一输送装置，用于对未经分拣的工业垃圾进行输送，将工业垃圾输送至垃圾检测区和垃圾分拣区；
检测模块位于垃圾检测区，用于采集信息并将采集信息发送至控制系统；检测模块包括采像模块、称重模块和光谱信息采集模块；采像模块用于采集检测区内垃圾的图像，称重模块用于对进入检测区的垃圾进行称重，光谱信息采集模块用于采集检测区内垃圾的光谱信息；
垃圾识别模块包括信息处理模块和垃圾分类模块；信息处理模块用于对信息采集模块发送的图像进行处理，以得到垃圾的几何特征，对光谱信息采用主成分分析算法和机器学习算法获得垃圾的材料种类，并将处理分析结果发送至垃圾分类模块；垃圾分类模块用于根据信息处理模块发送的处理分析结果对垃圾进行分类并将分类信息发送至控制系统；
分拣抓取模块位于垃圾分拣区，用于分拣垃圾并将其投入第二输送装置上；分拣抓取模块包括驱动模块、X轴运动模块、Y轴运动模块、Z轴运动模块和机械爪；驱动模块用于驱动X轴运动模块、Y轴运动模块和Z轴运动模块，X轴运动模块带动机械爪进行X向运动，Y轴运动模块带动机械爪进行Y向运动，Z轴运动模块带动机械爪进行Z向运动，机械爪用于抓取并投放垃圾；
第二输送装置包括多条输送通道，每条输送通道的末端设有分拣框，第二输送装置用于对分拣后的垃圾进行输送。
优选的，对工业垃圾进行信息采集和处理分析的具体步骤如下：
S1、采像模块对检测区内的工业垃圾进行图像采集，称重模块对垃圾进行称重，光谱信息采集模块对垃圾进行光谱信息采集，之后将信息传输至控制系统；
S2、控制系统将采集信息发送至垃圾识别模块，信息处理模块根据采集的图像通过线结构光三维测量算法重建三维模型并计算出其体积，然后通过垃圾物的体积和重量数据计算获得固体检测物的密度；
S3、垃圾分类模块根据密度和光谱信息对固体检测物进行分类，并将分类信息发送至控制系统，控制系统发送指令至分拣抓取模块。
优选的，在S2中，图像处理过程包括滤波、二值化、边缘检测、轮廓提取及计算轮廓矩，以得到目标垃圾的几何特征。
目标垃圾的几何特征包括其轮廓、质心和旋转角，以方便计算目标垃圾的体积和控制机械爪进行相应调节并抓取目标垃圾。
优选的，主成分分析算法的操作步骤如下：
S1、将样本矩阵数据正态标准化并得到矩阵A，之后求出矩阵A的相关系数矩阵R；
S2、用雅克比方法求相关系数矩阵R的特征值B，并根据特征值B求出各个成分的贡献率，之后根据所需的阈值，当累计贡献率达到阈值，则取相应最大的几个贡献率的成分为主要成分；
S3、以波段为横坐标并作出各主要成分的载荷系数曲线，之后分析载荷系数曲线，各条曲线的波峰波谷处即为特征波长。
优选的，垃圾分拣的操作步骤如下：
S1、垃圾经过检测后，第一输送装置将其继续向前输送至垃圾分拣区；
S2、控制系统根据垃圾分类结果对驱动模块下发相应的指令，驱动模块根据控制系统的输出信号驱动X轴运动模块、Y轴运动模块和Z轴运动模块进行相应的运动；
S3、X轴运动模块、Y轴运动模块和Z轴运动模块带动机械爪运动，机械爪抓取垃圾并投放第二输送装置上相应的输送通道中；
S4、第二输送装置对分拣后的垃圾进行输送，分拣后的垃圾进入对应的分拣筐内，完成分拣任务。
优选的，还包括回收系统；回收系统用于对分拣后的垃圾进行处理，以回收其中的可利用物质。
优选的，回收系统包括破碎装置、磁选装置、振动筛分装置和垃圾压缩装置。
优选的，垃圾回收的具体操作如下：
S1、破碎装置对工业垃圾进行破碎，破碎装置包括破碎机和冲击锤；
S2、破碎后的垃圾进入磁选装置中，磁选装置进行磁选操作以从破碎后的垃圾中回收废旧金属；
S3、经过磁选操作的垃圾进入振动筛分机中，振动筛分机筛除其中的细质泥沙；
S4、将筛分后的垃圾投置于水浮池中，输送机将轻物质漂浮物输送至垃圾压缩装置，垃圾压缩装置对轻物质漂浮物进行压缩，其余物质经过后续再处理。
优选的，垃圾识别模块还采用深度学习或形态学识别的方式，并结合人工交互对目标垃圾进行识别，以得到目标垃圾的位姿信息。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明操作简单，使用方便，大大提高了分拣效率，节约了人力，完善了工业垃圾的分拣产线，降低了对垃圾分拣的成本，起到节约资源和环保的作用。
附图说明
图1为本发明提出的工业垃圾分类分拣系统的控制系统框图。
图2为本发明提出的工业垃圾分类分拣系统中分拣抓取模块的系统框图。
图3为本发明提出的工业垃圾分类分拣系统中检测模块的系统框图。
图4为本发明提出的工业垃圾分类分拣系统中垃圾识别模块的系统框图。
图5为本发明提出的工业垃圾分类分拣系统中回收系统的系统框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1-5所示，本发明提出的工业垃圾分类分拣系统，包括控制系统、第一输送装置、检测模块、垃圾识别模块、分拣抓取模块和第二输送装置；
控制系统通讯连接检测模块和垃圾识别模块，控制连接第一输送装置、第二输送装置和分拣抓取模块，用于接收信息并收发指令，控制相关设备的运转；
第一输送装置，用于对未经分拣的工业垃圾进行输送，将工业垃圾输送至垃圾检测区和垃圾分拣区；
检测模块位于垃圾检测区，用于采集信息并将采集信息发送至控制系统；检测模块包括采像模块、称重模块和光谱信息采集模块；采像模块用于采集检测区内垃圾的图像，称重模块用于对进入检测区的垃圾进行称重，光谱信息采集模块用于采集检测区内垃圾的光谱信息；
垃圾识别模块包括信息处理模块和垃圾分类模块；信息处理模块用于对信息采集模块发送的图像进行处理，以得到垃圾的几何特征，对光谱信息采用主成分分析算法和机器学习算法获得垃圾的材料种类，并将处理分析结果发送至垃圾分类模块；垃圾分类模块用于根据信息处理模块发送的处理分析结果对垃圾进行分类并将分类信息发送至控制系统；
分拣抓取模块位于垃圾分拣区，用于分拣垃圾并将其投入第二输送装置上；分拣抓取模块包括驱动模块、X轴运动模块、Y轴运动模块、Z轴运动模块和机械爪；驱动模块用于驱动X轴运动模块、Y轴运动模块和Z轴运动模块，X轴运动模块带动机械爪进行X向运动，Y轴运动模块带动机械爪进行Y向运动，Z轴运动模块带动机械爪进行Z向运动，机械爪用于抓取并投放垃圾；
第二输送装置包括多条输送通道，每条输送通道的末端设有分拣框，第二输送装置用于对分拣后的垃圾进行输送。
在一个可选的实施例中，对工业垃圾进行信息采集和处理分析的具体步骤如下：
S1、采像模块对检测区内的工业垃圾进行图像采集，称重模块对垃圾进行称重，光谱信息采集模块对垃圾进行光谱信息采集，之后将信息传输至控制系统；
S2、控制系统将采集信息发送至垃圾识别模块，信息处理模块根据采集的图像通过线结构光三维测量算法重建三维模型并计算出其体积，然后通过垃圾物的体积和重量数据计算获得固体检测物的密度；
S3、垃圾分类模块根据密度和光谱信息对固体检测物进行分类，并将分类信息发送至控制系统，控制系统发送指令至分拣抓取模块。
在一个可选的实施例中，在S2中，图像处理过程包括滤波、二值化、边缘检测、轮廓提取及计算轮廓矩，以得到目标垃圾的几何特征；目标垃圾的几何特征包括其轮廓、质心和旋转角，以方便计算目标垃圾的体积和控制机械爪进行相应调节并抓取目标垃圾。
在一个可选的实施例中，主成分分析算法的操作步骤如下：
S1、将样本矩阵数据正态标准化并得到矩阵A，之后求出矩阵A的相关系数矩阵R；
S2、用雅克比方法求相关系数矩阵R的特征值B，并根据特征值B求出各个成分的贡献率，之后根据所需的阈值，当累计贡献率达到阈值，则取相应最大的几个贡献率的成分为主要成分；
S3、以波段为横坐标并作出各主要成分的载荷系数曲线，之后分析载荷系数曲线，各条曲线的波峰波谷处即为特征波长。
在一个可选的实施例中，垃圾分拣的操作步骤如下：
S1、垃圾经过检测后，第一输送装置将其继续向前输送至垃圾分拣区；
S2、控制系统根据垃圾分类结果对驱动模块下发相应的指令，驱动模块根据控制系统的输出信号驱动X轴运动模块、Y轴运动模块和Z轴运动模块进行相应的运动；
S3、X轴运动模块、Y轴运动模块和Z轴运动模块带动机械爪运动，机械爪抓取垃圾并投放第二输送装置上相应的输送通道中；
S4、第二输送装置对分拣后的垃圾进行输送，分拣后的垃圾进入对应的分拣筐内，完成分拣任务。
在一个可选的实施例中，还包括回收系统；回收系统用于对分拣后的垃圾进行处理，以回收其中的可利用物质；回收系统包括破碎装置、磁选装置、振动筛分装置和垃圾压缩装置；垃圾回收的具体操作如下：
S1、破碎装置对工业垃圾进行破碎，破碎装置包括破碎机和冲击锤；
S2、破碎后的垃圾进入磁选装置中，磁选装置进行磁选操作以从破碎后的垃圾中回收废旧金属；
S3、经过磁选操作的垃圾进入振动筛分机中，振动筛分机筛除其中的细质泥沙；
S4、将筛分后的垃圾投置于水浮池中，输送机将轻物质漂浮物输送至垃圾压缩装置，垃圾压缩装置对轻物质漂浮物进行压缩，其余物质经过后续再处理。
在一个可选的实施例中，垃圾识别模块还采用深度学习或形态学识别的方式，并结合人工交互对目标垃圾进行识别，以得到目标垃圾的位姿信息。
本发明中，第一输送装置对未经分拣的工业垃圾进行输送，将工业垃圾输送至垃圾检测区和垃圾分拣区；检测模块采集工业垃圾的信息并将采集信息发送至控制系统；垃圾识别模块对目标垃圾进行分析和分类，并将分类信息发送至控制系统；控制系统根据分类结果控制分拣抓取模块来抓取并投放至相应的输送通道中；第二输送装置对分拣后的垃圾进行输送；
本发明操作简单，使用方便，大大提高了分拣效率，节约了人力，完善了工业垃圾的分拣产线，降低了对垃圾分拣的成本，起到节约资源和环保的作用。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.工业垃圾分类分拣系统，其特征在于，包括控制系统、第一输送装置、检测模块、垃圾识别模块、分拣抓取模块和第二输送装置；
控制系统通讯连接检测模块和垃圾识别模块，控制连接第一输送装置、第二输送装置和分拣抓取模块，用于接收信息并收发指令，控制相关设备的运转；
第一输送装置，用于对未经分拣的工业垃圾进行输送，将工业垃圾输送至垃圾检测区和垃圾分拣区；
检测模块位于垃圾检测区，用于采集信息并将采集信息发送至控制系统；检测模块包括采像模块、称重模块和光谱信息采集模块；采像模块用于采集检测区内垃圾的图像，称重模块用于对进入检测区的垃圾进行称重，光谱信息采集模块用于采集检测区内垃圾的光谱信息；
垃圾识别模块包括信息处理模块和垃圾分类模块；信息处理模块用于对信息采集模块发送的图像进行处理，以得到垃圾的几何特征，对光谱信息采用主成分分析算法和机器学习算法获得垃圾的材料种类，并将处理分析结果发送至垃圾分类模块；垃圾分类模块用于根据信息处理模块发送的处理分析结果对垃圾进行分类并将分类信息发送至控制系统；
分拣抓取模块位于垃圾分拣区，用于分拣垃圾并将其投入第二输送装置上；分拣抓取模块包括驱动模块、X轴运动模块、Y轴运动模块、Z轴运动模块和机械爪；驱动模块用于驱动X轴运动模块、Y轴运动模块和Z轴运动模块，X轴运动模块带动机械爪进行X向运动，Y轴运动模块带动机械爪进行Y向运动，Z轴运动模块带动机械爪进行Z向运动，机械爪用于抓取并投放垃圾；
第二输送装置包括多条输送通道，每条输送通道的末端设有分拣框，第二输送装置用于对分拣后的垃圾进行输送。
2.根据权利要求1所述的工业垃圾分类分拣系统，其特征在于，对工业垃圾进行信息采集和处理分析的具体步骤如下：
S1、采像模块对检测区内的工业垃圾进行图像采集，称重模块对垃圾进行称重，光谱信息采集模块对垃圾进行光谱信息采集，之后将信息传输至控制系统；
S2、控制系统将采集信息发送至垃圾识别模块，信息处理模块根据采集的图像通过线结构光三维测量算法重建三维模型并计算出其体积，然后通过垃圾物的体积和重量数据计算获得固体检测物的密度；
S3、垃圾分类模块根据密度和光谱信息对固体检测物进行分类，并将分类信息发送至控制系统，控制系统发送指令至分拣抓取模块。
3.根据权利要求2所述的工业垃圾分类分拣系统，其特征在于，在S2中，图像处理过程包括滤波、二值化、边缘检测、轮廓提取及计算轮廓矩，以得到目标垃圾的几何特征。
4.根据权利要求3所述的工业垃圾分类分拣系统，其特征在于，目标垃圾的几何特征包括其轮廓、质心和旋转角，以方便计算目标垃圾的体积和控制机械爪进行相应调节并抓取目标垃圾。
5.根据权利要求1所述的工业垃圾分类分拣系统，其特征在于，主成分分析算法的操作步骤如下：
S1、将样本矩阵数据正态标准化并得到矩阵A，之后求出矩阵A的相关系数矩阵R；
S2、用雅克比方法求相关系数矩阵R的特征值B，并根据特征值B求出各个成分的贡献率，之后根据所需的阈值，当累计贡献率达到阈值，则取相应最大的几个贡献率的成分为主要成分；
S3、以波段为横坐标并作出各主要成分的载荷系数曲线，之后分析载荷系数曲线，各条曲线的波峰波谷处即为特征波长。
6.根据权利要求1所述的工业垃圾分类分拣系统，其特征在于，垃圾分拣的操作步骤如下：
S1、垃圾经过检测后，第一输送装置将其继续向前输送至垃圾分拣区；
S2、控制系统根据垃圾分类结果对驱动模块下发相应的指令，驱动模块根据控制系统的输出信号驱动X轴运动模块、Y轴运动模块和Z轴运动模块进行相应的运动；
S3、X轴运动模块、Y轴运动模块和Z轴运动模块带动机械爪运动，机械爪抓取垃圾并投放第二输送装置上相应的输送通道中；
S4、第二输送装置对分拣后的垃圾进行输送，分拣后的垃圾进入对应的分拣筐内，完成分拣任务。
7.根据权利要求1所述的工业垃圾分类分拣系统，其特征在于，还包括回收系统；回收系统用于对分拣后的垃圾进行处理，以回收其中的可利用物质。
8.根据权利要求7所述的工业垃圾分类分拣系统，其特征在于，回收系统包括破碎装置、磁选装置、振动筛分装置和垃圾压缩装置。
9.根据权利要求8所述的工业垃圾分类分拣系统，其特征在于，垃圾回收的具体操作如下：
S1、破碎装置对工业垃圾进行破碎，破碎装置包括破碎机和冲击锤；
S2、破碎后的垃圾进入磁选装置中，磁选装置进行磁选操作以从破碎后的垃圾中回收废旧金属；
S3、经过磁选操作的垃圾进入振动筛分机中，振动筛分机筛除其中的细质泥沙；
S4、将筛分后的垃圾投置于水浮池中，输送机将轻物质漂浮物输送至垃圾压缩装置，垃圾压缩装置对轻物质漂浮物进行压缩，其余物质经过后续再处理。
10.根据权利要求1所述的工业垃圾分类分拣系统，其特征在于，垃圾识别模块还采用深度学习或形态学识别的方式，并结合人工交互对目标垃圾进行识别，以得到目标垃圾的位姿信息。
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