CN111495784A - 建筑垃圾分选设备 - Google Patents

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CN111495784A CN202010285950.9A CN202010285950A CN111495784A CN 111495784 A CN111495784 A CN 111495784A CN 202010285950 A CN202010285950 A CN 202010285950A CN 111495784 A CN111495784 A CN 111495784A
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李许
梁家辉
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Abstract

本申请涉及一种建筑垃圾分选设备，属于建筑施工设备技术领域。建筑垃圾分选设备包括移动底盘、机械臂、图像采集装置、称重传感器及控制系统，机械臂安装于移动底盘上，机械臂的末端设置有抓取机构；图像采集装置用于采集抓取机构抓取的物料的图像；称重传感器用于获取抓取机构抓取的物料的重量；控制系统分别与图像采集装置和称重传感器电连接，控制系统用于根据图像采集装置采集的图像获取物料的外形体积，根据物料的外形体积和重量计算物料的密度，以确定物料的类型。该建筑垃圾分选设备，物料识别率高，有效实现物料的分类，垃圾分选工作质量较佳，提高了物料的利用率。

Description

建筑垃圾分选设备
技术领域
本申请涉及建筑施工设备技术领域，具体而言，涉及一种建筑垃圾分选设备。
背景技术
目前建筑废弃物处理的难点在于废弃物的分类分选，只有实现分选后才具有比较好的利用价值。
常用的建筑垃圾分选机器人能够进行的分选的垃圾种类有限，会造成资源的利用率比较低，且在工作过程中出现误判的概率也比较高，工作质量较差。
发明内容
本申请的目的在于提供一种建筑垃圾分选设备，能够有效实现建筑垃圾的分类，物料识别率高，工作质量较佳。
根据本申请一方面实施例的建筑垃圾分选设备，包括：
移动底盘；
机械臂，机械臂安装于移动底盘上，机械臂的末端设置有抓取机构；
图像采集装置，图像采集装置用于采集抓取机构抓取的物料的图像；
称重传感器，称重传感器用于获取抓取机构抓取的物料的重量；
控制系统，控制系统分别与图像采集装置和称重传感器电连接，控制系统用于根据图像采集装置采集的图像获取物料的外形体积，根据物料的外形体积和重量计算物料的密度，以确定物料的类型。
根据本申请实施例的建筑垃圾分选设备，通过移动底盘驱动整机移动至预设位置，移动灵活性高；通过连接于机械臂的抓取机构抓取物料，并根据图像采集装置获取物料的外形体积、称重传感器获取物料的重量，控制系统计算出物料的密度，从而驱动物料的类型。该建筑垃圾分选设备，物料识别率高，有效实现物料的分类，垃圾分选工作质量较佳，提高了物料的利用率。
另外，根据本申请实施例的建筑垃圾分选设备还具有如下附加的技术特征：
根据本申请的一些实施例，称重传感器固定于机械臂的末端，抓取机构通过阻尼弹簧与称重传感器相连。
在上述实施方式中，通过阻尼弹簧连接抓取机构和称重传感器，能够实现抓取机构在抓取物料时对称重传感器的保护，防止物料较重而使称重传感器损坏。
在本申请的一些具体实施例中，建筑垃圾分选设备还包括安装座，安装座固定于机械臂的末端，安装座内部形成有一端开口的腔室，称重传感器固定在腔室内，抓取机构包括连杆和一对夹爪，连杆的一端伸入腔室且通过阻尼弹簧与称重传感器相连，连杆的另一端从腔室的开口端伸出并与一对夹爪相连。
在上述实施方式中，称重传感器设置于腔室内，以实现对称重传感器的保护，防止灰尘等杂质影响称重传感器的使用寿命。
在本申请的一些具体实施例中，腔室内设置有护套，护套套设于连杆。
在上述实施方式中，护套的设置，能够有效防止连杆沿其径向的晃动。
在本申请的一些具体实施例中，腔室的开口端和连杆之间设置有密封圈。
在上述实施方式中，密封圈的设置，使得腔室形成为密闭的环境，具有防水防尘的效果。
根据本申请的一些实施例，抓取机构还包括固定托板和夹爪驱动机构，固定托板固定于连杆的伸出端，夹爪驱动机构和一对夹爪安装在固定托板上，夹爪驱动机构用于驱动一对夹爪开合。
在上述实施方式中，夹爪驱动机构和夹爪均设置在固定托板上、固定托板与连杆相连，便于保证夹爪的安装稳定性和抓取灵活性；夹爪驱动机构与夹爪相邻设置，提高了动力传递的稳定性。
根据本申请的一些实施例，建筑垃圾分选设备还包括直线驱动机构，直线驱动机构安装于机械臂的末端，图像采集装置安装于直线驱动机构的执行端，直线驱动机构用于调节图像采集装置与物料之间的距离。
在上述实施方式中，直线驱动机构能够带动图像采集装置相对于机械臂移动，从而调节图像采集装置与物料之间的距离，提高了图像拍摄效果。
根据本申请的一些实施例，建筑垃圾分选设备还包括微波传感器，微波传感器与控制系统电连接，微波传感器用于检测抓取机构抓取的物料的微波反射率或吸收率，控制系统还用于根据微波传感器的检测结果确定物料的类型。
在上述实施方式中，微波传感器能够检测物料的特性，物料类型确定精度高，实现物料的二次检测。
根据本申请的一些实施例，机械臂设置有多个，每个机械臂的末端均设置有抓取机构。
在上述实施方式中，多个机械臂的设置，增加了物料抓取范围，可以同步实现多处物料的抓取分类，提高了物料分类效率。
根据本申请的一些实施例，移动底盘为履带式底盘。
在上述实施方式中，履带式底盘能够适用于不同的地势环境，越障能力高，具有较好的环境适应性，便于在建筑工地的施工现场移动。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的建筑垃圾分选设备的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的建筑垃圾分选设备的称重传感器与抓取机构的连接示意图；
图3为本申请实施例的建筑垃圾分选设备的工作流程图。
图标：100-建筑垃圾分选设备；10-移动底盘；20-机械臂；30-图像采集装置；40-称重传感器；41-微波传感器；50-控制系统；60-抓取机构；61-连杆；62-固定托板；63-夹爪；64-夹爪驱动机构；641-主动轮；642-从动轮；70-动力箱；80-安装座；81-腔室；82-护套；83-阻尼弹簧；90-伺服电缸；91-滑轨；92-滑块。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请针对建筑施工场地内建筑垃圾中混有的混凝土块、加气砖块(蒸压加气混凝土砌块的简称)、木块、金属块等进行识别分选、并分类摆放。
下面参考图描述根据本申请一方面实施例的建筑垃圾分选设备100。
如图1-图2所示，根据本申请实施例的建筑垃圾分选设备100，包括：移动底盘10、机械臂20、图像采集装置30、称重传感器40(如图2所示)及控制系统50。
具体而言，移动底盘10能够驱动整机移动，结合导航模块(图中未标出)，能够在建筑施工的工地精确移动。机械臂20安装于移动底盘10上，机械臂20的末端设置有抓取机构60，机械臂20能够带动抓取机构60多角度移动，实现抓取机构60在多角度抓取物料，抓取灵活。图像采集装置30能够采集抓取机构60抓取的物料的图像，实现部分物料的初步判别。称重传感器40能够获取抓取机构60抓取的物料的重量，实现部分物料的初步判别。控制系统50分别与图像采集传感器和称重传感器40电连接，控制系统50能够根据图像采集装置30采集的图像获取物料的外形体积，并根据物料的外形体积和重量计算物料的密度，以确定物料的类型。
根据本申请实施例的建筑垃圾分选设备100，通过物料的外形体积和重量，计算出物料的密度，与控制系统50存储的已知物料的密度进行比对，能够确定物料的类型，物料识别度高，有效实现物料的分类，垃圾分选工作质量较佳，提高了物料的利用率。
下面参照附图描述根据本申请实施例的建筑垃圾分选设备100的各部件的结构特征及连接方式。
如图1和图2所示，该建筑垃圾分选设备100包括移动底盘10、机械臂20、图像采集装置30、称重传感器40、控制系统50、动力箱70。机械臂20、控制系统50、动力箱70均安装于移动底盘10上，机械臂20的末端设置有抓取机构60，图像采集装置30、称重传感器40均安装于机械臂20的末端。
移动底盘10可以理解为移动平台，起到移动、支撑的作用。作为本申请的可选方式，移动底盘10采用履带式底盘，也即履带式移动平台，配有雷达或激光导航，具有较好的越障能力及机动性。当应用于建筑工地的施工现场时，履带式底盘在履带的作用下，能够行走于不同的路况，跨越障碍，机动性高，移动效率高。
可选地，底盘面积1500×1000mm，整机高度约为1.5米，设备小型化，机动性高，移动灵活。
如图1所示，机械臂20为多轴机械臂20，能够实现多自由度的移动，移动灵活，便于伸缩至不同的位置。根据实际施工现场的建筑垃圾堆放情况，用户可以选取不同的多轴机械臂20，以满足机械臂20的多自由度移动需求。
如图1和图2所示，该建筑垃圾分选设备100还包括安装座80，安装座80固定于机械臂20的末端。安装座80内部形成有一端开口的腔室81，称重传感器40固定在腔室81内。
根据本申请的一些实施例，抓取机构60包括连杆61、固定托板62、一对夹爪63以及夹爪驱动机构64，连杆61的一端伸入腔室81内且通过阻尼弹簧83与称重传感器40相连，连杆61的另一端从腔室81的开口端伸出并与固定托板62相连，一对夹爪63和夹爪驱动机构64均安装于固定托板62上。阻尼弹簧83的设置，在夹爪63抓取物料或夹爪63松开物料时，减缓连杆61相对于安装座80滑动带来的作用力，防止称重传感器40损坏。
如图2所示，连杆61的截面为T字形结构，连杆61的远离称重传感器40的一端的尺寸较大，以便于与固定托板62相连，起到连接支撑的作用。
为了保证连杆61相对于安装座80的移动稳定，腔室81内还设置有护套82，护套82套设于连杆61，护套82的设置能够防止连杆61的径向的晃动，对连杆61起到保护作用。
进一步地，连杆61与护套82间隙配合，保证连杆61能够相对于安装座80滑动的同时，也不会使连杆61与护套82之间具有较大的空间。
进一步地，连杆61与护套82之间涂敷有润滑油，便于连杆61相对于护套82的滑动。同时，在连杆61和腔室81的开口端之间设置有密封圈(图中未标出)，连杆61能够相对于密封圈滑动，使得腔室81形成为密闭的环境，具有防水防尘的效果，便于保护称重传感器40。
如图2所示，夹爪驱动机构64包括伺服电机(图中未标出)、主动轮641、两个从动轮642，主动轮641安装于伺服电机的输出轴，两个从动轮642与一对夹爪63一一对应，两个从动轮642啮合，其中一个从动轮642与主动轮641啮合。当伺服电机驱动主动轮641转动时，两个从动轮642同步转动，从而实现一对夹爪63的开合驱动。主动轮641与从动轮642啮合、从动轮642与从动轮642的啮合，减少了动力传递过渡，保证动力传递稳定。
可选地，夹爪63采用V字形结构，使得一对夹爪63配合后具有较大的抓取空间，能够实现对物料的抓取。需要指出的是，基于夹爪63的V字形结构，夹爪63的两段内壁的交汇处可以倒圆角，以保证夹爪63的内壁与物料的抓取面积。进一步地，为了保证夹爪63与物料的摩擦力，夹爪63的内壁设置有防滑纹(图中未标出)。
作为本申请的可选方式，图像采集装置30为工业相机，工业相机与控制系统50电连接，工业相机用于采集抓取机构60抓取的物料的图像信息，以使控制系统50获取物料的外形体积。
根据本申请的一些实施例，该建筑垃圾分选设备100还包括直线驱动机构，直线驱动机构安装于机械臂20的末端，图像采集装置30安装于直线驱动机构的执行端，直线驱动机构能够驱动图像采集装置30相对于机械臂20移动，以调节图像采集装置30与物料之间的距离。作为本申请的可选方式，直线驱动机构采用伺服电缸90，如图2所示，伺服电缸90的滑轨91连接于安装座80上，图像采集装置30安装于伺服电缸90的滑块92上。伺服电缸90安装于安装座80上，以实现与机械臂20的末端的连接；同时，伺服电缸90能够相对于安装座80拆卸，以实现更换与维修，装配灵活。
由于安装座80相当于机械臂20的末端的伸出部分，伺服电缸90的滑轨91与连杆61平行设置，当伺服电缸90驱动图像采集装置30沿滑轨91移动时，图像采集装置30能够相对于安装座80靠近或远离物料(或夹爪63)，从而调整图像采集装置30与物料之间的距离，便于对物料进行图像采集。
进一步地，如图1所示，该建筑垃圾分选设备100还包括微波传感器41，微波传感器41与控制系统50电连接，微波传感器41安装于机械臂20的末端，微波传感器41用于检查物料的特性(微波反射率或吸收率)，控制系统50用于根据微波传感器41检测到的物料的特性，确定物料的类型。为了便于微波传感器41的装配与拆卸，微波传感器41安装于安装座80上，与图像采集装置30沿安装座80的周向间隔分布，以防止微波传感器41与图像采集装置30干涉。
进一步地，机械臂20设置有多个，每个机械臂20的末端均设置有抓取机构60、安装座80、图像采集装置30、称重传感器40、微波传感器41等，也即每个机械臂20均能独立完成物料抓取及分类。多个机械臂20的设置，增加了物料抓取范围，可以同步实现多处物料的抓取分类，提高了物料分类效率。
根据本申请的一些实施例，控制系统50与图像采集装置30、称重传感器40、移动底盘10、微波传感器41等电气元件电连接；控制系统50包含但不限于定位、场地规划、物料识别、计重、与控制中心数据交互等功能。
动力箱70与控制系统50、各电气元件电连接，用于提供电能。动力箱70包括48V、120Ah电池组，具有较大容量，能够满足电能供应。
根据本申请实施例的建筑垃圾分选设备100的工作原理为：
通过视觉技术(图像采集装置30采集物料图像信息)以及附加微波传感器41分选多种类物料：混凝土块、加气砖块、钢筋、木块、纸，依靠物料外形以及密度(控制系统50根据物料外形和重量得出物料密度)或微波吸收率(或反射率)特性双重判定物料类别，降低误判风险，增加了有效利用效益；对于被拾取物料，通过称重传感器40，做计量累计，根据分类统计各种分选物料总量，作为工艺控制数据判定建筑垃圾分选设备100的工作状态。
常用的物料的参数指标为：蒸压加气混凝土砌块的容重为B05、B06、B07(比较常用的也有03、04、08等级别)，对应的干容重为500kg/m3，600kg/m3，700kg/m3；木材的密度为800kg/m3；C10至C20等级的混凝土其容重在2360～2400kg/m之间，C25至C35等级的混凝土其容重一般在2400～2420kg/m之间，C35至C40等级的混凝土其容重一般在2420～2440kg/m之间，一般素混凝土密度约为2200kg/m3，钢筋混凝土的密度约为2500kg/m3；钢筋的密度为7.85g/cm3。由于木块、纸的重量较轻，两者通过图像外形即可辨别，故而不介绍二者的密度。
下面介绍根据本申请建筑垃圾分选设备100的工作流程：
如图3所示，前置处理，地图信息下发，工艺参数确定-系统启动-系统自检-判定有无异常，如果无异常，进入作业状态-前往原料场地-相机定位欲选取建筑废料-机械臂20动作抓取物料-针对抓取物料，测绘外观特征并提取至控制系统50-对抓取物料测重计算-控制系统50计算物料粗略密度-抓取物外观特征判定-区分物料，如果能，则进行物料识别分类；如果不能，则对密度计算结果分析(或者通过微波传感器41检测物料特性)，进行物料识别分类-物料识别分类后，前往分类场地，将物料按分类堆放-判定堆放物料总量是否过多，如果过多，控制系统50反馈堆放已达极限信息，停止作业等待指示；如果不多，返回原料场地，继续进行物料抓取分类。
根据本申请实施例的建筑垃圾分选设备100，通过图像采集装置30获取物料的外观特征并对物料进行外形测绘，结合称重传感器40测量物料的重量，控制系统50得出物料的密度，能够有效地确定物料类型；当设置有微波传感器41时，能够实现物料的密度和微波吸收率(或反射率)特性双重判定物料类别，进一步提高物料判别精度。该建筑垃圾分选设备100，物料识别率高，降低误判风险，垃圾分选工作质量较佳，提高了物料的利用率。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种建筑垃圾分选设备，其特征在于，包括：
移动底盘；
机械臂，所述机械臂安装于所述移动底盘上，所述机械臂的末端设置有抓取机构；
图像采集装置，所述图像采集装置用于采集所述抓取机构抓取的物料的图像；
称重传感器，所述称重传感器用于获取所述抓取机构抓取的物料的重量；
控制系统，所述控制系统分别与所述图像采集装置和所述称重传感器电连接，所述控制系统用于根据所述图像采集装置采集的图像获取物料的外形体积，根据物料的外形体积和重量计算物料的密度，以确定物料的类型。
2.根据权利要求1所述的建筑垃圾分选设备，其特征在于，所述称重传感器固定于所述机械臂的末端，所述抓取机构通过阻尼弹簧与所述称重传感器相连。
3.根据权利要求2所述的建筑垃圾分选设备，其特征在于，所述建筑垃圾分选设备还包括安装座，所述安装座固定于所述机械臂的末端，所述安装座内部形成有一端开口的腔室，所述称重传感器固定在所述腔室内，所述抓取机构包括连杆和一对夹爪，所述连杆的一端伸入所述腔室且通过所述阻尼弹簧与所述称重传感器相连，所述连杆的另一端从所述腔室的开口端伸出并与所述一对夹爪相连。
4.根据权利要求3所述的建筑垃圾分选设备，其特征在于，所述腔室内设置有护套，所述护套套设于所述连杆。
5.根据权利要求3所述的建筑垃圾分选设备，其特征在于，所述腔室的开口端和所述连杆之间设置有密封圈。
6.根据权利要求3所述的建筑垃圾分选设备，其特征在于，所述抓取机构还包括固定托板和夹爪驱动机构，所述固定托板固定于所述连杆的伸出端，所述夹爪驱动机构和所述一对夹爪安装在所述固定托板上，所述夹爪驱动机构用于驱动所述一对夹爪开合。
7.根据权利要求1所述的建筑垃圾分选设备，其特征在于，所述建筑垃圾分选设备还包括直线驱动机构，所述直线驱动机构安装于所述机械臂的末端，所述图像采集装置安装于所述直线驱动机构的执行端，所述直线驱动机构用于调节所述图像采集装置与物料之间的距离。
8.根据权利要求1所述的建筑垃圾分选设备，其特征在于，所述建筑垃圾分选设备还包括微波传感器，所述微波传感器与所述控制系统电连接，所述微波传感器用于检测所述抓取机构抓取的物料的微波反射率或吸收率，所述控制系统还用于根据所述微波传感器的检测结果确定物料的类型。
9.根据权利要求1所述的建筑垃圾分选设备，其特征在于，所述机械臂设置有多个，每个机械臂的末端均设置有抓取机构。
10.根据权利要求1所述的建筑垃圾分选设备，其特征在于，所述移动底盘为履带式底盘。
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