CN112024424B - 一种人机协作式垃圾分选系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种人机协作式垃圾分选系统，包括：预处理设备与分拣设备。所述预处理设备用于对接收的垃圾进行预处理以至少减少一种类别的垃圾；所述分拣设备包括：皮带机，所述皮带机与所述预处理设备接驳；视觉设备，所述视觉设备对进入其视场内的垃圾进行拍照，并对每次拍摄的图像进行处理得出第一信息及第二信息，第一信息为视觉设备能识别的当前垃圾所属类别及该垃圾的位置信息，第二信息为视觉设备不能识别的当前垃圾的图像及该垃圾的位置信息；控制系统，所述控制系统能接收视觉设备的处理结果；分拣机器人，所述分拣机器人对能被识别类别的垃圾进行分拣；以及人工识别机台，所述人工识别机台包括显示器以及输入部，所述显示器用于未被识别的垃圾的图片，工人能根据显示的垃圾图片利用输入部对垃圾的种类进行标定；所述分拣机器人对类别标定后的垃圾进行分拣。

Description

一种人机协作式垃圾分选系统
技术领域
本发明涉及垃圾分选技术领域，尤其涉及一种人机协作式垃圾分选系统。
背景技术
在垃圾处理、处置与回用之前必须进行分选，将有用的成分分选出来加以利用。机械分选则是根据物料的物理性质(如粒度、密度、重力、磁性等)，分别采用不同的分选方法，包括筛分、风力分选、跳汰、磁选等分选技术。
当前城市垃圾数量庞大、成分复杂，单一的分选方法并不能实现垃圾的有效分离及资源化，所以多种分选方法组合使用就成为当下通行的做法。但是方法使用越多，设备及配套传送装置就越多，于是就产生了占地大、能耗高、二次污染等一系列问题。
发明内容
为了达到上述技术目的，本发明提供了一种人机协作式垃圾分选系统。
一种人机协作式垃圾分选系统，其包括：
预处理设备，所述预处理设备用于对接收的垃圾进行预处理以至少减少一种类别的垃圾；以及分拣设备，
所述分拣设备包括：
皮带机，所述皮带机与所述预处理设备接驳，所述皮带机匀速运动；
视觉设备，所述视觉设备在皮带机的垃圾进入的一端以对进入其视场内的垃圾进行拍照，并对每次拍摄的图像进行处理得出第一信息及第二信息，第一信息为视觉设备能识别的当前垃圾所属类别及该垃圾的位置信息，第二信息为视觉设备不能识别的当前垃圾的图像及该垃圾的位置信息；
控制系统，所述控制系统与视觉设备通信连接，能接收视觉设备的处理结果；
分拣机器人，所述分拣机器人与所述控制系统通信连接且设置在所述皮带机的运转方向上；所述控制系统能控制分拣机器人对视觉设备能识别类别的垃圾进行分拣；以及
人工识别机台，所述人工识别机台与所述控制系统通信连接且包括显示器以及输入部，所述显示器用于显示视觉设备当前不能识别的垃圾的图片，工人能根据显示器上显示的垃圾图片利用输入部对垃圾的种类进行标定；所述控制系统还控制所述分拣机器人对经过人工识别机台进行类别标定后的垃圾进行分拣。
在一个优选实施方式中，所述皮带机为环状。
在一个优选实施方式中，所述输入部为语音输入或者利用操作手柄输入。
在一个优选实施方式中，所述预处理设备包括磁选机。
在一个优选实施方式中，所述预处理设备还包括进料斗、筛选机以及输送带，所述进料斗、磁选机、筛选机在横向上并排设置，所述输送带设置在所述进料斗与所述磁选机下方，输送带将经过磁选机筛选过后的垃圾运送至筛选机，且经过所述筛选机筛选后的垃圾会流入皮带机。
在一个优选实施方式中，所述预处理设备还包括拨料装置，所述拨料装置用于将从进料斗流出的垃圾平摊在输送带上。
在一个优选实施方式中，所述预处理设备还包括破袋机构，所述破袋机构设置于进料斗中以对垃圾袋进行破袋。
在一个优选实施方式中，所述破袋机构为设置在所述进料斗内壁一周的齿状结构。
在一个优选实施方式中，所述人机协作式垃圾分选系统还包括多个分类垃圾箱，每个分拣机器人的一侧至少设置一个分类垃圾箱，所述分类垃圾箱用于容纳经分拣机器人分拣的垃圾。
在一个优选实施方式中，所述控制系统为上位机，所述控制系统包括UI界面，任务管理器、视觉控制模块、人工分类模块、PLC模块、坐标转换模块以及分拣机器人控制模块，所述视觉控制模块与所述视觉设备通信连接，人工分类模块与人工识别机台通信连接，分拣机器人控制模块与分拣机器人通信连接，PLC模块与皮带机通信连接，所述坐标转换模块用于将图像坐标转换为皮带机上的坐标。
与现有技术相比较，本发明提供的人机协作式垃圾分选系统首先利用预处理设备至少减少一种类别的垃圾，然后利用视觉设备对垃圾拍照后进行算法处理，从整张图像中分离出单个垃圾的图片以及映射出该垃圾在皮带机上的位置，人工识别机台包括显示器及多个操作手柄，显示器用于显示单个的垃圾图片，操作手柄供人工操作以对显示器显示的垃圾进行分类，利用人的视觉对视觉设备不能识别的垃圾进行分类打上类别标签，并将分类结果传输给控制系统，控制系统根据该垃圾映射至皮带机上的位置以及该垃圾的种类生成控制指令，将控制指令发给指定的分拣机器人，该分拣机器人能对视觉设备能识别类别的垃圾进行分拣以及对经过人工识别机台进行类别标定后的垃圾进行分拣，如此，既提高了机器人分拣的速率，也解决了工人远离环境恶劣的分拣现场的技术问题。
附图说明
图1是本发明提供的一种人机协作式垃圾分选系统的结构示意图。
图2是图1提供的一种人机协作式垃圾分选系统圆形区域II的放大结构示意图。
图3是图1提供的一种人机协作式垃圾分选系统包括的人工识别机台的输入部的放大示意图。
图4是本发明图1提供的一种人机协作式垃圾分选系统包括的控制系统的结构示意图。
图5是本发明图1提供的一种人机协作式垃圾分选系统的工作原理图。
主要元件符号说明
Figure BDA0002639205930000031
Figure BDA0002639205930000041
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1-3，图1为本发明提供的一种人机协作式垃圾分选系统100，其包括：预处理设备1以及分拣设备2。
所述预处理设备1设置在分选车间现场，所述预处理设备1是利用垃圾的物理特性对垃圾进行初步分选，以至少减少垃圾的一种类别。在本实施方式中，所述预处理设备1包括进料斗10、破袋机构11、输送带12、磁选机13以及筛选机14。
所述进料斗10为漏斗形状，用于容纳待分选的垃圾。
所述破袋机构11为设置在所述进料斗10内壁一周的齿状结构。可以利用夹持机构夹持装有垃圾的垃圾袋送至破袋机构11，使齿状结构挂住垃圾袋再拉扯垃圾袋以利用破袋机构11划破垃圾袋，使垃圾落入所述进料斗10，而将空垃圾袋扔至指定的垃圾桶。
从进料斗10漏出的垃圾会落至输送带12上，为避免垃圾在输送带12上堆积，预处理设备1还可以包括拨料装置，所述拨料装置用于将从进料斗10流出的垃圾平摊在输送带12上。
输送带12运转便垃圾输送至磁选机13的下方，将所述磁选机13为磁滚筒或者磁性传输带，当其运转到面对输送机构的表面，磁选机13所具有的磁性将含铁物料吸附，并随磁选机13的运动而运动，当运转到背对输送机构的表面至磁力小于含铁物料重力时，含铁物料坠落，并落入分类垃圾桶内进行收集。
输送带12的末端与筛选机14接驳，经过磁选后的垃圾会经过输送机构的输送进入筛选机14，筛选机14能对孔径小于筛选机14的垃圾滤出。在一个优选实施方式中，所述筛选机14可以为滚筒筛或者弹跳筛。经过所述筛选机14筛选后的垃圾流入所述分拣设备2。
所述分拣设备2包括：皮带机20、视觉设备21、控制系统22、分拣机器人23以及人工识别机台24。所述皮带机20、视觉设备21、控制系统22及分拣机器人23设置在分选车间现场，人工识别机台24设置在分选车间现场之外。
所述皮带机20与所述预处理设备1接驳，所述皮带机20匀速运动。所述皮带机20可以为直线型或者圆环状，在本实施方式中，所述皮带机20为圆环状，以方便未被及时分拣的垃圾再次运送至分拣机器人23的作业范围内被分拣。
所述视觉设备21在皮带机20的垃圾进入的一端以对进入其视场内的垃圾进行拍照，并对每次拍摄的图像进行处理得出第一信息及第二信息。在本实施方式中，所述视觉设备21是与一个龙门架25固定。
具体地，所述视觉设备21包括图像采集装置(图未示)以及图像处理与数据分析模块(图未示)。所述视觉设备21设置在皮带机20的垃圾进入的一端。所述图像采集装置用于连续地对进入其视场内的垃圾进行拍照。所述图像处理模块是基于图像处理技术，譬如神经网络技术对每次拍摄的图像进行处理。图像采集装置为2D相机，图像为RGB图像，图像处理与数据分析模块可以为任何具备图像处理能力和数据运算能力的装置，例如PC机等。
在本实施方式中，第一信息为视觉设备21能识别的当前垃圾所属类别及该垃圾的位置信息。
第二信息为视觉设备21不能识别的当前垃圾的图像及该垃圾的位置信息。数据分析模块能根据单个垃圾位于皮带机20上的位置坐标计算得出单个的垃圾移动至对应的分拣机器人23的时间以生成分拣机器人23的抓取位姿。
在一个优选实施方式中，所述视觉设备21经过深度学习训练后可根据输入的垃圾图像帧，对图像帧对应的垃圾进行识别分类，并输出垃圾分类预测结果，并且对新型垃圾，可采集新型垃圾的样本图像扩充样本集，对视觉设备21进行二次训练，使其经过学习之后，能够识别新型垃圾，完成对新型垃圾的快速识别。从而，视觉设备21对其能自行识别的垃圾类别向控制系统22输出处理结果，控制系统22能分配相应的分拣机器人23对垃圾进行分拣。
请参阅图4，所述控制系统22与视觉设备21通信连接，能接收视觉设备21的处理结果。在本实施方式中，所述控制系统22为上位机，所述控制系统22包括UI界面220，任务管理器221、视觉控制模块222、人工分类模块223、PLC模块224、坐标转换模块225以及分拣机器人控制模块226，所述视觉控制模块222与所述视觉设备21通信连接，人工分类模块223与人工识别机台24通信连接，分拣机器人控制模块226与分拣机器人23通信连接，PLC模块224与皮带机20通信连接，所述坐标转换模块225用于将图像坐标转换为皮带机20上的坐标。
任务管理器221能控制或者调用任意一模块，所述视觉控制模块222、人工分类模块223、PLC模块224、坐标转换模块225以及分拣机器人控制模块226分别为对应硬件设备的软件控制模块，用于与对应的硬件设备形成命令交互以达到控制相应的硬件设备的目的。
人工分类模块223与人工识别机台24通信连接，分拣机器人控制模块226与分拣机器人23通信连接，PLC模块224与皮带机20通信连接。所述坐标转换模块225用于将图像坐标转换为皮带机20上的坐标。更具体地，所述上位机与输入部242之间通过TCP协议及http协议通信连接，所述上位机与人工识别机台24之间通过TCP协议及http协议通信连接，所述上位机与可编程逻辑控制器(PLC)之间通过TCP协议通信连接，所述上位机与分拣机器人23之间通过TCP协议通信连接。
所述分拣机器人23与所述控制系统22通信连接且设置在所述皮带机20的运转方向上；所述控制系统22能控制分拣机器人23对视觉设备21能识别类别的垃圾进行分拣。
人工识别机台24与所述控制系统22通信连接用于显示未被分类的垃圾的图片并人工对垃圾的种类进行标定并将标定结果传输给控制系统22。具体地，所述人工识别机台24包括显示器240以及输入部242，所述显示器240用于显示视觉设备21不能识别的垃圾的图片，工人能根据显示器240上显示的垃圾图片利用输入部242对垃圾的种类进行标定；所述控制系统22还控制所述分拣机器人23对经过人工识别机台24进行类别标定后的垃圾进行分拣。
在本实施方式中，人工识别机台24可以为PC机。
在本实施方式中，所述输入部242包括与显示器240进行通信连接的多个手动操作手柄244，每个手动操作手柄244预先被标定为与一种类别的垃圾对应，请参阅图3，如此，能节约垃圾类别的识别时间，也即，当显示器240上显示的是玻璃垃圾，个人操作玻璃类的操作手柄，从而，该垃圾就被打上玻璃的标签；当显示器240上显示的是易拉罐，个人操作易拉罐类的操作手柄，从而，该垃圾就被打上易拉罐的标签。由于视觉设备将该垃圾的位置信息会传输至控制系统，控制系统根据该垃圾的位置信息以及类别信息生成控制指令。
利用所述人工识别机台24或者控制系统22存储分割出单个的垃圾的图片作为样本集。经过长期的垃圾样本收集就能得到多种垃圾的样本集，以能对输入部242进行训练逐渐使输入部242识别更多的垃圾类别，方便后续不需要人工参与就能达到垃圾类别的准确识别。
譬如，手动操作手柄的数量为7个或者8个等，每个手动操作手柄用于与一种如下类型的垃圾相对应，7个手动操作手柄分别用于根据显示器240显示的图片为垃圾进行实时分类。
所述控制系统22还控制所述分拣机器人23对经过人工识别机台24进行类别标定后的垃圾进行分拣。
请参阅图5，所述人机协作式垃圾分选系统100的工作原理是：待分选垃圾从进料斗10进入，进过破袋系统的破袋，垃圾从进料斗10包括的出料口逐渐落入输送带12，输送带12匀速运转，将垃圾运送至磁选机13，磁选机13也包括输送带12，磁选机13的输送带12的方向与输送带12的延伸方向垂直且其工作面高于输送带12，磁选机13的输送带12在运转时工作面具有磁性，运转到侧面时磁性消失，磁性金属就会落入其一侧的分类垃圾桶，其它垃圾沿着输送带12运输至筛选机14，经过筛选机14对小粒径的垃圾的过滤，其它垃圾沿着抖动装置进入皮带机20、视觉设备21的下方，经过视觉设备21的垃圾均会被被拍照并进行算法处理，视觉设备21处理的结果会传输给控制系统22，控制系统22将视觉设备21的处理结果中的第二信息传输给人工识别机台24，由人工对垃圾的类别进行识别通过输入部242对显示器240上显示的垃圾打上该垃圾所属的垃圾类别标签，垃圾类别的处理结果回再次传输给控制系统22，控制系统22将垃圾的类别与该垃圾的位置的处理结果传输给分配的分拣机器人23，由于皮带机20在匀速运动，从而，垃圾就逐渐运输至被分配的分拣机器人23的下方时就会被分选并丢在相对应的分类垃圾桶。
综上所述，本发明具有如下有益效果：本发明提供的人机协作式垃圾分选系统100利用视觉设备21对垃圾拍照后进行算法处理，从整张图像中分离出单个垃圾的图片以及映射出该垃圾在皮带机20上的位置并通过坐标转换模块225转换成垃圾在皮带机20上的坐标，结合皮带机20的速率计算得出垃圾运行至分拣机器人23的时间，人工识别机台24包括显示器240及输入部242，显示器240用于显示单个的垃圾图片，输入部242供人工对显示器240显示的垃圾进行操作以标定垃圾的类别，也即利用人的视觉对视觉设备21不能识别的垃圾进行分类并打上类别标签，并将分类结果传输给控制系统22，控制系统22根据该垃圾映射至皮带机20上的位置以及该垃圾的种类生成控制指令，将控制指令发给指定的分拣机器人23，该分拣机器人23就能从匀速运动的皮带机20上分拣该垃圾并丢入相应的分类垃圾桶，也即，预处理能减少垃圾的类别，然后利用人工识别机台识别垃圾，但是分拣的仍然是分拣机器人，从而，使工人远离了环境恶劣的分选现场。
上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种人机协作式垃圾分选系统，其特征在于，包括：
预处理设备，所述预处理设备用于对接收的垃圾进行预处理以至少减少一种类别的垃圾；以及
分拣设备，包括：
皮带机，所述皮带机与所述预处理设备接驳，所述皮带机匀速运动；
视觉设备，所述视觉设备在皮带机的垃圾进入的一端以对进入其视场内的垃圾进行拍照，并对每次拍摄的图像进行处理得出第一信息及第二信息，第一信息为视觉设备能识别的当前垃圾所属类别及该垃圾的位置信息，第二信息为视觉设备不能识别的当前垃圾的图像及该垃圾的位置信息；
控制系统，所述控制系统与视觉设备通信连接，能接收视觉设备的处理结果；
分拣机器人，所述分拣机器人与所述控制系统通信连接且设置在所述皮带机的运转方向上；所述控制系统能控制分拣机器人对视觉设备能识别类别的垃圾进行分拣；以及
人工识别机台，所述人工识别机台与所述控制系统通信连接且包括显示器以及输入部，所述显示器用于显示视觉设备当前不能识别的垃圾的图片，工人能根据显示器上显示的垃圾图片利用输入部对垃圾的种类进行标定；所述控制系统还控制所述分拣机器人对经过人工识别机台进行类别标定后的垃圾种类及第二信息中的位置信息进行分拣。
2.根据权利要求1所述的一种人机协作式垃圾分选系统，其特征在于，所述皮带机为环状。
3.根据权利要求1所述的一种人机协作式垃圾分选系统，其特征在于，所述输入部为语音输入或者利用操作手柄输入。
4.根据权利要求1所述的一种人机协作式垃圾分选系统，其特征在于，所述预处理设备包括进料斗以及磁选机，所述进料斗与所述磁选机并排设置。
5.根据权利要求4所述的一种人机协作式垃圾分选系统，其特征在于，所述预处理设备还包括筛选机以及输送带，所述进料斗、磁选机、筛选机在横向上并排设置，所述输送带设置在所述进料斗与所述磁选机下方，输送带将经过磁选机筛选过后的垃圾运送至筛选机，且经过所述筛选机筛选后的垃圾会流入皮带机。
6.根据权利要求5所述的一种人机协作式垃圾分选系统，其特征在于，所述预处理设备还包括拨料装置，所述拨料装置用于将从进料斗流出的垃圾平摊在输送带上。
7.根据权利要求5所述的一种人机协作式垃圾分选系统，其特征在于，所述预处理设备还包括破袋机构，所述破袋机构设置于进料斗中以对垃圾袋进行破袋。
8.根据权利要求7所述的一种人机协作式垃圾分选系统，其特征在于，所述破袋机构为设置在所述进料斗内壁一周的齿状结构。
9.根据权利要求1所述的一种人机协作式垃圾分选系统，其特征在于，所述人机协作式垃圾分选系统还包括多个分类垃圾箱，每个分拣机器人的一侧至少设置一个分类垃圾箱，所述分类垃圾箱用于容纳经分拣机器人分拣的垃圾。
10.根据权利要求1所述的一种人机协作式垃圾分选系统，其特征在于，所述控制系统为上位机，所述控制系统包括UI界面、任务管理器、视觉控制模块、人工分类模块、PLC模块、坐标转换模块以及分拣机器人控制模块，所述视觉控制模块与所述视觉设备通信连接，人工分类模块与人工识别机台通信连接，分拣机器人控制模块与分拣机器人通信连接，PLC模块与皮带机通信连接，所述坐标转换模块用于将图像坐标转换为皮带机上的坐标。
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