CN112295952A - 一种废旧手机元器件的智能分选装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废旧手机元器件的智能分选装置和方法。该装置包括进料系统、抓取系统、识别系统、收集装置和控制系统。其中，进料系统位于前端对元器件进行整列；识别系统搭载于抓取系统之上对元器件进行字符和尺寸的识别；抓取系统位于进料系统正上方对元器件进行抓取；收集装置对分选好的元器件进行收集；控制系统将采集到的信号进行转换发送指令给各个运动机构。本发明运用视觉识别、三维运动控制、机器学习和自动化技术，能将废旧手机元器件整齐排列、精准识别、快速抓取、精细分类，可实现废旧手机各类元器件的快速识别和分类回收，装置结构简单、生产效率较高。

Description

一种废旧手机元器件的智能分选装置和方法

技术领域

本发明属于资源与环境技术领域，具体涉及一种废旧手机元器件的智能分选装置和方法。

背景技术

随着信息化建设和人民生活水平的日益增高，手机作为典型移动终端备受人们喜爱而导致该类信息产品更新换代迅速，每年的报废量近2亿台。虽然废旧手机作为一个整体丧失了原有的功能，但其上的许多电子元器件还未达到使用寿命。废旧手机的剩余价值高，手机中的元器件（CPU、闪存、基带、射频等）具有再制造潜力。元器件人工分拣的效率较低，且准确性不高。中国发明专利CN107899968公开了一种废弃电路板元器件自动分选方法，采用光电分选实现不同电路板元器件的自动分类，但其工艺流程相对复杂，且不适用于尺寸规格较小的手机元器件分选和分类回收。针对以上的技术问题，本发明提供一种废旧手机元器件的智能分选装置和方法。

发明内容

为有效解决废旧手机线路板元器件自动分选技术水平低下、效率不高的问题，同时避免方法的复杂而影响操作可行性，本发明目的是提供一种简单的、智能化的废旧手机元器件智能分选装置和方法。

本发明的技术方案具体介绍如下。

一种废旧手机元器件的智能分选装置，其包括进料系统、抓取机构、识别系统、收集装置和控制系统；其中：

进料系统包括振动盘、直线振动输料装置、分料机构和并联飞达输料机构；废旧手机各类元器件给料至振动盘中，经振动盘调整姿态后，输入直线振动输料装置，直线振动输料装置再将元器件经出料口）输送入分料机构中；分料机构包括进料口、直线移动模块、吸取放置模块和同步轮；进料口设置在直线振动输料装置的出料口的正下方，进料口的旁边设置传感器，用于检测物料的有无； 同步轮上安装皮带，同步轮的转动通过电机驱动，皮带上装有滑块，滑块上安装电机；电机的电机轴和支架连接，使得电机轴的转动可以带动支架的转动；吸取放置模块包括吸嘴、气泵和电机；气泵通过管路和吸嘴相连，吸嘴同时和电机的电机轴连接，电机轴的转动带动吸嘴的旋转；电机安装在直线移动模块的滑块上，直线移动模块的上端固定在支架上，直线移动模块上滑块的上下运动带动电机以及吸嘴的上下运动；分料机构通过吸嘴将单个元器件逐一放置在并联飞达输料机的入料口；并联飞达输料机构由多个微型输料带并联得到，微型输料带上设有间隔设置的元器件卡槽；

抓取机构包括三轴直线移动模块、支撑板、电机和吸取装置；支撑板竖直设置，支撑板搭载在三轴直线移动模块的Z轴上，支撑板上安装吸取装置，吸取装置包括吸嘴、气泵和电机；吸嘴的一端通过管路和气泵连接，吸嘴同时和电机的电机轴连接，电机轴的转动带动吸嘴的旋转，电机安装在支撑板上，电机通过传动机构和吸嘴、电机连接，使得电机驱动带动吸嘴、电机沿着支撑板上下移动；

识别系统包括上部摄像头和下部摄像头，上部摄像头设置在抓取机构的支撑板上，上部摄像头对并联飞达输料机构卡槽中的元器件逐一定位并在定位后控制吸嘴伸缩吸取元件，下部摄像头设置在并联飞达输料机构一侧，下部摄像头对元器件的外形特征进行识别；

收集装置包括若干收集盒，其用于分别收集抓取机构抓取的分选好的元器件；

控制系统分别和进料系统、抓取机构、识别系统相连，用于控制各部分的协调工作。

本发明中，振动盘包括盘体；盘体的四周设置导轨，导轨分为三段，直径范

围分别在0.1~3mm、3~10mm、10~20mm之间。其进料尺寸范围的不同用于调节以适应不同的物料。导轨可根据元器件正反面的光滑程度不同对元器件进行正反面排列，使所有元器件的同一面保持同一朝向且只有一层。

本发明中，直线振动输料装置包括直线进料轨道和进料口，直线进料轨道的宽度最大为20mm、高度范围为0.7-1.5mm，进料口与振动盘的出料口保持1-2mm间隙。

本发明中，并联飞达输料机构的入料口中设置传感器，用于检测收用于检测物料有无放入。

本发明中，传动部件包括电机、半圆导片、滚轮、传动板、滑块和轨道；半圆导片的圆心部位与电机的轴相连接，滚轮与半圆导片的边部连接，轨道竖直固定在支撑板上，轨道上设置滑块，滑块的下部和轨道之间套有弹簧，传动板与滑块连接；当电机带动半圆导片转动时滚轮将传动板向下压，传动板带着滑块在轨道上滑动，当向下移动时弹簧压缩，向上移动时弹簧伸长将滑块复位。

本发明中，抓取机构中，吸嘴有若干个。

本发明中，收集盒中设置传感器，用于检测收集盒的容量状态。

本发明中，控制系统包括开源的OPEN PNP软件，用于对上部摄像头对并联飞达输料机构卡槽中的元器件逐一定位、下部摄像头对元器件的外形特征进行识别，以及对抓取机构进行运动控制。

本发明中，识别系统中，下部摄像头对元器件的外形特征进行识别时，识别的信息包括元器件长宽尺寸信息以及表面字符信息；表面字符信息包括元件制造商信息、元件型号和元件功能信息。

本发明提供一种采用上述的废旧智能手机元器件的智能分选装置的方法，具体步骤如下：

（1）手机元器件由进料系统的振动盘进行整齐排列成一层同一面朝向的姿态，再通过直线振动传送装置进行加速输送，输送至分料机构；

（2）分料机构将元器件进行逐一排列入并联飞达输料机构，当一批料放置完毕后，并联飞达输料机构将元器件输送至抓取机构正下方；

（3）元器件到达抓取机构正下方后，启动下部摄像头对元器件进行识别元件表面的厂家功能字符信息与数据库信息进行对比，符合对应信息的被抓取放置在收料装置中相应的收料盒内。

本发明的废旧智能手机元器件的智能分选装置和方法的原理在于：首先将元器件放入振动盘中通过盘体中的轨道关卡将元器件的姿态调整成一层一面朝向，再通过直线振动输料机构将元器件加速输送至分料机构，通过分料机构将元件整齐排列在并联飞达输料机构内的卡槽里，当卡槽放置满时并联飞达输料机构启动输送元件至抓取机构正下方，通过OPEN PNP软件控制上部摄像头进行元件逐一识别并在识别后控制吸嘴伸缩，启动气泵形成负压将元件抓取放置在相应的收集系统中，将散乱的元器件经过整列、识别、抓取分类放置和机器学习来实现各类手机元器件的智能分选，最终可将分选过程精确到单个元件，可达到100%的分离率。

和现有技术相比，本发明的有益效果主要在于：

本发明可以实现手机元器件（各类芯片）的分选与收集，分选流程简单可靠；可实现手机元器件（各类芯片）的顺序化分选，可实现单个元件的精准识别并进行分类回收，装置体积小、能耗低、分离率高达100%、分选速度快；全过程自动化控制，只需将元器件倒入进料口，运行设备便可在收集装置中得到分类好的元件。解决了现阶段在手机元器件再制造前端精细化分选回收的问题。

附图说明

图1是废旧手机元器件智能分选装置的布局立体图。

图2是废旧手机元器件智能分选装置的振动盘立体结构图。

图3是废旧手机元器件智能分选装置的直线振动传送装置立体结构图。

图4是废旧手机元器件智能分选装置的分料机构立体结构图。

图5是废旧手机元器件智能分选装置的并联飞达输料机构立体结构图。

图6是废旧手机元器件智能分选装置的抓取机构部分立体结构图。

图中标号：1-振动盘，2-直线振动输料装置，3-分料机构，4-并联飞达输料机构，5-下部摄像头，6-上部摄像头，7-气泵，8-吸嘴，9-收集盒，10-电机，11-吸嘴管连接器，12-电机，1201-半圆导片，1202-滚轮，1203-传动板，1204-滑块，1205-轨道，13-气泵支撑架；101-振动电机，102-盘体，103-导轨，104-底座，105-出料口，106-进料口；201-振动电机，202-直线进料轨道，203-出料口，204-连接件，205-进料口，206-底座，207-连接件；301-电机，302-皮带，303-同步轮，304-滑块，305-电机，306-支架，307-气泵，308-直线移动模块，309-电机、310-连接口、311-吸嘴，312-进料口，313-传感器；401-电机，402-传感器，403-同步轮，404-底座，405-微型输料带。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术方案容易理解和明白，下面结合附图，进一步阐述本发明的实施方式。

一种废旧手机元器件的智能分选装置（图1~图6），其包括进料系统、抓取机构、识别系统、收集装置和控制系统。

进料系统包括振动盘1、直线振动输料装置2、分料机构3和并联飞达输料机构4；进料系统中的振动盘1包括盘体102和振动电机101；振动电机101设置在盘体102的下方，盘体102中间为进料口106，废旧手机元器件经进料口106进入振动盘1；盘体102内四周设置导轨103，导轨103的输出端和出料口105相连；振动电机101的下方设置底座104。导轨103的尺寸根据进料的尺寸调节，导轨103分为三段，直径范围分别在0~3mm、3~10mm、10~20mm之间。同时导轨103可根据元器件正反面的光滑程度不同对元器件进行正反面排列，使所有元器件的同一面保持同一朝向且只有一层。直线振动输料装置2包括振动电机201、直线进料轨道202、进料口205、出料口203、连接件204、连接件207和底座206。直线进料轨道202的一端设置进料口205，另一端设置出料口203，直线进料轨道202的下方设置振动电机201，振动电机201通过连接件204和底座206相连。直线振动输料装置2的进料口205和振动盘1的出料口105相连。分料机构3包括进料口312、直线移动模块、吸取放置模块和同步轮303；同步轮303上安装皮带302，同步轮303的转动通过电机301驱动，皮带302上装有滑块304，滑块304上安装电机305；电机305的电机轴和支架306连接，使得电机轴的转动可以带动支架306的转动；吸取放置模块包括吸嘴311、电机309和气泵307；气泵307通过管路和连接口310相连进而和吸嘴311相连，吸嘴311同时和电机309的电机轴连接，电机轴的转动带动吸嘴311的旋转；电机309安装在直线移动模块308的滑块上，直线移动模块308的上端固定在支架306上，直线移动模块308上滑块的上下运动带动电机309以及吸嘴311的上下运动；吸取放置模块使得吸嘴311可水平旋转180°并能上下移动；分料机构3的进料口312位于直线振动输料装置2的出料口203下方，进料口312的旁边设置传感器313用来检测物料的有无。工作时，传感器313对进料口312是否有料进行检测，当有料时直线移动模块308的内部电机带着包括吸嘴311的吸取放置模块一起向下移动，当碰到料后，气泵307启动，吸嘴311将元件牢牢吸住，吸住后直线移动模块308带着吸取放置模块向上移动，随后电机305转动180度带着料转180度后，直线移动模块308带着吸取放置模块向下移动，随后电机301转动带着皮带302转动，皮带302带着电机305水平移动调整料的位置，料对准并联飞达输料机构4中的微型输料带405中的卡槽后，关闭气泵307，料落入微型输料带405的卡槽内，至此一个元件放置完成。每一个料到达图4的进料口312后都重复上述步骤，直至将并联飞达输料机构4中的卡槽装满。分料机构3最终将直线振动输料装置2送来的料逐一放置在并联飞达输料机构4中的卡槽中。并联飞达输料机构4由电机401、传感器402、同步轮403、微型输料带405、底座404组成，由多个微型输料带405并联，其数量可根据需求进行加减，但不超过分料机构3的最大运行长度，飞达的颜色能与元器件形成鲜明对比，微型输料带405上有一定间隔的元器件卡槽，微型输料带405一端连接在同步轮403的主动轮上，一端连接在被动轮上，通过连接在主动轮上的电机401进行驱动；并联飞达输料机构4中每个微型输料带405的进料口设置传感器402，传感器402可以是光电开关，用于检测物料有无放入。若来料时，光被挡住，分料机构3便放下一个卡槽。

抓取机构部分包括三轴直线移动模块、支撑板、电机12和吸取装置。支撑板竖直设置，支撑板搭载在三轴直线移动模块的Z轴上，支撑板上安装吸取装置，吸取装置包括吸嘴8、气泵7和电机10；吸嘴8的一端通过管路和气泵7连接，另一端为工作端，气泵7启动吸嘴8部位形成低压用来吸取元件，吸嘴8的口类似吸盘；吸嘴8可以是若干个；吸嘴8和电机10的电机轴连接，电机10的电机轴的转动带动吸嘴8的转动，气泵7设置在气泵支撑架13上，电机12安装在支撑板上，电机12通过传动部件和吸嘴8、电机10连接使得电机12驱动带动吸嘴8、电机10上下移动，三轴直线移动模块用于带动吸嘴308进行X、Y、Z三轴的移动。传动部件包括电机12、半圆导片1201、滚轮1202、传动板1203、滑块1204和轨道1205；半圆导片1201的圆心部位与电机12的轴相连接，滚轮1202与半圆导片1201的边部连接，轨道1205竖直固定在支撑板上，轨道1205上设置滑块1204，传动板1203与滑块1204连接；当电机12带动半圆导片1201转动时滚轮1201会将传动板1203向下压，传动板1203带着滑块1204在轨道1205上滑动，滑块1204的下部和轨道1205之间套有弹簧，当向下移动时弹簧压缩，向上移动时弹簧伸长将滑块1204复位。

抓取机构采用开源的OPEN PNP软件和运动控制卡进行运动控制。但不限于其他控制软件或程序、控制卡且其中的同步带、同步轮等直线运动模块不限于其他形式，如滚珠丝杆配合伺服电机等。

识别系统包括一个固定在并联飞达输料机构4的支撑平台一侧的下部摄像头5、一个固定在抓取机构的支撑板上的上部摄像头6、上部摄像头6对并联飞达输料机构4卡槽中的元器件逐一定位(识别每个卡槽里元件中心位置的坐标)并在定位后控制吸嘴8伸缩吸取元件，下部摄像头5设置在并联飞达输料机构4一侧，下部摄像头5对元器件的外形特征进行识别；两颗摄像头接入计算机，与计算机中的视觉识别软件进行交互数据处理；下部摄像头5对元器件的外形特征进行识别时，采用开源的OPEN CV源码库作为视觉识别软件处理图像信息，识别的信息包括元器件长宽尺寸信息以及表面字符信息；表面字符信息包括元件制造商信息、元件型号和元件功能信息。

收集装置包括隔板、收集盒9和传感器；输送带位于并联飞达输料机构4的支撑平台的另一侧，且上部用隔板隔开，并由传感器检测收集盒9的容量状态。

控制系统包括开源的OPEN PNP软件，用于对上部摄像头对并联飞达输料机构卡槽中的元器件逐一定位、下部摄像头对元器件的外形特征进行识别，以及对抓取机构进行运动控制。对元器件的外形特征进行识别时，采用开源的OPEN CV源码库作为视觉识别软件处理图像信息。

基于本发明中的废旧手机元器件的智能分选装置的实施步骤如下：

1）首先将各类元器件给料至振动盘1中，通过盘体102中的导轨关卡将元器件的姿态调整成一层一面朝向，进入下一阶段的直线振动输料装置2。

2）通过直线振动输料装置2将元器件原料均匀输送至分料机构3，随后分料机构3将元件逐一放置在并联飞达输料机构4内的卡槽里，并联飞达输料机构4每放置满一行时，电机转动一个卡槽间距。

3）当卡槽放置满时飞达启动输送元件至抓取机构正下方，通过OPEN PNP软件控制上部摄像头6进行元件逐一定位并在定位后控制吸嘴8伸缩进行吸取元件。

4）此时，气泵7随即启动，形成的负压通过吸嘴8可将元件抓取送至下部摄像头5进行识别，识别完后将元件按类放置于相应的收集盒9内，最终实现各类元器件的分选和分离。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

需要说明的是，在本文中，术语诸如“包括”、“包含” 或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种废旧手机元器件的智能分选装置，其特征在于，其包括进料系统、抓取机构、识别系统、收集装置和控制系统；其中：

进料系统包括振动盘（1）、直线振动输料装置（2）、分料机构（3）和并联飞达输料机构（4）；废旧手机各类元器件给料至振动盘（1）中，经振动盘（1）调整姿态后，输入直线振动输料装置（2），直线振动输料装置（2）再将元器件经出料口（203）输送入分料机构（3）中；分料机构（3）包括进料口（312）、直线移动模块、吸取放置模块和同步轮（303）；进料口（312）设置在直线振动输料装置（2）的出料口（203）的正下方，进料口（203） 的旁边设置传感器（313），用于检测物料的有无； 同步轮（303）上安装皮带（302），同步轮（303）的转动通过电机（301）驱动，皮带（302）上装有滑块（304），滑块（304）上安装电机（305）；电机（305）的电机轴和支架（306）连接，使得电机轴的转动可以带动支架（306）的转动；吸取放置模块包括吸嘴（311）、气泵（307）和电机（309）；气泵（307）通过管路和吸嘴（311）相连，吸嘴（311）同时和电机（309）的电机轴连接，电机轴的转动带动吸嘴（311）的旋转；电机（309）安装在直线移动模块（308）的滑块上，直线移动模块（308）的上端固定在支架（306）上，直线移动模块（308）上滑块的上下运动带动电机（309）以及吸嘴（311）的上下运动；分料机构（3）通过吸嘴（311）将单个元器件逐一放置在并联飞达输料机构（4）的入料口；并联飞达输料机构（4）由多个微型输料带（405）并联得到，微型输料带（405）上设有间隔设置的元器件卡槽；

抓取机构包括三轴直线移动模块、支撑板、电机（12）和吸取装置；支撑板竖直设置，支撑板搭载在三轴直线移动模块的Z轴上，支撑板上安装吸取装置，吸取装置包括吸嘴（8）、气泵（7）和电机（10）；吸嘴（8）的一端通过管路和气泵（7）连接，吸嘴（8）同时和电机（10）的电机轴连接，电机轴的转动带动吸嘴（8）的旋转，电机（12）安装在支撑板上，电机（12）通过传动部件和吸嘴（8）、电机（10）连接，使得电机（12）驱动带动吸嘴（8）、电机（10）沿着支撑板上下移动；

识别系统包括上部摄像头（6）和下部摄像头（5），上部摄像头（6）设置在抓取机构的支撑板上，上部摄像头（6）对并联飞达输料机构（4）卡槽中的元器件逐一定位并在定位后控制吸嘴（8）伸缩吸取元件，下部摄像头（5）设置在并联飞达输料机构（4）一侧，下部摄像头（5）对元器件的外形特征进行识别；

收集装置包括若干收集盒（9），其用于分别收集抓取机构抓取的分选好的元器件；

控制系统分别和进料系统、抓取机构、识别系统相连，用于控制各部分的协调工作。

2.根据权利要求1所述的智能分选装置，其特征在于，振动盘（1）包括盘体（102）；盘体（102）的四周设置导轨（103），导轨（103）分为三段，直径范围分别在0.1~3mm、3~10mm、10~20mm之间。

3.根据权利要求1所述的智能分选装置，其特征在于，直线振动输料装置（2）包括直线进料轨道（202）和进料口（205），直线进料轨道（202）的宽度最大为20mm、高度范围为0.7-1.5mm，进料口（205）与振动盘（1）的出料口（105）保持1-2mm间隙。

4.根据权利要求1所述的智能分选装置，其特征在于，并联飞达输料机构（4）的入料口中设置传感器（402），用于检测物料有无放入。

5.根据权利要求1所述的智能分选装置，其特征在于，抓取机构中，传动部件包括电机（12）、半圆导片（1201）、滚轮（1202）、传动板（1203）、滑块（1204）和轨道(1205)；半圆导片（1201）的圆心部位与电机(12)的轴相连接，滚轮（1202）与半圆导片（1201）的边部连接，轨道（1205）竖直固定在支撑板上，轨道（1205）上设置滑块（1204），滑块(1204)的下部和轨道(1205)之间套有弹簧，传动板（1203）与滑块（1204）连接；当电机（12）带动半圆导片（1201）转动时滚轮（1201）会将传动板（1203）向下压，传动板(1203)带着滑块(1204)在轨道(1205)上滑动，当向下移动时弹簧压缩，向上移动时弹簧伸长将滑块(1204)复位。

6.根据权利要求1所述的智能分选装置，其特征在于，吸嘴（8）有若干个。

7.根据权利要求1所述的智能分选装置，其特征在于，收集盒（9）中设置传感器，用于检测收集盒（9）的容量状态。

8.根据权利要求1所述的智能分选装置，其特征在于，控制系统包括开源的OPEN PNP软件，用于对上部摄像头（6）对并联飞达输料机构（4）卡槽中的元器件逐一定位、下部摄像头（5）对元器件的外形特征进行识别，以及对抓取机构进行运动控制。

9.根据权利要求8所述的智能分选装置，其特征在于，识别系统中，下部摄像头（5）对元器件的外形特征进行识别时，识别的信息包括元器件长宽尺寸信息以及表面字符信息；表面字符信息包括元件制造商信息、元件型号和元件功能信息。

10.一种采用权利要求1~9之一所述的废旧智能手机元器件的智能分选装置的方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）手机元器件由进料系统的振动盘（1）进行整齐排列成一层同一面朝向的姿态，再通过直线振动传送装置（2）进行加速输送，输送至分料机构（3）；

（2）分料机构（3）将元器件进行逐一排列入并联飞达输料机构（4），当一批料放置完毕后，并联飞达输料机构（4）将元器件输送至抓取机构正下方；

（3）元器件到达抓取机构正下方后，启动下部摄像头（5）对元器件进行识别元件表面的厂家功能字符信息与数据库信息进行对比，符合对应信息的被抓取放置在收料装置中相应的收料盒（9）内。

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