CN115041431A - 物料连续输送中的杂物清理机器人及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种物料连续输送中的杂物清理机器人及其控制方法，设置力觉实时监测单元和视觉实时监测单元；力觉实时监测单元在清理箱体上部侧面设置称重器挂耳；在转运平台上与称重器挂耳相对应的位置设置清理机器人支柱；称重器挂耳通过称重传感器安装在清理机器人支柱的上端面上；视觉实时监测单元在距离清理箱体入口3～5m处，设有对胶带机上物料进行拍摄的图像识别摄像机。采用上述技术方案，通过力觉、视觉识别，实时、准确发现各类杂物；依靠格栅式清理机构，无遗漏地分拣杂物；采用智能液控机械手适时清理连续物料输送中的杂物，不仅保障物料输送的连续性，同时降低了人工巡检、疏通、清理等工作的劳动强度。
Description
技术领域
本发明属于物料运输与杂物处理的技术领域。更具体地，本发明涉及一种物料连续输送中的杂物清理机器人。本发明还涉及该清理机器人的控制方法。
背景技术
现代工业化连续生产物料输送、转运通常都是使用胶带运输，然物料中的大块、杂物等常常会造成胶带机进料转运斗堵塞，或撕裂胶带造成运输中断。
随着绿色生产智能制造的不断升级，保持工业化大生产物料输送的连续性，彻底解放人工巡检、疏通、清理，提升作业效率，降低劳动强度，实现本质安全；需要开发能够实时识别来料的大块废料、废钢、编织袋等各类杂物，并及时自动清理的装置，保障运输生产的连续性、安全性，进一步提升运输工作效率，为“一键式”智能输送生产，提供基础保障。
中国专利公开号为CN2016211569720的专利文献“一种输煤系统旋转钩齿除杂物机用挡料及杂物自清理机器人”，公开了一种杂物自清理机器人。其技术方案是：包括一固定设置在输煤皮带下料口处物料溜槽及杂物溜槽分界处的梳形板，梳形板与从其齿缝穿过的旋转钩齿对应，由若干纵向板条间隔均布排列并固接在底部水平板条上形成，纵向板条包括竖直挡料段和用于固连物料溜槽或杂物溜槽槽面的倾斜安装段，若干竖直挡料段构成梳形板的竖直挡料板，若干倾斜安装段及底部水平板条构成梳形板的倾斜安装板；在竖直挡料板一侧面的每根竖直挡料段上敷设宽度大于竖直挡料段宽度的软质橡胶板条，且相邻的软质橡胶板条间形成旋转钩齿穿越间隙；在每根纵向板条上设有加强筋，其结构复杂，需要随主体设备一同连续运转，容易产生漏检。其主要发明目的是提高除杂效率。
现有技术不具有智能识别、清理各类不同杂物的功能，因而不能实时、准确识别，也不能及时自动清理杂物，所以难以保障输送生产连续进行，经常需要人工干预，带来劳动强度高，存在很大的安全隐患，已经不能适用于现代高效率的、情况复杂多变的物料运输的应用场景。
发明内容
本发明提供一种物料连续输送中的杂物清理机器人，其目的是实现运输物料中杂物的智能识别和高效自动化清理。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明的物料连续输送中的杂物清理机器人，设置在转运平台上，所述的清理机器人包括转运料斗、清理箱体，所述清理机器人设置力觉实时监测单元；所述的力觉实时监测单元在所述的清理箱体上部侧面设置称重器挂耳；在所述的转运平台上与称重器挂耳相对应的位置设置清理机器人支柱；所述的称重器挂耳通过称重传感器安装在清理机器人支柱的上端面上。
所述清理机器人设置视觉实时监测单元；所述的视觉实时监测单元在距离所述的清理箱体入口3～5m处，设有对胶带机上物料进行拍摄的图像识别摄像机19。
所述的视觉实时监测单元存设有储用于识别对比的图像数据库。
所述的力觉实时监测单元和视觉实时监测单元均通过信号线路与DCS系统及上位机连接。
所述的清理机器人设置优先决策模块，所述的优先决策模块通过信号线路与所述的DCS系统及上位机连接。
在所述的清理箱体内设置横向的挡杂物栅条组及竖直方向的清理杂物栅条组，两个栅条组的栅条间隔分布；在所述的清理箱体内设置水平的清理栅条组运行轨道；所述的清理杂物栅条组的上端通过滑轮以吊挂形式安装在所述的清理栅条组运行轨道上；在所述的清理箱体的一个侧面外设置液压缸，所述的液压缸的活塞杆端部与清理杂物栅条组连接。
在所述的液压缸的活塞杆推动清理杂物栅条组到尽头的清理箱体一侧，设置杂物清理门；所述的杂物清理门的上边缘通过清理门铰轴安装在清理箱体上。
在所述的杂物清理门的下方，设置杂物收集料斗。
所述的清理杂物栅条组下端部为三角形，使得栅条的下端朝向推料的前方的边缘向内倾斜，形成一个铲形；在所述的清理杂物栅条组运行到尽头时，该三角形的底部高于挡杂物栅条组的顶面。
所述的挡杂物栅条组的推料前方向下倾斜一个角度，该角度大小以保证清理杂物栅条组在运行到尽头时，该三角形的底高于挡杂物栅条组上顶。
所述的清理杂物栅条组与挡杂物栅条组始终保持一个夹角，使得当挡杂物栅条组处于水平状态时，所述的清理杂物栅条组则上方后倾。
所述的清理机器人支柱的数量为四个；相应地，所述的称重传感器的数量也为四个。
所述的清理机器人设置称重传感器吹扫装置，所述的称重传感器吹扫装置通过信号线路与力觉实时监测单元连接；所述的称重传感器吹扫装置通过气体管路与压缩空气气源连接；在所述的气体管路上设置电磁阀。
在所述的气体管路上与所述的电磁阀并联设置手动旁通阀。
所述的称重传感器吹扫装置为两组设置，每组包括两个吹扫头，分别对两个称重传感器进行吹扫。
为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供以上所述的物料连续输送中的杂物清理机器人的控制方法，其第一个技术方案是：
所述的液压缸接受一个清理指令，驱动清理杂物栅条组往复运行一次，完成杂物清理一次；
1、安装调试完成后，读取清理箱体总重量的基准数值m；
2、根据物料的特性，设定阈值M＝km，其中，k＞1；
3、称重传感器每隔一段时间采集一次清理箱体的实际总重量W；
所述的力觉识别实时监测单元通过称重传感器，将检测到的信号送到仪表显示箱中以及送入DCS系统中，经过力觉识别的智能清理指令控制模型处理，发出清理指令；
4、当W超过阈值M1时，力觉实时监测单元延时5s发出清理指令；
5、当W超过阈值M2时，力觉实时监测单元延时100s发出清理指令；
6、当W超过阈值M3时，力觉实时监测单元延时200s发出清理指令；
7、当W超过阈值M4时，力觉实时监测单元延时300s发出清理指令；
所述的M1、M2、M3、M4分别为M在设定的在超大重量物料、大重量物料、一般物料、小物料时的阈值。
所述的物料连续输送中的杂物清理机器人的控制方法，其第二个技术方案是：
所述的图像识别摄像机每秒抓拍4-8帧图片，送入DCS系统中，视觉实时监测单元将获取的图片数据与图像数据库存储的图像进行对比，并得出数据偏差，通过胶带机上杂物颜色、型状，得出杂物的种类；经过力觉识别的智能清理指令控制模型处理，发出清理指令；
1、当检测到胶带机上图像与存储的图像数据偏差超过50％时，视觉实时监测单元延时5s时发出清理指令；
2、当检测到胶带机上图像与存储的图像数据偏差超过20％时，视觉实时监测单元延时100s发出清理指令；
3、当检测到胶带机上图像与存储的图像数据偏差超过10％时，视觉实时监测单元延时200s发出清理指令；
4、当检测到胶带机上图像与存储的图像数据偏差超过5％时，视觉实时监测单元延时300s发出清理指令；
力觉识别指令、视觉识别指令、与清理周期进行智能优化。清理装置接受智能处理后的指令准确清理杂物。
所述的物料连续输送中的杂物清理机器人的控制方法，其第三个技术方案是：
力觉、视觉智能识别清理的控制方式为：
1、若设计杂物液控清理动作时间周期T＝30-100秒；
2、杂物液控清理工作时T+5秒内，屏蔽力觉、视觉清理；
3、杂物液控清理工作时间外，力觉、视觉全部清理指令按优先原则，杂物液控清理装置接受清理指令；
5、物料连续输送杂物清理机器人，力觉实时监测单元与视觉实时监测单元协调识别，保障杂物识别准确性；
6、在所述的DCS系统中，力觉、视觉识别清理指令智能控制模型，按优先原则处理力觉、视觉全部清理指令，发出杂物清理最终执行指令。
液控清理装置接受最终执行指令，由清理装置采用梳式“鞋形”栅条由电液推杆直线运动完成杂物清理。
更进一步地，所述的物料连续输送中的杂物清理机器人的控制方法还包括以下技术方案：
根据物料特性、运行工作状况，每1～4周检查护维清理机器人，并重新标定m；维护视觉摄像机镜头标定焦距。
所述的称重传感器每1-5s采集一次W的参数。
所述的力觉实时监测单元控制所述的称重传感器吹扫装置定期对称重传感器进行吹扫。
所述的称重传感器自动定时吹扫装置按以下工作方式运行：
1、自动吹扫方式：DCS系统每隔6h发出信号，打开电磁阀17，压缩空气自动吹扫称重传感器8。
2、当检测重量异常，DCS系统报警，重量数据暂停读取，人工打开手动旁通阀吹扫称重传感器。
3、排除故障后，手动旁通阀关闭，DCS系统16自动恢复W取值规则。
本发明采用上述技术方案，针对现代工业化连续生产的物料输送，通过力觉、视觉识别，实时、准确发现各类杂物；依靠格栅式清理机构，无遗漏地分拣杂物；采用智能液控机械手适时清理连续物料输送中的杂物，不仅保障物料输送的连续性，同时降低了人工巡检、疏通、清理等工作的劳动强度，因为物料连续输送杂物清理机器人属3D岗位(Dangerous风险大、Dusty环境脏、Dupiicate重复劳动)，因此，本发明真正实现需要机器人替代目标；保障物料输送的连续性，实现本质安全，为真正实现物料运输“一键式”智能操作，提供基础保障。
附图说明
附图所示内容及图中的标记简要说明如下：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的结构俯视示意图；
图3为本发明的智能识别控制流程图。
图1中的标记为：
1、转运料斗，2、挡杂物栅条组，3、清理杂物栅条组，4、清理栅条组运行导轨，5、滑轮，6、液压缸，7、清理机器人支柱，8、称重传感器，9、称重器挂耳，10、清理箱体，11、清理门铰轴，12、杂物清理门，13、杂物收集料斗，14、转运平台，15、上位机，16、DCS系统，17、电磁阀，18、手动旁通阀，19、图像识别摄像机，20、优先决策模块。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1、图2所示本发明的结构，为一种物料连续输送中的杂物清理机器人，设置在转运平台14上，所述的清理机器人包括转运料斗1。
为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现运输物料中杂物的智能识别和自动化清理的发明目的，本发明采取的技术方案为：
如图1、图2所示，本发明的物料连续输送中的杂物清理机器人，设置在转运平台14上，所述的清理机器人包括转运料斗1、清理箱体10，所述清理机器人设置力觉实时监测单元；所述的力觉实时监测单元在所述的清理箱体10上部侧面设置称重器挂耳9；在所述的转运平台14上与称重器挂耳9相对应的位置设置清理机器人支柱7；所述的称重器挂耳9通过称重传感器8安装在清理机器人支柱7的上端面上。
所述清理机器人设置视觉实时监测单元；所述的视觉实时监测单元在距离所述的清理箱体10入口3～5m处，设有对胶带机上物料进行拍摄的图像识别摄像机19。
本发明通过力觉、视觉识别，实时、准确发现各类杂物；依靠格栅式清理机构，无遗漏地分拣杂物；采用智能液控机械手适时清理连续物料输送中的杂物，不仅保障物料输送的连续性，同时降低了人工巡检、疏通、清理等工作的劳动强度，真正实现需要机器人替代目标；保障物料输送的连续性，实现本质安全，为真正实现物料运输“一键式”智能操作，提供基础保障。
所述的视觉实时监测单元存设有储用于识别对比的图像数据库。
所述的力觉实时监测单元和视觉实时监测单元均通过信号线路与DCS系统16及上位机15连接。
所述的清理机器人设置优先决策模块20，所述的优先决策模块20通过信号线路与所述的DCS系统16及上位机15连接。
本发明的物料连续输送中的杂物清理机器人设置清理箱体10，在所述的清理箱体10内设置横向的挡杂物栅条组2及竖直方向的清理杂物栅条组3，两个栅条组的栅条间隔分布；在所述的清理箱体10内设置水平的清理栅条组运行轨道4；所述的清理杂物栅条组3的上端通过滑轮5以吊挂形式安装在所述的清理栅条组运行轨道4上；在所述的清理箱体10的一个侧面外设置液压缸6，所述的液压缸6的活塞杆端部与清理杂物栅条组3连接。
在物料入口的转运料斗1上增加智能杂物识别清理机器人，实时监测来料状况，及时识别来料各类杂物的类型并发出相关指令；清理机器人接受指令及时自动清理杂物，保障物料输送全过程，不受来料杂物的干扰而保持其连续性。
运输杂物识别清理机器人采用梳式栅条组结构；采用液压缸6完清理杂物栅条组3驱动，完成杂物清理的往复控制。清理杂物栅条组3与挡杂物栅条组2互相间隔交替组合。
在图1中，清理杂物栅条组3是往右边运动进行清理，清理结束后再向左边返回。清理杂物栅条组3依靠液压缸6，完成杂物推出清理机器人功能。
挡杂物栅条组2中的栅条，其剖面采用倒梯形，方便杂物清理。其剖面的上部采用圆角，防杂物卡死。
挡杂物栅条组2向杂物收集斗13(图1中向右)方向下倾斜一个角度，保证清理顺畅，并结合输送物料的特性选择该角度；该角度也可等于零度。
如图1所示，清理杂物栅条组3下部设计为“三角形脚”，即清理杂物栅条组3中的栅条的下端朝向推料的前方，设有向内的倾斜，形成一个铲形。在清理杂物栅条组3运行到尽头时，“三角形脚”底部要高于挡杂物栅条组2上顶。
挡杂物栅条组2也向下倾斜一个角度，该角度大小以保证清理杂物栅条组3运行到尽头时“三角形脚”底要高于挡杂物栅条组2上顶；所述的“三角形脚”与挡杂物栅条倾斜角协同，实现杂物清理“钩出”功能。
所述的清理杂物栅条组3与挡杂物栅条组2始终保持一个夹角，使得当挡杂物栅条组2处于水平状态时，所述的清理杂物栅条组3则上方后倾。
清理杂物栅条组3通过连杆及滑轮5组成清理栅条滑动结构。在清理栅条组运行轨道4上，水平前进，完成杂物清理。
在所述的液压缸6的活塞杆推动清理杂物栅条组3到尽头的清理箱体10一侧，设置杂物清理门12；所述的杂物清理门12的上边缘通过清理门铰轴11安装在清理箱体10上。
在所述的杂物清理门12的下方，设置杂物收集料斗13。
清理杂物栅条组3推动杂物运行到尽头，同时推开杂物清理门12，杂物自动落入杂物收集斗13中。杂物清理门12依靠自重(也可加配重)始终关闭，只有在清理杂物栅条组3运行到尽头顶推时，才能被推开。
所述的物料连续输送中的杂物清理机器人设置力觉实时监测单元；所述的力觉实时监测单元在所述的清理箱体10上部侧面设置称重器挂耳9；在所述的转运平台14上与称重器挂耳9相对应的位置设置清理机器人支柱7；所述的称重器挂耳9通过称重传感器8安装在清理机器人支柱7的上端面上。
物料连续输送中的杂物清理机器人由三或四个清理机器人支柱7支撑固定在转运料斗1的平台上。在每个清理机器人支柱7上安装有压力式称重传感器8。称重传感器8实时监测清理箱体10重量的变化，识别来料杂物情况。
具体地，如图2所示，所述的清理机器人支柱7的数量为四个；相应地，所述的称重传感器8的数量也为四个。
控制系统根据物料特性进行计算，适时发出清理指令，及时清理杂物。清理液压缸6接受清理指令一次，驱动清理栅条组连杆及滑轮5带动清理杂物栅条组3往复运行一次，完成杂物清理一次。
所述的清理机器人设置称重传感器吹扫装置，所述的称重传感器吹扫装置通过信号线路与力觉实时监测单元连接；所述的称重传感器吹扫装置通过气体管路与压缩空气气源连接；在所述的气体管路上设置电磁阀17。
在所述的气体管路上与所述的电磁阀17并联设置手动旁通阀18。
所述的称重传感器吹扫装置为两组设置，每组包括两个吹扫头，分别对两个称重传感器8进行吹扫。
所述的清理机器人的组件通过信号线路与DCS系统16及上位机15连接。
为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供以上所述的物料连续输送中的杂物清理机器人的控制方法，其第一个技术方案是：
所述的液压缸6接受一个清理指令，驱动清理杂物栅条组3往复运行一次，完成杂物清理一次；
1、安装调试完成后，读取清理箱体10总重量的基准数值m；
2、根据物料的特性，设定阈值M＝km，其中，k＞1；
3、称重传感器8每隔一段时间采集一次清理箱体10的实际总重量W；
所述的力觉识别实时监测单元通过称重传感器8，将检测到的信号送到仪表显示箱中以及送入DCS系统16中，经过力觉识别的智能清理指令控制模型处理，发出清理指令；
4、当W超过阈值M1时，力觉实时监测单元延时5s发出清理指令；
5、当W超过阈值M2时，力觉实时监测单元延时100s发出清理指令；
6、当W超过阈值M3时，力觉实时监测单元延时200s发出清理指令；
7、当W超过阈值M4时，力觉实时监测单元延时300s发出清理指令；
所述的M1、M2、M3、M4分别为M在设定的在超大重量物料、大重量物料、一般物料、小物料时的阈值，分别为：M1＝1.1m、M2＝1.05m、M3＝1.03m、M4＝1.02m。
所述的物料连续输送中的杂物清理机器人的控制方法，其第二个技术方案是：
所述的图像识别摄像机19每秒抓拍4-8帧图片，送入DCS系统16中，视觉实时监测单元将获取的图片数据与图像数据库存储的图像进行对比，并得出数据偏差，通过胶带机上杂物颜色、型状，得出杂物的种类；经过力觉识别的智能清理指令控制模型处理，发出清理指令；
1、当检测到胶带机上图像与存储的图像数据偏差超过50％时，视觉实时监测单元延时5s时发出清理指令；
2、当检测到胶带机上图像与存储的图像数据偏差超过20％时，视觉实时监测单元延时100s发出清理指令；
3、当检测到胶带机上图像与存储的图像数据偏差超过10％时，视觉实时监测单元延时200s发出清理指令；
4、当检测到胶带机上图像与存储的图像数据偏差超过5％时，视觉实时监测单元延时300s发出清理指令；
力觉识别指令、视觉识别指令、与清理周期进行智能优化。
清理装置5、6接受智能处理后的指令准确清理杂物
所述的物料连续输送中的杂物清理机器人的控制方法，其第三个技术方案是：
力觉、视觉智能识别清理的控制方式为：
1、若设计杂物液控清理动作时间周期T＝30-100秒；
2、杂物液控清理工作时T+5秒内，屏蔽力觉、视觉清理；
3、杂物液控清理工作时间外，力觉、视觉全部清理指令按优先原则，杂物液控清理装置接受清理指令；
5、物料连续输送杂物清理机器人，力觉实时监测单元与视觉实时监测单元协调识别，保障杂物识别准确性；
6、在所述的DCS系统16中，力觉、视觉识别清理指令智能控制模型，按优先原则处理力觉、视觉全部清理指令，发出杂物清理最终执行指令。
液控清理装置接受最终执行指令，由清理装置采用梳式“鞋形”栅条5由电液推杆6直线运动完成杂物清理。
更进一步地，所述的物料连续输送中的杂物清理机器人的控制方法还包括以下具体的技术方案：
根据物料特性、运行工作状况，每1～4周检查护维清理机器人，并重新标定m；维护视觉摄像机镜头标定焦距。
所述的称重传感器8每1-5s采集一次W的参数。
所述的力觉实时监测单元通过称重传感器8(图3中所示1#、2#、3#、4#称重传感器)将检测到的信号送到仪表显示箱中，再送入DCS系统16(分散控制系统)中，智能杂物识别系统根据物料特性，区分阈值后，适时发出清理指令，清理杂物；
该方法包括以下步骤：
步骤一、力觉实时监测单元建立与物料特性模型联动的控制机制；由上位机1设定物料特性的模型参数；在清理机器人安装调试完成后读取m的数值；
步骤二、液压缸控制系统根据物料特性模型进一步控制杂物清理机器人；
步骤三、力觉实时监测单元采用四套称重传感器对物料清理箱体10重量进行实时测量，经DCS系统16计算后得出清理箱体10的实际总重量W；(力觉实时监测单元设置吹扫装置，定期对称重传感器进行吹扫。)
步骤四、DCS系统16比较物料清理箱体10的实际重量W的数值与清理箱体10总重量的基准数值m；
步骤五、所述的DCS系统16控制所述的液压缸6通过自动运行方式对杂物进行清理。
所述的液压缸6的自动运行方式遵循以下调节规则：
1、当W＞M1，DCS系统16发出清理指令1，液压缸6立即往复动作一次；
2、当M2＜W≤M1，10分钟后，DCS系统16发出清理指令2，液压缸6立即往复动作一次；
3、当M3＜W≤M2，20分钟后，DCS系统16发出清理指令3，液压缸6立即往复动作一次；
4、当M4＜W≤M3，30分钟后，DCS系统16发出清理指令4，液压缸6立即往复动作一次；
5、当m≤W≤M4，DCS系统16发出等待指令，液压缸6不动作；
6、当W＜m，DCS系统16报警，重量数据暂停读取，液压缸6不动作。
所述的力觉实时监测单元控制所述的称重传感器吹扫装置定期对称重传感器8进行吹扫。
所述的称重传感器自动定时吹扫装置按以下工作方式运行：
1、自动吹扫方式：DCS系统16每隔6h发出信号，打开电磁阀17，压缩空气自动吹扫称重传感器8。
2、当检测重量异常，DCS系统16报警，重量数据暂停读取，人工打开手动旁通阀18吹扫称重传感器8。
3、排除故障后，手动旁通阀18关闭，DCS系统16自动恢复W取值规则。
几种不同物料的处理方式：
1、运输出炉的焦炭，大块焦出现时，清理装置箱体的总重量超过力觉阈值M1延时5秒发出清理指令，自动清理出大块焦，清理装置箱体的总重量恢复到m基准数值，保持连续正常运行。
2、运输来料原煤时，出现编织袋时，清理装置箱体的总重量超过力觉阈值M2延时100秒立即发出清理指令，自动清理出编织袋，清理装置箱体的总重量恢复到m基准数值，保持连续正常运行。
3、运输来料精矿粉时，出现破布时，清理装置箱体的总重量超过力觉阈值M3延时200秒发出清理指令，自动清理出破布，清理装置箱体的总重量恢复到m基准数值，保持连续正常运行。
4、运输来料大豆时，出现麻绳时，清理装置箱体的总重量超过力觉阈值M4延时300秒发出清理指令，自动清理出麻绳，清理装置箱体的总重量恢复到m基准数值，保持连续正常运行。
5、运输来料原煤时，出现大块泡沫塑料块时，当视觉识别装置检测胶带机上图像，与对比图像数据库数据偏差50％延时5秒时发出清理指令，自动清理出大块泡沫塑料。
下面提供几个实施示例：
实施例1：
应用于原煤运输场景：原煤运输中杂物有石块、木块、麻绳等，梳式挡杂物栅条组间距约100mm左右，挡杂物栅条倾角a取10°，电液推杆推力200N，力觉阈值M1＝1.2m，M2＝1.15m，M3＝1.1m，M4＝1.05m，与视觉共同完成。每2周检查、维护清理装置，并重新标定清理装置箱体的总重量m的基准数值，维护视觉摄像机镜头标定焦距。运行良好，无出现杂物堵料停机故障。
实施例2：
应用于球团矿运输场景。球团矿运输中杂物主要有结块球矿、零星杂物，梳式挡杂物栅条组间距约50mm左右，挡杂物栅条倾角水平安装(即a取0°)，此时协同清理栅条组及运行固定滑道反向后倾倾角a取100，电液推杆推力400N，力觉阈值M1＝1.1m，M4＝1.02m，与视觉共同完成。不设定力觉阈值M2、M3。每月定期检查修理维护清理装置，并重新标定清理装置箱体的总重量m的基准数值，维护视觉摄像机镜头标定焦距。运行良好，无出现杂物堵料停机故障。
实施例3：
应用于精矿粉运输场景。精矿粉运输中杂物有编织袋、木块、麻绳等，梳式挡杂物栅条组间距约50mm左右，挡杂物栅条倾角a取15°，电液推杆推力300N，力觉阈值M1＝1.1m，M2＝1.05m，M3＝1.03m，M4＝1.01m，与视觉共同完成。每1周检查修理、维护清理装置，并重新标定清理装置箱体的总重量m的基准数值，维护视觉摄像机镜头标定焦距。运行良好，无出现杂物堵料停机故障。
实施例4：
应用于焦炭运输场景：焦炭运输中主要大块焦炭，梳式挡杂物栅条组间距约200mm左右，挡杂物栅条倾角a取17°，电液推杆推力300N，力觉阈值M1＝1.1m，M4＝1.02m，不设定力觉阈值M2、M3，与视觉共同完成。每月定期检查、修理、维护清理装置，并重新标定清理装置箱体的总重量m的基准数值，维护视觉摄像机镜头标定焦距。运行良好，无出现杂物堵料停机故障。
实施例5：
应用于烧结矿运输场景：烧结矿运输中主要大块烧结矿运输，梳式挡杂物栅条组间距约100mm左右，挡杂物栅条倾角a取20°，电液推杆推力500N，力觉阈值M1＝1.05m，M4＝1.02m、不设定力觉阈值M2、M3，与视觉共同完成。每月定期检查、修理、维护清理装置，并重新标定清理装置箱体的总重量m的基准数值。维护视觉摄像机镜头标定焦距。运行良好，无出现杂物堵料停机故障。
实施例6：
应用于大豆运输场景。大豆运输中杂物主要有编织袋、麻绳零星杂物，梳式挡杂物栅条组间距约30mm左右，挡杂物栅条倾角水平安装(即a取0°)，此时协同清理栅条组及运行固定滑道反向后倾倾角a取1000，电液推杆推力200N，力觉阈值M1＝1.05m，M4＝1.01m，不设定力觉阈值M2、M3，与视觉共同完成。每月定期检查、修理维护清理装置，并重新标定清理装置箱体的总重量m的基准数值；维护视觉摄像机镜头标定焦距。运行良好，无出现杂物堵料停机故障。
本发明针对现代工业化连续生产的物料输送，通过可靠的称重格栅检测装置实时监测来料状况，及时识别各类杂物及大块物料，并通过配套清理机器人及时自动清理，真正实现运输物料杂物准确、自动识别清理功能，高效协同，不仅保障物料输送的连续性，同时降低了人工巡检、疏通、清理，降低劳动强度，实现本质安全，为真正实现物料运输“一键式”智能操作，提供基础保障。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (22)
1.一种物料连续输送中的杂物清理机器人，设置在转运平台(14)上，所述的清理机器人包括转运料斗(1)、清理箱体(10)，其特征在于：所述清理机器人设置力觉实时监测单元；所述的力觉实时监测单元在所述的清理箱体(10)上部侧面设置称重器挂耳(9)；在所述的转运平台(14)上与称重器挂耳(9)相对应的位置设置清理机器人支柱(7)；所述的称重器挂耳(9)通过称重传感器(8)安装在清理机器人支柱(7)的上端面上。
2.按照权利要求1所述的物料连续输送中的杂物清理机器人，其特征在于：所述清理机器人设置视觉实时监测单元；所述的视觉实时监测单元在距离所述的清理箱体(10)入口3～5m处，设有对胶带机上物料进行拍摄的图像识别摄像机(19)。
3.按照权利要求2所述的物料连续输送中的杂物清理机器人，其特征在于：所述的视觉实时监测单元存设有储用于识别对比的图像数据库。
4.按照权利要求2所述的物料连续输送中的杂物清理机器人，其特征在于：所述的力觉实时监测单元和视觉实时监测单元均通过信号线路与DCS系统(16)及上位机(15)连接。
5.按照权利要求4所述的物料连续输送中的杂物清理机器人，其特征在于：所述的清理机器人设置优先决策模块(20)，所述的优先决策模块(20)通过信号线路与所述的DCS系统(16)及上位机(15)连接。
6.按照权利要求1至5中任一项所述的物料连续输送中的杂物清理机器人，其特征在于：在所述的清理箱体(10)内设置横向的挡杂物栅条组(2)及竖直方向的清理杂物栅条组(3)，两个栅条组的栅条间隔分布；在所述的清理箱体(10)内设置水平的清理栅条组运行轨道(4)；所述的清理杂物栅条组(3)的上端通过滑轮(5)以吊挂形式安装在所述的清理栅条组运行轨道(4)上；在所述的清理箱体(10)一个侧面外设置液压缸(6)，所述的液压缸(6)的活塞杆端部与清理杂物栅条组(3)连接。
7.按照权利要求6所述的物料连续输送中的杂物清理机器人，其特征在于：在所述的液压缸(6)的活塞杆推动清理杂物栅条组(3)到尽头的清理箱体(10)一侧，设置杂物清理门(12)；所述的杂物清理门(12)的上边缘通过清理门铰轴(11)安装在清理箱体(10)上。
8.按照权利要求6所述的物料连续输送中的杂物清理机器人，其特征在于：在所述的杂物清理门(12)的下方，设置杂物收集料斗(13)。
9.按照权利要求6所述的物料连续输送中的杂物清理机器人，其特征在于：所述的清理杂物栅条组(3)下端部为三角形，使得栅条的下端朝向推料的前方的边缘向内倾斜，形成一个铲形；在所述的清理杂物栅条组(3)运行到尽头时，该三角形的底部高于挡杂物栅条组(2)的顶面。
10.按照权利要求9所述的物料连续输送中的杂物清理机器人，其特征在于：所述的挡杂物栅条组(2)的推料前方向下倾斜一个角度，该角度大小以保证清理杂物栅条组(3)在运行到尽头时，该三角形的底高于挡杂物栅条组(2)上顶。
11.按照权利要求9所述的物料连续输送中的杂物清理机器人，其特征在于：所述的清理杂物栅条组(3)与挡杂物栅条组(2)始终保持一个夹角，使得当挡杂物栅条组(2)处于水平状态时，所述的清理杂物栅条组(3)则上方后倾。
12.按照权利要求1所述的物料连续输送中的杂物清理机器人，其特征在于：所述的清理机器人支柱(7)的数量为四个；相应地，所述的称重传感器(8)的数量也为四个。
13.按照权利要求1所述的物料连续输送中的杂物清理机器人，其特征在于：所述的清理机器人设置称重传感器吹扫装置，所述的称重传感器吹扫装置通过信号线路与力觉实时监测单元连接；所述的称重传感器吹扫装置通过气体管路与压缩空气气源连接；在所述的气体管路上设置电磁阀(17)。
14.按照权利要求13所述的物料连续输送中的杂物清理机器人，其特征在于：在所述的气体管路上与所述的电磁阀(17)并联设置手动旁通阀(18)。
15.按照权利要求13所述的物料连续输送中的杂物清理机器人，其特征在于：所述的称重传感器吹扫装置为两组设置，每组包括两个吹扫头，分别对两个称重传感器(8)进行吹扫。
16.按照权利要求2至15中任意一项所述的物料连续输送中的杂物清理机器人的控制方法，其特征在于：
所述的液压缸(6)接受一个清理指令，驱动清理杂物栅条组(3)往复运行一次，完成杂物清理一次；
1)、安装调试完成后，读取清理箱体(10)总重量的基准数值m；
2)、根据物料的特性，设定阈值M＝km，其中，k＞1；
3)、称重传感器(8)每隔一段时间采集一次清理箱体(10)的实际总重量W；
所述的力觉识别实时监测单元通过称重传感器(8)，将检测到的信号送到仪表显示箱中以及送入DCS系统(16)中，经过力觉识别的智能清理指令控制模型处理，发出清理指令；
4)、当W超过阈值M1时，力觉实时监测单元延时5s发出清理指令；
5)、当W超过阈值M2时，力觉实时监测单元延时100s发出清理指令；
6)、当W超过阈值M3时，力觉实时监测单元延时200s发出清理指令；
7)、当W超过阈值M4时，力觉实时监测单元延时300s发出清理指令；
所述的M1、M2、M3、M4分别为M在设定的在超大重量物料、大重量物料、一般物料、小物料时的阈值。
17.按照权利要求2至15中任意一项所述的物料连续输送中的杂物清理机器人的控制方法，其特征在于：所述的图像识别摄像机(19)每秒抓拍4-8帧图片，送入DCS系统(16)中，视觉实时监测单元将获取的图片数据与图像数据库存储的图像进行对比，并得出数据偏差，通过胶带机上杂物颜色、形状，得出杂物的种类；经过力觉识别的智能清理指令控制模型处理，发出清理指令；
1)、当检测到胶带机上图像与存储的图像数据偏差超过50％时，视觉实时监测单元延时5s时发出清理指令；
2)、当检测到胶带机上图像与存储的图像数据偏差超过20％时，视觉实时监测单元延时100s发出清理指令；
3)、当检测到胶带机上图像与存储的图像数据偏差超过10％时，视觉实时监测单元延时200s发出清理指令；
4)、当检测到胶带机上图像与存储的图像数据偏差超过5％时，视觉实时监测单元延时300s发出清理指令。
18.按照权利要求2至15中任意一项所述的物料连续输送中的杂物清理机器人的控制方法，其特征在于：力觉、视觉智能识别清理的控制方式为：
1)、若设计杂物液控清理动作时间周期T＝30-100秒；
2)、杂物液控清理工作时T+5秒内，屏蔽力觉、视觉清理；
3)、杂物液控清理工作时间外，力觉、视觉全部清理指令按优先原则，杂物液控清理装置接受清理指令；
5)、物料连续输送杂物清理机器人，力觉实时监测单元与视觉实时监测单元协调识别，保障杂物识别准确性；
6)、在所述的DCS系统(16)中，力觉、视觉识别清理指令智能控制模型，按优先原则处理力觉、视觉全部清理指令，发出杂物清理最终执行指令。
19.按照权利要求18所述的物料连续输送中的杂物清理机器人的控制方法，其特征在于：根据物料特性、运行工作状况，每1～4周检查护维清理机器人，并重新标定m；维护视觉摄像机镜头标定焦距。
20.按照权利要求16所述的物料连续输送中的杂物清理机器人的控制方法，其特征在于：所述的称重传感器(8)每1-5s采集一次W的参数。
21.按照权利要求13所述的物料连续输送中的杂物清理机器人的控制方法，其特征在于：所述的力觉实时监测单元控制所述的称重传感器吹扫装置定期对称重传感器(8)进行吹扫。
22.按照权利要求21所述的物料连续输送中的杂物清理机器人的控制方法，其特征在于：所述的称重传感器自动定时吹扫装置按以下工作方式运行：
1)、自动吹扫方式：DCS系统(16)每隔6h发出信号，打开电磁阀(17)，压缩空气自动吹扫称重传感器(8)。
2)、当检测重量异常，DCS系统(16)报警，重量数据暂停读取，人工打开手动旁通阀(18)吹扫称重传感器(8)。
3)、排除故障后，手动旁通阀(18)关闭，DCS系统(16)自动恢复W取值规则。
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