RU2814860C1 - Software and hardware complex for automatic sorting of solid wastes - Google Patents

Software and hardware complex for automatic sorting of solid wastes Download PDF

Info

Publication number
RU2814860C1
RU2814860C1 RU2023106961A RU2023106961A RU2814860C1 RU 2814860 C1 RU2814860 C1 RU 2814860C1 RU 2023106961 A RU2023106961 A RU 2023106961A RU 2023106961 A RU2023106961 A RU 2023106961A RU 2814860 C1 RU2814860 C1 RU 2814860C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
center
robotic
recognized
recognized object
garbage
Prior art date
Application number
RU2023106961A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Денис Андреевич Ефимцев
Никита Вадимович Буц
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Чистая Среда-ЭКОБОТ"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Чистая Среда-ЭКОБОТ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Чистая Среда-ЭКОБОТ"
Application granted granted Critical
Publication of RU2814860C1 publication Critical patent/RU2814860C1/en

Links

Abstract

FIELD: processing and recycling of wastes.
SUBSTANCE: group of inventions relates to a software and hardware system for automatic sorting of solid wastes and a method for automatic sorting of solid wastes using said complex. Hardware and software system comprises a circular ring-shaped conveyor with solid wastes arranged on the circular table. Hardware and software system includes a robotic garbage capture device configured to move above a semicircle of an annular conveyor along a zero line, which represents a projection of the line of movement of the garbage gripper on the plane of the circular table and passes from the center to the end of the circular table. Hardware and software system also includes a video camera configured to obtain a video stream containing images of solid waste objects, and a reading unit, configured to select each n image frame from the obtained video stream and transmit the selected images to the recognition unit. Recognition unit is configured to process the obtained images using a neural network, to recognize objects on said images, and for each recognized object to obtain its coordinates and type of recognized object. Hardware-software system also contains a post-processing unit, made with the possibility to calculate the circular conveyor table rotation angle based on the recognized object coordinates obtained using the neural network, which is the angle between the zero line and the line of the object, and the distance by which the robotic garbage capture device must move, and to transmit to the robotic garbage gripping device the type of the recognized object, the calculated angle of rotation of the circular conveyor table, the distance from the center of the circle, on which the garbage gripper should move along its line of movement from the center of the circle, so that as a result, the garbage capture device is above the center of the recognized object and captures the recognized object using the robotic garbage capture device to move the captured object depending on the recognized type of object into the corresponding container.
EFFECT: providing automatic sorting of solid wastes using a robotic device "manually" in a limited space.
8 cl, 2 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИTECHNICAL FIELD

Изобретение относится к области сортировки твердых отходов, в частности, к программно-аппаратному комплексу автоматической сортировки твердых отходов.The invention relates to the field of solid waste sorting, in particular, to a hardware and software complex for automatic sorting of solid waste.

Настоящее изобретение может быть использовано, по меньшей мере, для сортировки различных твердых отходов с целью их дальнейшей переработки, в том числе во дворах жилых домов, в жилых домах.The present invention can be used, at least, for sorting various solid wastes for the purpose of their further processing, including in the courtyards of residential buildings, in residential buildings.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART

В патенте RU 2731052 C1, дата публикации 28.08.2020, раскрыт роботизированный комплекс, который включает систему машинного зрения с цифровой камерой и компьютером c программным обеспечением на основе сверточной нейронной сети, ленточный конвейер, робот с системой захвата и перемещения. Блок оптических сенсоров установлен над лентой конвейера за областью распознавания объектов цифровой камерой и включает излучатели и камеры-регистраторы и автоматизированную систему управления. Центральный сервер автоматизированной системы управления соединен по локальной линии связи с компьютером системы машинного зрения, модулем синхронизации, контроллером робота, датчиком измерения скорости движения конвейерной ленты. Модуль синхронизации автоматизированной системы управления соединен по локальной линии связи с камерой системы машинного зрения, блоком оптических сенсоров и центральным сервером. Компьютер системы машинного зрения соединен по локальной линии связи с цифровой камерой, блоком оптических датчиков, центральным сервером автоматизированной системы управления. Роботизированный комплекс позволяет увеличить скорость и качество отбора фракций твердых коммунальных отходов.Patent RU 2731052 C1, publication date 08.28.2020, discloses a robotic complex, which includes a machine vision system with a digital camera and a computer with software based on a convolutional neural network, a conveyor belt, and a robot with a gripping and moving system. The optical sensor unit is installed above the conveyor belt behind the object recognition area of the digital camera and includes emitters and recording cameras and an automated control system. The central server of the automated control system is connected via a local communication line to the machine vision system computer, synchronization module, robot controller, and conveyor belt speed measurement sensor. The synchronization module of the automated control system is connected via a local communication line to the camera of the machine vision system, the optical sensor unit and the central server. The computer of the machine vision system is connected via a local communication line to a digital camera, a unit of optical sensors, and a central server of the automated control system. The robotic complex allows you to increase the speed and quality of the selection of fractions of solid municipal waste.

Однако в данном патенте отсутствует возможность осуществлять сортировку твердых отходов с помощью роботизированного устройства, например роборуки, «в ручную», то есть когда роборука имитирует действия человека. Кроме того, отсутствуют возможность размещать роботизированный комплекс в ограниченном пространстве, например, во дворе жилого дома, в жилом доме.However, this patent does not contain the ability to sort solid waste using a robotic device, such as a robotic arm, “manually,” that is, when the robotic arm imitates human actions. In addition, there is no possibility to place the robotic complex in a limited space, for example, in the courtyard of a residential building, in a residential building.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка программно-аппаратного комплекса сортировки твердых отходов, который бы позволял осуществлять сортировку твердых отходов с помощью роботизированного устройства «в ручную» в ограниченном пространстве.The technical objective of the present invention is to develop a software and hardware complex for sorting solid waste, which would allow sorting solid waste using a robotic device “manually” in a limited space.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение автоматической сортировки твердых отходовс помощью роботизированного устройства «в ручную» в ограниченном пространстве, что позволяет осуществлять автоматическую сортировку твердых отходов непосредственно во дворах жилых домов.The technical result of the claimed invention is to provide automatic sorting of solid waste using a robotic device “manually” in a limited space, which allows automatic sorting of solid waste directly in the courtyards of residential buildings.

Указанный технический результат достигается за счет того, что:The specified technical result is achieved due to the fact that:

Программно-аппаратный комплекс автоматической сортировки твердых отходов, содержит:Hardware and software complex for automatic sorting of solid waste, contains:

кольцевой круговой конвейер, причем на круговом столе кольцевого конвейера располагаются твердые отходы;a circular circular conveyor, wherein solid waste is placed on the circular table of the circular conveyor;

роботизированное устройство захвата мусора, причем роботизированное устройство захвата мусора перемещается над полукругом кольцевого конвейера вдоль нулевой линии, при этом нулевая линия представляет проекцию линии движения устройства захвата мусора на плоскость кругового стола и проходит от центра до конца кругового стола;a robotic waste pick-up device, wherein the robotic waste pick-up device moves over the semicircle of the ring conveyor along a zero line, wherein the zero line represents a projection of the line of movement of the waste pick-up device onto the plane of the circular table and extends from the center to the end of the circular table;

видеокамеру, причем с помощью указанной видеокамеры получают видеопоток, содержащий изображения объектов твердых отходов, располагающихся на полукруге кругового стола, где перемещается роботизированное устройство захвата мусора;a video camera, and with the help of the specified video camera, a video stream is obtained containing images of solid waste objects located on a semicircle of a circular table, where a robotic waste pickup device moves;

блок считывания, причем посредством блока считывания выбирают каждые n кадров изображения из полученного видеопотока и передают выбранные изображения в блок распознавания;a reading unit, whereby the reading unit selects every n image frames from the received video stream and transmits the selected images to the recognition unit;

блок распознавания, причем посредством блока распознавания с помощью нейронной сети обрабатывают полученные изображения и в результате обработки распознают объекты на указанных изображениях, и для каждого распознанного объекта получают координаты распознанного объекта, тип распознанного объекта; a recognition block, whereby by means of a recognition block, the received images are processed using a neural network and, as a result of processing, objects in the specified images are recognized, and for each recognized object, the coordinates of the recognized object and the type of the recognized object are obtained;

блок постобработки, причем с помощью блока постобработки на основании полученных с помощью нейронной сети координат распознанного объекта рассчитывают угол поворота стола кольцевого конвейера, представляющий собой угол между нулевой линией и линией объекта, при этом линия объекта представляет проекцию на плоскость кругового стола линии, проходящей от центра кругового стола до центра распознанного объекта, и расстояние, на которое должно передвинуться роботизированное устройство захвата мусора, представляющее собой расстояние от центра кругового стола до центра распознанного объекта; иpost-processing block, and using the post-processing block, based on the coordinates of the recognized object obtained using a neural network, the angle of rotation of the ring conveyor table is calculated, which is the angle between the zero line and the object line, while the object line represents the projection onto the plane of the circular table of the line passing from the center the circular table to the center of the recognized object, and the distance by which the robotic debris picking device must move, which is the distance from the center of the circular table to the center of the recognized object; And

передают в роботизированное устройство захвата мусора тип распознанного объекта, рассчитанный угол поворота стола кольцевого конвейера, расстояние от центра круга, на которое должно передвинуться устройство захвата мусора вдоль своей линии движения от центра круга, чтобы в результате указанного поворота круга и указанного передвижения устройство захвата мусора оказалось над центром распознанного объекта; и осуществляют захват распознанного объекта с помощью роботизированного устройства захвата мусора для перемещения захваченного объекта в зависимости от распознанного типа объекта в соответствующий контейнер; причем процесс захвата твердых отходов повторяется столько раз, сколько объектов было распознано на круге в конкретный момент времени.transmitting to the robotic garbage pickup device the type of recognized object, the calculated rotation angle of the ring conveyor table, the distance from the center of the circle by which the garbage pickup device should move along its line of movement from the center of the circle, so that as a result of the specified rotation of the circle and the specified movement, the garbage pickup device appears above the center of the recognized object; and grasping the recognized object using a robotic debris picking device to move the captured object, depending on the recognized object type, into an appropriate container; Moreover, the process of capturing solid waste is repeated as many times as the number of objects were recognized on the circle at a particular point in time.

В одном варианте реализации программно-аппаратного комплекса типом объекта является, по меньшей мере, пластик, цветные металлы, стекло, бумага.In one embodiment of the hardware and software complex, the object type is at least plastic, non-ferrous metals, glass, paper.

В одном варианте реализации программно-аппаратного комплекса роботизированным устройством захвата мусора является роборука.In one embodiment of the hardware and software complex, the robotic device for picking up garbage is a robotic arm.

В одном варианте реализации программно-аппаратного комплекса нейронная сеть является сегментационной нейронной сетью.In one embodiment of the hardware and software complex, the neural network is a segmentation neural network.

В одном варианте реализации программно-аппаратного комплексав случае, если на полукруге в конкретный момент времени не было распознано ни одного объекта, то выполняется команда поворота стола по часовой стрелке на N градусов.In one embodiment of the hardware and software complex, if not a single object was recognized on the semicircle at a particular moment in time, then the command to rotate the table clockwise by N degrees is executed.

В одном варианте реализации программно-аппаратного комплекса после прохождения полного круга по часовой стрелке M раз, где M равно или больше 1, открывается боковая створка и стол начинает крутиться на 360 градусовпротив часовой стрелки таким образом, что оставшийся мусор попадает в контейнер для нераспознанного мусора.In one embodiment of the software and hardware complex, after completing a full circle clockwise M times, where M is equal to or greater than 1, the side flap opens and the table begins to rotate 360 degrees counterclockwise so that the remaining garbage falls into the container for unrecognized garbage.

В одном варианте реализации программно-аппаратного комплекса контейнеры для сортировки объектов располагаются под малым отверстием сортировочного круга, под крайним положением роборуки.In one embodiment of the hardware and software complex, containers for sorting objects are located under the small opening of the sorting circle, under the extreme position of the robotic arm.

В одном варианте реализации программно-аппаратный комплекс дополнительносодержит обзорную видеокамеру для получения общего вида программно-аппаратного комплекса автоматической сортировки твердых отходов для удаленного мониторинга работы всего программно-аппаратного комплекса в целом.In one embodiment, the software and hardware complex additionally contains an overview video camera to obtain a general view of the software and hardware complex for automatic sorting of solid waste for remote monitoring of the operation of the entire software and hardware complex as a whole.

В одном варианте реализации программно-аппаратного комплекса видеокамера располагается вертикально над столом кольцевого конвейера.In one embodiment of the hardware and software complex, the video camera is located vertically above the table of the ring conveyor.

Также указанный технический результат достигается за счет того, что:Also, the specified technical result is achieved due to the fact that:

Способ автоматической сортировки твердых отходов содержит следующие шаги:The method for automatic sorting of solid waste contains the following steps:

а) получают видеопоток, содержащий изображения объектов твердых отходов, располагающихся на полукруге кругового стола кольцевого конвейера, где перемещается роботизированное устройство захвата мусора, причем роботизированное устройство захвата мусора перемещается над полукругом кольцевого конвейера вдоль нулевой линии, при этом нулевая линия представляет проекцию линии движения устройства захвата мусора на плоскость кругового стола и проходит от центра до конца кругового стола;a) receive a video stream containing images of solid waste objects located on a semicircle of a circular table of a ring conveyor, where a robotic garbage pickup device moves, and the robotic garbage pickup device moves over the semicircle of a ring conveyor along the zero line, wherein the zero line represents the projection of the line of movement of the grabber device debris onto the plane of the circular table and runs from the center to the end of the circular table;

б) выбирают каждые n кадров изображения из полученного видеопотока и передают выбранные изображения для распознавания в нейронную сеть;b) select every n image frames from the received video stream and transmit the selected images for recognition to the neural network;

в) с помощью нейронной сети обрабатывают полученные изображения и в результате обработки распознают объекты на указанных изображениях, и для каждого распознанного объекта получают координаты распознанного объекта, тип распознанного объекта; c) using a neural network, the resulting images are processed and, as a result of processing, objects in the specified images are recognized, and for each recognized object, the coordinates of the recognized object and the type of the recognized object are obtained;

г) на основании полученных с помощью нейронной сети координат распознанного объекта рассчитывают угол поворота стола кольцевого конвейера, представляющий собой угол между нулевой линией и линией объекта, при этом линия объекта представляет проекцию на плоскость кругового стола линии, проходящей от центра кругового стола до центра распознанного объекта, и расстояние, на которое должно передвинуться роботизированное устройство захвата мусора, представляющее собой расстояние от центра кругового стола до центра распознанного объекта; иd) based on the coordinates of the recognized object obtained using a neural network, the angle of rotation of the ring conveyor table is calculated, which is the angle between the zero line and the object line, while the object line represents the projection onto the plane of the circular table of the line passing from the center of the circular table to the center of the recognized object , and the distance to which the robotic debris picking device must move, which is the distance from the center of the circular table to the center of the recognized object; And

д) передают в роботизированное устройство захвата мусора тип распознанного объекта, рассчитанный угол поворота стола кольцевого конвейера, расстояние от центра круга, на которое должно передвинуться устройство захвата мусора вдоль своей линии движения от центра круга, чтобы в результате указанного поворота круга и указанного передвижения устройство захвата мусора оказалось над центром распознанного объекта; e) transmit to the robotic garbage pickup device the type of recognized object, the calculated rotation angle of the ring conveyor table, the distance from the center of the circle by which the garbage pickup device should move along its line of movement from the center of the circle, so that as a result of the specified rotation of the circle and the specified movement, the pickup device the debris appears above the center of the recognized object;

е) осуществляют захват распознанного объекта с помощью роботизированного устройства захвата мусора для перемещения захваченного объекта в зависимости от распознанного типа объекта в соответствующий контейнер; f) carry out the capture of the recognized object using a robotic device for picking up garbage to move the captured object, depending on the recognized type of object, into the appropriate container;

ж) процесс захвата твердых отходов повторяют столько раз, сколько объектов было распознано на круге в конкретный момент времени;g) the process of capturing solid waste is repeated as many times as the number of objects were recognized on the circle at a specific point in time;

з) в случае, если на полукруге в конкретный момент времени не было распознано ни одного объекта, выполняют команду поворота стола по часовой стрелке на N градусови повторяют шаги а) – ж).h) if not a single object was recognized on the semicircle at a particular moment in time, execute the command to rotate the table clockwise by N degrees and repeat steps a) - g).

Технический результат достигается за счет того, что координаты распознанных объектов на изображениях преобразуются таким образом, чтобы обеспечить перемещение роборуки над кругом кольцевого конвейера таким образом, чтобы роборука имитировала действие человеческой руки и сортировка отходов осуществлялась автоматически «в ручную» в ограниченном пространстве. Круговая форма конвейера позволяет калибровать и переводить координаты системы распознавания в реальные координаты. Так как заявленный программно-аппаратный комплекс оснащен кольцевым круговым конвейером, который является компактным, то его можно размещать в ограниченном пространстве и осуществлять сортировку мусора непосредственно во дворах жилых домов. The technical result is achieved due to the fact that the coordinates of recognized objects in the images are transformed in such a way as to ensure that the robotic arm moves over the circle of the ring conveyor in such a way that the robotic arm imitates the action of a human hand and waste sorting is carried out automatically “by hand” in a limited space. The circular shape of the conveyor allows you to calibrate and convert the coordinates of the recognition system into real coordinates. Since the claimed hardware and software complex is equipped with a circular circular conveyor, which is compact, it can be placed in a limited space and sort waste directly in the courtyards of residential buildings.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙDESCRIPTION OF DRAWINGS

Реализация изобретения будет описана в дальнейшем в соответствии с прилагаемыми чертежами, которые представлены для пояснения сути изобретения и никоим образом не ограничивают область изобретения.The implementation of the invention will be described further in accordance with the accompanying drawings, which are presented to explain the essence of the invention and in no way limit the scope of the invention.

Заявляемое изобретение проиллюстрировано фигурами 1-2, на которых изображены:The claimed invention is illustrated in figures 1-2, which depict:

Фиг. 1 – иллюстрирует пример кольцевого кругового конвейера с роботизированным устройством захвата мусора.Fig. 1 – illustrates an example of a circular circular conveyor with a robotic waste pickup device.

Фиг. 2 - иллюстрирует пример распознавания объектов на полученном изображении кольцевого конвейера с помощью нейронной сети.Fig. 2 illustrates an example of object recognition in the resulting image of a ring conveyor using a neural network.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту будет очевидно, каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не были описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения.The following detailed description of the invention sets forth numerous implementation details designed to provide a clear understanding of the present invention. However, it will be apparent to one skilled in the art how the present invention can be used with or without these implementation details. In other cases, well-known methods, procedures and components have not been described in detail so as not to unduly obscure the features of the present invention.

Кроме того, из приведенного изложения будет ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, будут очевидными для квалифицированных в предметной области специалистов.In addition, from the above discussion it will be clear that the invention is not limited to the above implementation. Numerous possible modifications, alterations, variations and substitutions, while retaining the spirit and form of the present invention, will be apparent to those skilled in the art.

Заявленный программно-аппаратный комплекс автоматической сортировки твердых отходов содержит кольцевой круговой конвейер. На круговом столе кольцевого конвейера располагаются твердые отходы различных видов (например, металл, бумага, пластик, стекло и т.д.). Роботизированное устройство захвата мусора (например, роборука) перемещается над кругом кольцевого конвейера вдоль нулевой линии. Нулевая линия представляет собой проекцию линии движения устройства захвата мусора на плоскость кругового стола и проходит от центра до конца кругового стола. На Фиг. 1 нулевая линия (1) - проекция линии, по которой двигается роборука (2), на плоскость стола (3), линия перемещения роборуки (линия захвата) (4) начинается от центра металлической рейки (5), через который проходит ось кольцевого конвейера (6), и заканчивается точкой крепления захвата (7). Полученная нулевая линия (1) будет проходить от центра малого круга (8) до конца стола параллельно линии захвата (4). Видеокамера располагается вертикально над столом кольцевого конвейера таким образом, чтобы получать с помощью указанной видеокамеры видеопоток, содержащий изображения объектов твердых отходов, располагающихся на полукруге стола, где перемещается роботизированное устройство захвата мусора, и передавать в блок считывания. Блок считывания выбирает каждые n кадров изображения из полученного видеопотока и передает выбранные изображения в блок распознавания. Блок распознавания с помощью нейронной сети обрабатывает полученные изображения и в результате обработки распознает объекты на указанных изображениях, и для каждого распознанного объекта получает координаты распознанного объекта, тип распознанного объекта (Фиг. 2, Plastic – Пластик, Glass – Стекло, Metal – Металл, Paper – Бумага). Блок постобработки на основании полученных с помощью нейронной сети координат распознанного объекта рассчитывает угол поворота стола кольцевого конвейера, представляющий собой угол между нулевой линией и линией объекта, при этом линия объекта представляет проекцию линии, проходящей от центра кругового стола до центра распознанного объекта, на плоскость кругового стола, и рассчитывает расстояние, на которое должно передвинуться роботизированное устройство захвата мусора, представляющее собой расстояние от центра кругового стола до центра распознанного объекта. Далее передают в роботизированное устройство захвата мусора тип распознанного объекта,рассчитанный угол поворота стола кольцевого конвейера и расстояние от центра круга, на которое должно передвинуться устройство захвата мусора вдоль своей линии движения, чтобы в результате указанного поворота круга и указанного передвижения устройство захвата мусора оказалось над центром распознанного объекта. И осуществляют захват распознанного объекта с помощью роботизированного устройства захвата мусора для перемещения захваченного объекта в зависимости от распознанного типа объекта в соответствующий контейнер. Процесс захвата твердых отходов повторяется столько раз, сколько объектов было распознано на круге в конкретный момент времени.The claimed software and hardware complex for automatic sorting of solid waste contains a circular circular conveyor. On the circular table of the ring conveyor, solid waste of various types (for example, metal, paper, plastic, glass, etc.) is located. A robotic waste picking device (for example, a robotic arm) moves over a circle of a ring conveyor along the zero line. The zero line is a projection of the line of movement of the waste pickup device onto the plane of the circular table and runs from the center to the end of the circular table. In FIG. 1 zero line (1) - projection of the line along which the robotic arm moves (2) onto the table plane (3), the line of movement of the robotic arm (grip line) (4) starts from the center of the metal rail (5), through which the axis of the ring conveyor passes (6), and ends with the grip attachment point (7). The resulting zero line (1) will run from the center of the small circle (8) to the end of the table parallel to the grip line (4). The video camera is located vertically above the table of the ring conveyor in such a way as to receive, using the specified video camera, a video stream containing images of solid waste objects located on the semicircle of the table, where the robotic waste pickup device moves, and transmit it to the reading unit. The reading unit selects every n image frames from the received video stream and transmits the selected images to the recognition unit. The recognition unit, using a neural network, processes the received images and, as a result of processing, recognizes objects in the specified images, and for each recognized object receives the coordinates of the recognized object, the type of the recognized object (Fig. 2, Plastic, Glass, Metal, Paper - Paper). The post-processing unit, based on the coordinates of the recognized object obtained using a neural network, calculates the angle of rotation of the ring conveyor table, which is the angle between the zero line and the object line, while the object line represents the projection of the line passing from the center of the circular table to the center of the recognized object onto the plane of the circular table, and calculates the distance that the robotic garbage picker should move, which is the distance from the center of the circular table to the center of the recognized object. Next, the type of recognized object, the calculated rotation angle of the ring conveyor table and the distance from the center of the circle by which the garbage pickup device should move along its line of motion are transmitted to the robotic garbage pickup device so that as a result of the specified rotation of the circle and the specified movement, the garbage pickup device is above the center recognized object. And the recognized object is captured using a robotic garbage pickup device to move the captured object, depending on the recognized object type, into the appropriate container. The process of capturing solid waste is repeated as many times as objects were recognized on the circle at a particular point in time.

Способ автоматической сортировки твердых отходов содержит следующие шаги:The method for automatic sorting of solid waste contains the following steps:

а) получают видеопоток, содержащий изображения объектов твердых отходов, располагающихся на полукруге кругового стола кольцевого конвейера, где перемещается роботизированное устройство захвата мусора, причем роботизированное устройство захвата мусора перемещается над полукругом кольцевого конвейера вдоль нулевой линии, при этом нулевая линия представляет проекцию линии движения устройства захвата мусора на плоскость кругового стола и проходит от центра до конца кругового стола;a) receive a video stream containing images of solid waste objects located on a semicircle of a circular table of a ring conveyor, where a robotic garbage pickup device moves, and the robotic garbage pickup device moves over the semicircle of a ring conveyor along the zero line, wherein the zero line represents the projection of the line of movement of the grabber device debris onto the plane of the circular table and runs from the center to the end of the circular table;

б) выбирают каждые n кадров изображения из полученного видеопотока и передают выбранные изображения для распознавания в нейронную сеть;b) select every n image frames from the received video stream and transmit the selected images for recognition to the neural network;

в) с помощью нейронной сети обрабатывают полученные изображения и в результате обработки распознают объекты на указанных изображениях, и для каждого распознанного объекта получают координаты распознанного объекта, тип распознанного объекта; c) using a neural network, the resulting images are processed and, as a result of processing, objects in the specified images are recognized, and for each recognized object, the coordinates of the recognized object and the type of the recognized object are obtained;

г) на основании полученных с помощью нейронной сети координат распознанного объекта рассчитывают угол поворота стола кольцевого конвейера, представляющий собой угол между нулевой линией и линией объекта, при этом линия объекта представляет проекцию на плоскость кругового стола линии, проходящей от центра кругового стола до центра распознанного объекта, и расстояние, на которое должно передвинуться роботизированное устройство захвата мусора, представляющее собой расстояние от центра кругового стола до центра распознанного объекта; иd) based on the coordinates of the recognized object obtained using a neural network, the angle of rotation of the ring conveyor table is calculated, which is the angle between the zero line and the object line, while the object line represents the projection onto the plane of the circular table of the line passing from the center of the circular table to the center of the recognized object , and the distance to which the robotic debris picking device must move, which is the distance from the center of the circular table to the center of the recognized object; And

д) передают в роботизированное устройство захвата мусора тип распознанного объекта, рассчитанный угол поворота стола кольцевого конвейера, расстояние от центра круга, на которое должно передвинуться устройство захвата мусора вдоль своей линии движения от центра круга, чтобы в результате указанного поворота круга и указанного передвижения устройство захвата мусора оказалось над центром распознанного объекта; e) transmit to the robotic garbage pickup device the type of recognized object, the calculated rotation angle of the ring conveyor table, the distance from the center of the circle by which the garbage pickup device should move along its line of movement from the center of the circle, so that as a result of the specified rotation of the circle and the specified movement, the pickup device the debris appears above the center of the recognized object;

е) осуществляют захват распознанного объекта с помощью роботизированного устройства захвата мусора для перемещения захваченного объекта в зависимости от распознанного типа объекта в соответствующий контейнер; f) carry out the capture of the recognized object using a robotic device for picking up garbage to move the captured object, depending on the recognized type of object, into the appropriate container;

ж) процесс захвата твердых отходов повторяют столько раз, сколько объектов было распознано на круге в конкретный момент времени;g) the process of capturing solid waste is repeated as many times as the number of objects were recognized on the circle at a specific point in time;

з) в случае, если на полукруге в конкретный момент времени не было распознано ни одного объекта, выполняют команду поворота стола по часовой стрелке на N градусови повторяют шаги а) – ж).h) if no object was recognized on the semicircle at a particular moment in time, execute the command to rotate the table clockwise by N degrees and repeat steps a) - g).

Первая камера, которая располагается вертикально над конвейером, снимает стол кругового конвейера. Кроме этого, программно-аппаратный комплекс содержит вторую видеокамеру, которая снимает общий вид конвейера. Вторая камера нужна для удаленного мониторинга работы всей системы в целом. Камеры могут являться USB камерами, которые подключены к портативному мини-компьютеру посредством 2 USB кабелей. С помощью мини-компьютера осуществляется распознавание объектов мусора на видеопотоке. Распознавание происходит с помощью нейронной сети. С камерного видеопотока считываются изображения, на которых с помощью нейросети распознаются объекты. В результате работы нейронной сети получают координаты и типы распознанных объектов. The first camera, which is located vertically above the conveyor, films the circular conveyor table. In addition, the hardware and software complex contains a second video camera, which films a general view of the conveyor. The second camera is needed for remote monitoring of the operation of the entire system as a whole. The cameras can be USB cameras that are connected to a portable mini-computer via 2 USB cables. Using a mini-computer, garbage objects are recognized on a video stream. Recognition occurs using a neural network. Images are read from the camera video stream, in which objects are recognized using a neural network. As a result of the work of the neural network, the coordinates and types of recognized objects are obtained.

Пример осуществления процесса распознавания объектов мусора.An example of the process of recognizing garbage objects.

Первая видеокамера вертикально снимает круговой стол кольцевого конвейера, на котором располагаются объекты бытовых отходов. Видеокамера снимает полукруг кольцевого конвейера. Роботизированное устройство захвата мусора перемещается на полукруге, который снимает видеокамера.The first video camera vertically films the circular table of the ring conveyor on which household waste objects are located. A video camera films a semicircle of a ring conveyor. The robotic garbage pickup device moves in a semicircle, which is recorded by a video camera.

Процесс перемещения круга кольцевого конвейера и согласование с системой захвата происходит следующим образом. В моменте начала работы системы, совпадающем с моментом завершения работы устройства разрывания мешков с мусором, когда мусор уже лежит на столе из разорванного мешка (не относится к системе распознавания), приходит команда на активацию системы распознавания. После этого начинается распознавание мусорных объектов нейросетью на полукруге, попадающем в поле видимости видеокамеры. The process of moving the ring conveyor circle and matching it with the gripping system occurs as follows. At the moment the system begins to operate, coinciding with the moment the device for tearing bags of garbage ends, when the garbage is already lying on the table from the torn bag (does not apply to the recognition system), a command comes to activate the recognition system. After this, the recognition of garbage objects by the neural network begins on a semicircle that falls within the field of view of the video camera.

Система поддерживает 3 основные команды:The system supports 3 main commands:

- поворот круга на N градусов (например, на 20 градусов) по часовой стрелке до прохождения полного круга по часовой стрелке (M * 360 градусов, где M - задаваемый параметр, число кругов M ≥ 1, по умолчанию M= 1);- rotate the circle by N degrees (for example, 20 degrees) clockwise until it passes a full circle clockwise ( M * 360 degrees, where M is a specified parameter, number of circles M ≥ 1, default M = 1);

- выполнение поворота на θ градусов по часовой стрелке + захват предмета на расстоянии R мм от роборуки до предмета, θ и R вычисляются системой, если нейросетью были обнаружены объекты на полукруге;- performing a rotation by θ degrees clockwise + grabbing an object at a distance of R mm from the robotic hand to the object, θ and R are calculated by the system if the neural network detected objects in a semicircle;

- очистка стола после прохождения полного круга по часовой стрелке, открывается боковая створка и стол начинает крутиться 360 градусов, но уже против часовой стрелки, таким образом весь оставшийся мусор попадает в контейнер для нераспознанного мусора.- cleaning the table after passing a full circle clockwise, the side flap opens and the table begins to rotate 360 degrees, but counterclockwise, so all the remaining garbage falls into the container for unrecognized garbage.

В случае, если на полукруге в конкретный момент времени (кадра) не было распознано ни одного объекта, то система считает, что мусора на данной части круга нет и начинает выполнять команду поворота стола по часовой стрелке на 20 градусов.If not a single object was recognized on the semicircle at a particular moment in time (frame), the system considers that there is no debris on this part of the circle and begins to execute the command to rotate the table clockwise by 20 degrees.

Таким образом, после выполнения поворота, круг на мгновение останавливается (момент времени от завершения поворота круга на 20 градусов до завершения обработки кадра нейросетью, полученного после поворота, около 0.5 секунды), нейросеть сканирует полукруг, в случае, если не находит целевые мусорные объекты, опять выполняется поворот еще на 20 градусов, если целевой объект найден, выполняется захват ближайшего (по углу) к нулевой линии объекта.Thus, after completing the turn, the circle stops for a moment (the time from completion of the circle rotation by 20 degrees until the completion of processing of the frame by the neural network received after the rotation is about 0.5 seconds), the neural network scans the semicircle, if it does not find the target garbage objects, the rotation is performed again by another 20 degrees; if the target object is found, the object closest (by angle) to the zero line is captured.

При отсутствии команд от системы распознавания круг всегда будет в статичном положении, и не будет крутитьсяIn the absence of commands from the recognition system, the circle will always be in a static position and will not rotate

В процессе распознавания с видеопотока каждые n кадров, например, каждые 5 кадров из 40 в секунду, выбираются изображения и передаются в нейронную сеть. Нейросеть, обработав полученное изображение, отдает на выход координаты объектов, их тип, нормированные координаты на круглую ось конвейера, угол поворота для системы захвата.During the recognition process from a video stream, every n frames, for example, every 5 frames out of 40 per second, images are selected and transmitted to the neural network. The neural network, having processed the resulting image, outputs the coordinates of objects, their type, normalized coordinates to the circular axis of the conveyor, and the angle of rotation for the capture system.

Для детекции/сегментации объектов могут применяться такие архитектуры нейронных сетей, как например centermask [1] и YOLOv5 / YOLOv6 [2].For object detection/segmentation, neural network architectures such as centermask [1] and YOLOv5 / YOLOv6 [2] can be used.

Пример обучения нейронной сети YOLOv5. An example of training a neural network YOLOv5.

1. В базовой архитектуре нейронной сети при обучении модели под заявленное решение меняется последний слой на 4 класса (Пластик, Стекло, Металл, Бумага), а слои до этого заполняются базовыми значениями модели.1. In the basic architecture of a neural network, when training a model for the stated solution, the last layer is changed into 4 classes (Plastic, Glass, Metal, Paper), and the layers before that are filled with the basic values of the model.

2. Далее создается датасет мусорных объектов - набор данных вида изображение, разметка, определенная предварительно, в которой содержится информация о местоположении мусорного объекта (bbox) и его тип (Пластик, Стекло, Бумага, Металл). В заявленном решении взяты данные по разметке из [3], а также сделаны снимки и в ручную размечены координаты и типы различных мусорных объектов для каждого изображения.2. Next, a dataset of garbage objects is created - a data set of the form image, pre-defined markup, which contains information about the location of the garbage object (bbox) and its type (Plastic, Glass, Paper, Metal). In the stated solution, marking data was taken from [3], as well as photographs were taken and the coordinates and types of various garbage objects were manually marked for each image.

3. Далее создается объект сети, в которой инициализируются веса в соотетствии с пунктом 1.3. Next, a network object is created in which the weights are initialized in accordance with point 1.

4. Далее итеративно создаются “батчи” - мини-наборы изображений, случайно выбранные из всего набора данных. В данном случае получается вектор из n=16 изображений размера (3, 640, 640) -> (16, 3, 640, 640). Далее батч проходит через все операции перемножения, суммы и т.д., заложенные в архитектуре созданной ранее сети (это называется forwardpass), на выходе получается вектор размерности [n, x, y, w, h, p, c], где x, y, w, h - параметры, задающие местоположение “квадрата объекта” на изображении, p - уверенность предсказания, c - порядковый номер предсказанного типа объекта (Пластик/Стекло/Бумага/Металл).4. Next, “batches” are iteratively created - mini-sets of images randomly selected from the entire data set. In this case, we get a vector of n=16 images of size (3, 640, 640) -> (16, 3, 640, 640). Next, the batch goes through all the operations of multiplication, sum, etc., embedded in the architecture of the previously created network (this is called forwardpass), the output is a vector of dimension [n, x, y, w, h, p, c], where x , y, w, h are parameters that specify the location of the “object square” in the image, p is the confidence of the prediction, c is the serial number of the predicted object type (Plastic/Glass/Paper/Metal).

5. Далее предсказания передаются в функцию потерь, имеющую формулировку [4], [5].5. Next, the predictions are transferred to the loss function, which has the formulation [4], [5].

6. Далее от функции потерь (loss) считается градиент от сложной функции по весам модели (насколько нужно изменить веса, чтобы минимизировать функцию потерь). И затем веса обновляются по следующему правилу:6. Next, the gradient from the complex function along the model weights is calculated from the loss function (how much the weights need to be changed in order to minimize the loss function). And then the weights are updated according to the following rule:

w_новые = w_старые -mu * d (Loss) / d (w_старые)w_new = w_old -mu * d (Loss) / d (w_old)

7. Такое обновление происходит фиксированное число раз (k * len(data) // 16), где k - параметр, len(data) - число изображений во всем наборе данных, 16 - параметр n - число изображений в батче.7. This update occurs a fixed number of times (k * len(data) // 16), where k is the parameter, len(data) is the number of images in the entire data set, 16 is the parameter n - the number of images in the batch.

8. Таким образом получаются новые веса и итеративно меняются предсказания, постепенно подстраиваясь под реальную разметку в обучающей выборке.8. In this way, new weights are obtained and the predictions are iteratively changed, gradually adapting to the real markings in the training set.

9. После описанных выше процессов происходит получение предсказаний на основе новых весов для тестовой выборки (той, которую модель не видела), она нужна для того, чтобы отслеживать момент, когда модель начнет заучивать тренировочные данные, которые ей показывают и ухудшать свою генерализующую способность на данных, которые она не видела.9. After the processes described above, predictions are obtained based on new weights for the test sample (the one that the model has not seen), it is needed in order to track the moment when the model begins to learn the training data that is shown to it and deteriorate its generalizing ability by data she hasn't seen.

В обученную нейронную сеть передают изображение в виде пикселей размерности: (1, 3, 640, 640), в результате работы нейронной сети получают координаты боксов размерности (1, N, 4), где N - число предсказанных боксов, бокс представляет собой квадрат на изображении размерности 4 (xmin, xmax, ymin, ymax) - минимальные \ максимальные координаты в пикселях по оси x и y соответственно.На Фиг. 2 показан пример распознавания объектов с отрисованными координатами.An image is transmitted to the trained neural network in the form of pixels of dimension: (1, 3, 640, 640), as a result of the work of the neural network, the coordinates of boxes of dimension (1, N, 4) are obtained, where N is the number of predicted boxes, the box is a square image of dimension 4 (xmin, xmax, ymin, ymax) - minimum\maximum coordinates in pixels along the x and y axis, respectively. In Fig. Figure 2 shows an example of object recognition with drawn coordinates.

Иимея значения вида: (xmin, xmax), (ymin, ymax) для каждого объекта, можем найти центры объектов в пикселях. Их можно получить путем следующего преобразования:Having values of the form: (xmin, xmax), (ymin, ymax) for each object, we can find the centers of the objects in pixels. They can be obtained by the following transformation:

bbox_center_x = xmin + (xmax - xmin) / 2bbox_center_x = xmin + (xmax - xmin) / 2

bbox_center_y = ymin + (ymax - ymin) / 2bbox_center_y = ymin + (ymax - ymin) / 2

После получения координат каждого объекта на изображении, запускается постобработка. Имея координаты объектов с изображения, блок постобработки рассчитывает угол между линией от центра малой окружности (центра круга кольцевого конвейра) до центра объекта и нулевой линией (это угол, на который нужно повернуть стол, чтобы объект был расположен прямо под нулевой линией роборуки).After receiving the coordinates of each object in the image, post-processing starts. Having the coordinates of objects from the image, the post-processing unit calculates the angle between the line from the center of the small circle (the center of the ring conveyor circle) to the center of the object and the zero line (this is the angle by which the table must be rotated so that the object is located directly under the zero line of the robotic arm).

Угол поворота рассчитывается по формуле:The rotation angle is calculated using the formula:

θ = atan2(A.y, A.x) - atan2(B.y, B.x), (1)θ = atan2(A.y, A.x) - atan2(B.y, B.x), (1)

Где A.y, A.x - координаты центра объектаWhere A.y, A.x are the coordinates of the center of the object

B.y, B.x - координаты конца точки на нулевой линии (виртуальная точка центра малого круга кольцевого конвейера).B.y, B.x - coordinates of the end of the point on the zero line (virtual point of the center of the small circle of the ring conveyor).

Далее рассчитывается расстояние в пикселях, на которое должна передвинуться роборука по нулевой линии, начиная от центра малой окружности, заканчивая центром объекта. Для этого нужны нормированные координаты, благодаря которым расстояние передвижения рассчитывается следующим образом:Next, the distance in pixels is calculated by which the robotic arm should move along the zero line, starting from the center of the small circle and ending with the center of the object. To do this, we need normalized coordinates, thanks to which the movement distance is calculated as follows:

где bbox_x, bbox_y - координаты центра объекта,where bbox_x, bbox_y are the coordinates of the center of the object,

cx, cy - координаты центра малой окружности в пикселяхcx, cy - coordinates of the center of the small circle in pixels

Затем происходит переход (нормировка координат) от пиксельных расстояний к реальным путем следующих преобразований:Then there is a transition (normalization of coordinates) from pixel distances to real ones through the following transformations:

mm_per_pxl = (R_MAX - R_MIN) / (outer_r - inner_r), (3)mm_per_pxl = (R_MAX - R_MIN) / (outer_r - inner_r), (3)

где R_MAX, R_MIN - константы максимального, минимального расстояния передвижения роборуки в мм, where R_MAX, R_MIN are the constants of the maximum and minimum distance of movement of the robotic arm in mm,

outer_r, inner_r - пиксельные радиусы внешнего и внутреннего кругов (Фиг. 2).outer_r, inner_r - pixel radii of the outer and inner circles (Fig. 2).

Далее получаем расстояние в мм:Next we get the distance in mm:

R = R_MAX - (pix_R - inner_r) * mm_per_pxl (4)R = R_MAX - (pix_R - inner_r) * mm_per_pxl (4)

После этого круглый стол поворачивается на рассчитанный угол поворота θ, роборука передвигается по нулевой линии на R мм от центра малого круга и выполняет захват мусорного объекта под ней, после захвата система бросает предмет в соответствующий контейнеров в зависимости от распознанного типа объекта.After this, the round table is rotated through the calculated rotation angle θ, the robotic arm moves along the zero line by R mm from the center of the small circle and captures the garbage object underneath it; after capturing, the system throws the object into the appropriate container depending on the recognized type of object.

Поддерживается распознавание 4 типов объектов:Recognition of 4 types of objects is supported:

- Пластик - Plastic

- Цветные металлы (алюминиевые банки и т.д.)- Non-ferrous metals (aluminum cans, etc.)

- Стекло (стеклянные бутылки и т.д.)- Glass (glass bottles, etc.)

- Бумага- Paper

Контейнеры для сортировки объектов располагаются под малым отверстием сортировочного круга, под крайним положением роборуки, под створкой кольцевого конвейера.Например,первый контейнер- под малым отверстием сортировочного круга, в которыйроборукой сбрасывается пластик, второй - под крайним положением роборуки (см Фиг.1), во второй контейнер сбрасывается металл, третий - под створкой кольцевого конвейера (створка находится в правом нижнем углу на Фиг.1, открывается при выполнении команды очистки стола, в третий контейнер собирается весь оставшийся мусор. Угол поворота и расстояние, которое нужно пройти руке до ближайшего мусорного объекта рассчитывается по формулам (1), (2), (3), (4).После распознавания объектов нейросетью на кадре роборуке передается команда для захвата предмета, содержащая в себе: угол поворота стола до предмета, расстояние, которое необходимо пройти руке до предмета после поворота на рассчитанный угол, тип контейнера (1 - контейнер для пластика, 0 - контейнер для металла), 1 или 0 определяется на основе типа объекта, определенного нейросетью. Роборука может перемещаться от положения Rmin до Rmax, Rmin<Rmax, где Rmin по умолчанию = 0 мм - соответствует крайнему правому положению руки, когда виртуальная ось кругового конвейера (см Фиг. 1) будет проходить через роборуку, когда роборука находится над первым контейнером (пластик) Rmax - крайнее левое положение руки, когда она будет находиться над контейнером номер 2 (металл). Например, от нейросети получены рассчитанные значения угла поворота d=14 градусов, расстояния до предмета R = 425 мм (Rmin<R<Rmax), тип контейнера (1 - контейнер для пластика, если обнаружен пластик, 0 - контейнер для металла, если обнаружен металл), для примера будет 0 - металлическая банка (металл).Стол поворачивается по часовой стрелке на d=14 градусов, после поворота стола роборука раскрывается из закрытого положения и перемещается на расстояние R = 425мм, опускается вертикально вниз до стола, опустившись, закрывается, хватая металлическую банку, далее рука поднимается вертикально вверх, затем перемещается в положение, соответствующее Rmax = 700мм от центра кругового конвейера, переместившись, роборукараскрывается и отпускает металлическую банку, банка падает во второй контейнер (для металла), затем роборука возвращается в положение Rmin, соотвествующее центру кругового конвейера, центру малого круга.Если бы вместо металлической банки была распознан пластик, то роборука сбросила бы его в контейнер номер 1 (пластик) в положении Rmin и далее осталась бы в Rmin.Containers for sorting objects are located under the small hole of the sorting circle, under the extreme position of the robotic arm, under the flap of the ring conveyor. For example, the first container is under the small hole of the sorting circle, into which plastic is thrown into which the robotic arm is thrown, the second - under the extreme position of the robotic arm (see Fig. 1), metal is dumped into the second container, the third - under the flap of the ring conveyor (the flap is located in the lower right corner in Fig. 1, it opens when the command to clean the table is executed, all remaining garbage is collected in the third container. The angle of rotation and the distance that the hand needs to travel to the nearest garbage object is calculated using formulas (1), (2), (3), (4). After the objects are recognized by the neural network in the frame, a command is sent to the robotic arm to grab the object, containing: the angle of rotation of the table to the object, the distance that the hand needs to travel to the object after rotation by the calculated angle, the type of container (1 - container for plastic, 0 - container for metal), 1 or 0 is determined based on the type of object determined by the neural network. The robotic arm can move from the position Rmin to Rmax, Rmin<Rmax, where Rmin by default = 0 mm - corresponds to the extreme right position of the arm, when the virtual axis of the circular conveyor (see Fig. 1) will pass through the robotic arm when the robotic arm is above the first container ( plastic) Rmax - the extreme left position of the hand when it is above container number 2 (metal). For example, the neural network received the calculated values of the rotation angle d = 14 degrees, the distance to the object R = 425 mm (Rmin<R<Rmax), the type of container (1 - container for plastic, if plastic is detected, 0 - container for metal, if detected metal), for example, 0 will be a metal can (metal). The table is rotated clockwise by d = 14 degrees, after turning the table, the robotic arm opens from the closed position and moves to a distance R = 425 mm, lowers vertically down to the table, having dropped, it closes , grabbing a metal can, then the hand rises vertically upward, then moves to a position corresponding to Rmax = 700 mm from the center of the circular conveyor, having moved, the robotic arm opens and releases the metal can, the can falls into the second container (for metal), then the robotic arm returns to the Rmin position, corresponding to the center of the circular conveyor, the center of the small circle. If plastic had been recognized instead of a metal can, the robotic arm would have dropped it into container number 1 (plastic) in position Rmin and then would have remained in Rmin.

Процесс происходит итеративно до момента выключения системы командой или вручную. Процесс захвата повторяется столько раз, сколько объектов было распознано на столе в конкретный момент времени. Отходы попадают на круг практически бесперебойно или частями, что позволяет назвать процесс распознавания и захвата повторяющимися.The process occurs iteratively until the system is turned off by command or manually. The capture process is repeated as many times as objects were recognized on the table at a particular point in time. Waste enters the circle almost uninterruptedly or in parts, which allows us to call the process of recognition and capture repetitive.

Специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что все операции для обработки данных по настоящему изобретению могут быть реализованы с использованием по меньшей мере одного вычислительного устройства. Вычислительное устройство содержит по крайней мере один процессор, память и инструкции, хранимые в памяти и исполняемые процессором, с помощью которых осуществляют обработку данных в программно-аппаратном комплексе автоматического сбора мусора. Обработка данных может быть централизованной, например с помощью одного вычислительного устройства, или распределенной, например с помощью нескольких вычислительных устройств, распределенных по сети.It will be apparent to one skilled in the art that all of the data processing operations of the present invention can be implemented using at least one computing device. The computing device contains at least one processor, memory and instructions stored in the memory and executed by the processor, with the help of which data is processed in the automatic garbage collection hardware and software complex. Data processing can be centralized, such as using a single computing device, or distributed, such as using multiple computing devices distributed over a network.

В общем случае вычислительное устройство, обеспечивающее обработку данных, необходимую для реализации заявленного решения, содержит такие компоненты, как: один или более процессоров, по меньшей мере одну память, средство хранения данных, интерфейсы ввода/вывода, средство В/В, средства сетевого взаимодействия.In the general case, a computing device that provides data processing necessary to implement the claimed solution contains components such as: one or more processors, at least one memory, data storage means, input/output interfaces, I/O means, network communication means .

Процессор устройства выполняет основные вычислительные операции, необходимые для функционирования устройства или функциональности одного или более его компонентов. Процессор исполняет необходимые машиночитаемые команды, содержащиеся в оперативной памяти. Память, как правило, выполнена в виде ОЗУ и содержит необходимую программную логику, обеспечивающую требуемый функционал. Средство хранения данных может выполняться в виде HDD, SSD дисков, рейд массива, сетевого хранилища, флэш-памяти, оптических накопителей информации (CD, DVD, MD, Blue-Ray дисков) и т.п. Средство позволяет выполнять долгосрочное хранение различного вида информации. Интерфейсы представляют собой стандартные средства для подключения и работы с серверной частью, например, USB, RS232, RJ45, LPT, COM, HDMI, PS/2, Lightning, FireWire и т.п. Выбор интерфейсов зависит от конкретного исполнения устройства, которое может представлять собой персональный компьютер, мейнфрейм, серверный кластер, тонкий клиент, смартфон, ноутбук и т.п. В качестве средств В/В данных используется клавиатура. Помимо клавиатуры, в составе средств В/В данных также может использоваться: джойстик, дисплей (сенсорный дисплей), проектор, тачпад, манипулятор мышь, трекбол, световое перо, динамики, микрофон и т.п. Средства сетевого взаимодействия выбираются из устройств, обеспечивающих сетевой прием и передачу данных, например, Ethernet карту, WLAN/Wi-Fi модуль, Bluetooth модуль, BLE модуль, NFC модуль, IrDa, RFID модуль, GSM модем и т.п. С помощью средств обеспечивается организация обмена данными по проводному или беспроводному каналу передачи данных, например, WAN, PAN, ЛВС (LAN), Интранет, Интернет, WLAN, WMAN или GSM, 3G, 4G, 5G, 6G и т.д. Компоненты вычислительного устройства сопряжены посредством общей шины передачи данных.The device processor performs basic computing operations necessary for the operation of the device or the functionality of one or more of its components. The processor executes the necessary machine-readable instructions contained in the RAM. Memory, as a rule, is made in the form of RAM and contains the necessary program logic that provides the required functionality. The data storage medium can be in the form of HDD, SSD drives, raid array, network storage, flash memory, optical storage devices (CD, DVD, MD, Blue-Ray disks), etc. The tool allows for long-term storage of various types of information. Interfaces are standard means for connecting and working with the server part, for example, USB, RS232, RJ45, LPT, COM, HDMI, PS/2, Lightning, FireWire, etc. The choice of interfaces depends on the specific design of the device, which can be a personal computer, mainframe, server cluster, thin client, smartphone, laptop, etc. The keyboard is used as data I/O. In addition to the keyboard, I/O data tools can also include: joystick, display (touch display), projector, touchpad, mouse, trackball, light pen, speakers, microphone, etc. Network communication means are selected from devices that provide network reception and transmission of data, for example, an Ethernet card, WLAN/Wi-Fi module, Bluetooth module, BLE module, NFC module, IrDa, RFID module, GSM modem, etc. Using the tools, it is possible to organize data exchange via a wired or wireless data transmission channel, for example, WAN, PAN, LAN, Intranet, Internet, WLAN, WMAN or GSM, 3G, 4G, 5G, 6G, etc. The components of a computing device are interconnected via a common data bus.

В настоящих материалах заявки представлено предпочтительное раскрытие осуществления заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.These application materials provide a preferred disclosure of the implementation of the claimed technical solution, which should not be used as limiting other, private embodiments of its implementation, which do not go beyond the scope of the requested scope of legal protection and are obvious to specialists in the relevant field of technology.

Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что различные вариации заявляемого способа и системы не изменяют сущность изобретения, а лишь определяют его конкретные воплощения и применения.It should be clear to a person skilled in the art that various variations of the proposed method and system do not change the essence of the invention, but only determine its specific embodiments and applications.

ИсточникиSources

[1] https://arxiv.org/abs/1911.06667[1] https://arxiv.org/abs/1911.06667

[2] https://arxiv.org/abs/2209.02976[2] https://arxiv.org/abs/2209.02976

[3] http://tacodataset.org/[3] http://tacodataset.org/

[4] https://github.com/ultralytics/yolov5/discussions/6276#discussioncomment-1954916[4] https://github.com/ultralytics/yolov5/discussions/6276#discussioncomment-1954916

[5] http://ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8610656/(глава 2.4)[5] http://ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8610656/(chapter 2.4)

Claims (22)

1. Программно-аппаратный комплекс автоматической сортировки твердых отходов, содержащий: 1. Hardware and software complex for automatic sorting of solid waste, containing: кольцевой круговой конвейер, причем на круговом столе кольцевого конвейера располагаются твердые отходы; a circular circular conveyor, wherein solid waste is placed on the circular table of the circular conveyor; роботизированное устройство захвата мусора, причем роботизированное устройство захвата мусора выполнено с возможностью перемещения над полукругом кольцевого конвейера вдоль нулевой линии, при этом нулевая линия представляет проекцию линии движения устройства захвата мусора на плоскость кругового стола и проходит от центра до конца кругового стола; a robotic device for picking up waste, wherein the robotic device for picking up waste is configured to move over the semicircle of the ring conveyor along the zero line, wherein the zero line represents the projection of the line of movement of the waste pick-up device onto the plane of the circular table and runs from the center to the end of the circular table; видеокамеру, причем видеокамера выполнена с возможностью получения видеопотока, содержащего изображения объектов твердых отходов, располагающихся на полукруге кругового стола, где перемещается роботизированное устройство захвата мусора; a video camera, wherein the video camera is configured to receive a video stream containing images of solid waste objects located on a semicircle of a circular table, where a robotic waste pickup device moves; блок считывания, причем блок считывания выполнен с возможностью выбора каждого n кадра изображения из полученного видеопотока и передачи выбранных изображений в блок распознавания; a reading unit, wherein the reading unit is configured to select each n image frame from the received video stream and transmit the selected images to the recognition unit; блок распознавания, причем блок распознавания выполнен с возможностью, с помощью нейронной сети, обрабатывать полученные изображения и в результате обработки распознавать объекты на указанных изображениях, и для каждого распознанного объекта получать координаты распознанного объекта, тип распознанного объекта; a recognition block, wherein the recognition block is configured to, using a neural network, process the received images and, as a result of processing, recognize objects in the specified images, and for each recognized object, obtain the coordinates of the recognized object, the type of the recognized object; блок постобработки, причем блок постобработки выполнен с возможностью, на основании полученных с помощью нейронной сети координат распознанного объекта, рассчитывать угол поворота стола кольцевого конвейера, представляющий собой угол между нулевой линией и линией объекта, при этом линия объекта представляет проекцию на плоскость кругового стола линии, проходящей от центра кругового стола до центра распознанного объекта, и расстояние, на которое должно передвинуться роботизированное устройство захвата мусора, представляющее собой расстояние от центра кругового стола до центра распознанного объекта, и передавать в роботизированное устройство захвата мусора тип распознанного объекта, рассчитанный угол поворота стола кольцевого конвейера, расстояние от центра круга, на которое должно передвинуться устройство захвата мусора вдоль своей линии движения от центра круга, чтобы в результате указанного поворота круга и указанного передвижения устройство захвата мусора оказалось над центром распознанного объекта, и осуществляют захват распознанного объекта с помощью роботизированного устройства захвата мусора для перемещения захваченного объекта в зависимости от распознанного типа объекта в соответствующий контейнер. a post-processing block, wherein the post-processing block is configured to, based on the coordinates of the recognized object obtained using a neural network, calculate the angle of rotation of the circular conveyor table, which is the angle between the zero line and the object line, wherein the object line represents a projection onto the plane of the circular table of the line, passing from the center of the circular table to the center of the recognized object, and the distance by which the robotic garbage pickup device must move, which is the distance from the center of the circular table to the center of the recognized object, and transmit to the robotic garbage pickup device the type of recognized object, the calculated rotation angle of the circular table conveyor, the distance from the center of the circle by which the garbage pickup device must move along its line of movement from the center of the circle, so that as a result of the specified rotation of the circle and the specified movement, the garbage pickup device is above the center of the recognized object, and the recognized object is captured using a robotic capture device garbage to move the captured object, depending on the recognized object type, to the appropriate container. 2. Программно-аппаратный комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что типом объекта является, по меньшей мере, пластик, цветные металлы, стекло, бумага. 2. Hardware and software complex according to claim 1, characterized by the fact that the object type is at least plastic, non-ferrous metals, glass, paper. 3. Программно-аппаратный комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что роботизированным устройством захвата мусора является роборука. 3. Hardware and software complex according to claim 1, characterized by the fact that A robotic device for picking up garbage is a robotic arm. 4. Программно-аппаратный комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что нейронная сеть является сегментационной нейронной сетью. 4. Hardware and software complex according to claim 1, characterized by the fact that neural network is a segmentation neural network. 5. Программно-аппаратный комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что контейнеры для сортировки объектов располагаются под отверстием сортировочного круга, под крайним положением роборуки. 5. Hardware and software complex according to claim 1, characterized in that Containers for sorting objects are located under the opening of the sorting circle, under the extreme position of the robotic arm. 6. Программно-аппаратный комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что система дополнительно содержит обзорную видеокамеру для получения общего вида программно-аппаратного комплекса автоматической сортировки твердых отходов для удаленного мониторинга работы всего программно-аппаратного комплекса в целом. 6. Hardware and software complex according to claim 1, characterized in that the system additionally contains an overview video camera to obtain a general view of the hardware and software complex for automatic sorting of solid waste for remote monitoring of the operation of the entire hardware and software complex as a whole. 7. Программно-аппаратный комплекс по п. 1, характеризующийся тем, что видеокамера располагается вертикально над столом кольцевого конвейера. 7. Hardware and software complex according to claim 1, characterized in that The video camera is located vertically above the ring conveyor table. 8. Способ автоматической сортировки твердых отходов, содержащий следующие шаги: 8. A method for automatically sorting solid waste, containing the following steps: а) получают видеопоток, содержащий изображения объектов твердых отходов, располагающихся на полукруге кругового стола кольцевого конвейера, где перемещается роботизированное устройство захвата мусора, причем роботизированное устройство захвата мусора перемещается над полукругом кольцевого конвейера вдоль нулевой линии, при этом нулевая линия представляет проекцию линии движения устройства захвата мусора на плоскость кругового стола и проходит от центра до конца кругового стола; a) receive a video stream containing images of solid waste objects located on a semicircle of a circular table of a ring conveyor, where a robotic garbage pickup device moves, and the robotic garbage pickup device moves over the semicircle of a ring conveyor along the zero line, wherein the zero line represents the projection of the line of movement of the grabber device debris onto the plane of the circular table and runs from the center to the end of the circular table; б) выбирают каждые n кадров изображения из полученного видеопотока и передают выбранные изображения для распознавания в нейронную сеть; b) select every n image frames from the received video stream and transmit the selected images for recognition to the neural network; в) с помощью нейронной сети обрабатывают полученные изображения и в результате обработки распознают объекты на указанных изображениях, и для каждого распознанного объекта получают координаты распознанного объекта, тип распознанного объекта; c) using a neural network, the resulting images are processed and, as a result of processing, objects in the specified images are recognized, and for each recognized object, the coordinates of the recognized object and the type of the recognized object are obtained; г) на основании полученных с помощью нейронной сети координат распознанного объекта рассчитывают угол поворота стола кольцевого конвейера, представляющий собой угол между нулевой линией и линией объекта, при этом линия объекта представляет проекцию на плоскость кругового стола линии, проходящей от центра кругового стола до центра распознанного объекта, и расстояние, на которое должно передвинуться роботизированное устройство захвата мусора, представляющее собой расстояние от центра кругового стола до центра распознанного объекта; и d) based on the coordinates of the recognized object obtained using a neural network, the angle of rotation of the ring conveyor table is calculated, which is the angle between the zero line and the object line, while the object line represents the projection onto the plane of the circular table of the line passing from the center of the circular table to the center of the recognized object , and the distance to which the robotic debris picking device must move, which is the distance from the center of the circular table to the center of the recognized object; And д) передают в роботизированное устройство захвата мусора тип распознанного объекта, рассчитанный угол поворота стола кольцевого конвейера, расстояние от центра круга, на которое должно передвинуться устройство захвата мусора вдоль своей линии движения от центра круга, чтобы в результате указанного поворота круга и указанного передвижения устройство захвата мусора оказалось над центром распознанного объекта; e) transmit to the robotic garbage pickup device the type of recognized object, the calculated rotation angle of the ring conveyor table, the distance from the center of the circle by which the garbage pickup device should move along its line of movement from the center of the circle, so that as a result of the specified rotation of the circle and the specified movement, the pickup device the debris appears above the center of the recognized object; е) осуществляют захват распознанного объекта с помощью роботизированного устройства захвата мусора для перемещения захваченного объекта в зависимости от распознанного типа объекта в соответствующий контейнер; f) carry out the capture of the recognized object using a robotic device for picking up garbage to move the captured object, depending on the recognized type of object, into the appropriate container; ж) процесс захвата твердых отходов повторяют столько раз, сколько объектов было распознано на круге; g) the process of capturing solid waste is repeated as many times as objects were recognized on the circle; з) в случае, если на полукруге не было распознано ни одного объекта, выполняют команду поворота стола по часовой стрелке на N градусов и повторяют шаги а) – ж).h) if no object was recognized on the semicircle, execute the command to rotate the table clockwise by N degrees and repeat steps a) - g).
RU2023106961A 2023-03-23 Software and hardware complex for automatic sorting of solid wastes RU2814860C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2814860C1 true RU2814860C1 (en) 2024-03-05

Family

ID=

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002361204A (en) * 2001-06-12 2002-12-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd Recovering car of waste video apparatus
JP2004086799A (en) * 2002-08-29 2004-03-18 Jfe Engineering Kk Method and device for individually recognizing object
JP2012115785A (en) * 2010-12-02 2012-06-21 Sharp Corp Sorting system of waste
WO2015158962A1 (en) * 2014-04-17 2015-10-22 Zenrobotics Oy A material sorting unit, a system and a method for sorting material
RU2594231C2 (en) * 2010-12-30 2016-08-10 ЗенРоботикс Ой Method, computer program and apparatus for determining gripping location
RU2731052C1 (en) * 2019-11-26 2020-08-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) Robot automatic system for sorting solid municipal waste based on neural networks
US20220080466A1 (en) * 2018-01-12 2022-03-17 Emerging Acquisitions, Llc Autonomous data collection and system control for material recovery facilities
WO2022090623A1 (en) * 2020-10-28 2022-05-05 Zenrobotics Oy Waste sorting robot and method for detecting faults

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002361204A (en) * 2001-06-12 2002-12-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd Recovering car of waste video apparatus
JP2004086799A (en) * 2002-08-29 2004-03-18 Jfe Engineering Kk Method and device for individually recognizing object
JP2012115785A (en) * 2010-12-02 2012-06-21 Sharp Corp Sorting system of waste
RU2594231C2 (en) * 2010-12-30 2016-08-10 ЗенРоботикс Ой Method, computer program and apparatus for determining gripping location
WO2015158962A1 (en) * 2014-04-17 2015-10-22 Zenrobotics Oy A material sorting unit, a system and a method for sorting material
US20220080466A1 (en) * 2018-01-12 2022-03-17 Emerging Acquisitions, Llc Autonomous data collection and system control for material recovery facilities
RU2731052C1 (en) * 2019-11-26 2020-08-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) Robot automatic system for sorting solid municipal waste based on neural networks
WO2022090623A1 (en) * 2020-10-28 2022-05-05 Zenrobotics Oy Waste sorting robot and method for detecting faults

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230046145A1 (en) Systems and methods for detecting waste receptacles using convolutional neural networks
US11682097B2 (en) Method and an apparatus for separating at least one object from a plurality of objects
EP4343711A1 (en) A material handling method, apparatus, and system for identification of a region-of-interest
CA2918411C (en) Systems and methods for detecting and picking up a waste receptacle
JP6679188B1 (en) Waste sorting device and waste sorting method
JP7118042B2 (en) Distance determination system, computer-implemented method, and computer program product
JP5806301B2 (en) Method for physical object selection in robotic systems
CN111590611B (en) Article classification and recovery method based on multi-mode active perception
US20210331311A1 (en) Image generation device, robot training system, image generation method, and non-transitory computer readable storage medium
CN116213306A (en) Automatic visual identification method and sorting system
RU2814860C1 (en) Software and hardware complex for automatic sorting of solid wastes
WO2023131177A1 (en) Image acquisition system and method, and display panel processing device
WO2023124734A1 (en) Object grabbing point estimation method, apparatus and system, model training method, apparatus and system, and data generation method, apparatus and system
CN111240195A (en) Automatic control model training and target object recycling method and device based on machine vision
Othman et al. Comparison on cloud image classification for thrash collecting LEGO mindstorms EV3 robot
Chandra et al. Garbage detection and path-planning in autonomous robots
KR20230061612A (en) Object picking automation system using machine learning and method for controlling the same
CN113441421A (en) Automatic garbage classification system and method
CN115730236B (en) Medicine identification acquisition method, equipment and storage medium based on man-machine interaction
WO2022138545A1 (en) Machine learning device and machine learning method
CN114494156B (en) Object pose estimation and physical attribute cooperative estimation method
WO2023047531A1 (en) Data collection program, data collection device, and data collection method
CA3235569A1 (en) Automated bin-picking based on deep learning
Chiu et al. Ground-purity inspection for a group of robotic cleaners
WO2022252959A1 (en) Robotic arm control method and apparatus, electronic device, and computer-readable storage medium