一种基于三维激光扫描技术的矿山上料捡废装置的制作方法

1.本实用新型涉及矿山生产设备技术领域，具体为一种基于三维激光扫描技术的矿山上料捡废装置。


背景技术：

2.矿产行业工作环境比较复杂，如果是井下作业，需要采用井下采矿技术。井下采矿与地上采矿有着一定区别，难度更高。井下采矿技术在对矿产资源进行开采的过程中，需要将井下开采的矿石使用提升机提升到地面，然后矿石再经由导流设备进入到破碎装置中进行破碎，破碎完成后的矿石经由皮带输送系统运输至球磨机中进行磨粉操作。
3.在具体的井下作业过程中，经常会有一些矿井下的框木、网片甚至是灭火器等杂物废料伴随着提升机被带到地面，这些杂物废料在经由破碎装置破碎后，会形成锋利的尖角，特别是一些铁器，一旦这些尖锐的废料进入到皮带输系统中，会划伤，甚至划破皮带输送机的输送带，由于矿产行所用输送带长度都较长，其在使用时，输送带上往往会运输数吨的矿石，一旦输送带破裂，数吨矿石倾斜而下，会造成严重的生产事故，同时输送带的更换维修成本也较高。
4.为了解决上述问题，现有技术中常用的方法是，派遣两名工人分别站立在矿山破碎机的进料口两端，工人通过目视观察进入到矿石破碎机的碎料中是否含有杂物，一旦发现杂物，需要首先将提升机停机，停止上料。然后使用天车将一名工人挂置在安全绳上吊起，另一名工人操作天车将这名吊起的工人送至矿石破碎机进料口的导流斜坡处，再由工人徒手将矿石中掺杂的废料拣出，工人在拣废的过程中，破碎机是处于开机状态，一旦发生意外，工人跌落到破碎机中，将造成严重的生产事故；同时，由于现场扬尘较大，采用人工观察出错率较高，因此亟需一种基于三维激光扫描技术的矿山上料捡废装置来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种基于三维激光扫描技术的矿山上料捡废装置，可以有效将矿石中掺杂的框木、网片甚至是灭火器等杂物剔除，而且效率较高，操作安全，可以有效解决背景技术中的问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于三维激光扫描技术的矿山上料捡废装置，包括安装板；所述安装板的外侧面左右两端均设有支撑板，支撑板的下表面前端设有第二液压伸缩杆，第二液压伸缩杆的下端面通过铰链转动连接有升降板，升降板的下表面滑动连接有条形滑块，条形滑块通过带头螺柱与升降板固定连接，条形滑块的下表面安装有强力磁铁，所述安装板的下表面左右两端均设有第三液压伸缩杆，第三液压伸缩杆的伸缩端连接有倒置的u型安装架，u型安装架通过设置在其下表面的轴承连接有主轴，u型安装架的左侧面设有步进电机和刹车设备壳体，主轴的左端面穿过刹车设备壳体与步进电机的输出轴相连，所述主轴的外侧面安装有限位滑槽，限位滑槽的数量为三个，三
个限位滑槽均布在主轴的外侧面，限位滑槽的内侧面设置有l型滑块，l型滑块与限位滑槽通过锁止螺柱固定连接，l型滑块的外侧面设有u型安装板，u型安装板通过两根定位螺栓连接有弧形支撑架，弧形支撑架的端部连接有弧形铲板。
7.根据本实用新型的一些实施例，所述第二液压伸缩杆的外侧面上端套接有第三矩形套筒，第三矩形套筒的内侧面下端套接有第四矩形套筒。
8.具体的，通过设置第三矩形套筒和第四矩形套筒可以对第二液压伸缩杆起到很好的防尘保护作用。
9.根据本实用新型的一些实施例，所述第四矩形套筒的外侧面下端与升降板的上表面之间设有气动伸缩杆，气动伸缩杆的伸缩端通过铰链与升降板的上表面转动连接，气动伸缩杆的上端面通过铰链与第四矩形套筒的外侧面下端转动连接。
10.具体的，通过气动伸缩杆可以对升降板进行旋转调节。
11.根据本实用新型的一些实施例，所述第三液压伸缩杆的外侧面上端套接有第二矩形套筒，第三液压伸缩杆的外侧面下端套接有第一矩形套筒，第一矩形套筒与第二矩形套筒相套接，第二矩形套筒的内侧面与第一矩形套筒的外侧面之间设有橡胶密封圈。
12.具体的，通过设置第一矩形套筒和第二矩形套筒可以对第三液压伸缩杆起到很好的防尘保护效果。
13.根据本实用新型的一些实施例，所述安装板的下表面设有第一旋转臂，第一旋转臂的数量为四个，四个第一旋转臂均布在安装板的下表面四周，第一旋转臂的上端面与安装板的下表面通过铰链转动连接，四个第一旋转臂的下端面均通过铰链转动连接有第二旋转臂，第二旋转臂的下端面通过铰链与u型安装架的上表面后端转动连接。
14.具体的，通过第一旋转臂和第二旋转臂可以将来自矿石的冲击力传递到安装板上。
15.根据本实用新型的一些实施例，所述u型安装架的右端面设有操作窗口。
16.具体的，通过操作窗口可以对弧形铲板进行拆卸维护。
17.根据本实用新型的一些实施例，所述刹车设备壳体的内侧面上下两端均设有第一液压伸缩杆，两个第一液压伸缩杆的伸缩端均安装有咬合块，主轴的外侧面设有咬合槽，咬合槽与咬合块卡接对应设置，咬合槽的数量为六个，六个咬合槽均布在主轴的外侧面四周。
18.具体的，将咬合槽与咬合块卡接到一起，可以实现主轴的锁止。
19.根据本实用新型的一些实施例，所述l型滑块的数量为三个，三个l型滑块分布在三个限位滑槽内。
20.具体的，当其中弧形铲板损坏时，可以通过将主轴旋转六十度既可以将损坏的弧形铲板替换下。
21.根据本实用新型的一些实施例，两个限位滑槽的内侧面设置有l型滑块，另一个限位滑槽的内侧面设置有滑块，滑块的外侧面上端设有竖向支架，竖向支架的外侧面上端设有三轴机械臂，三轴机械臂的伸缩端安装有电动夹爪，滑块的上表面安装有链板输送机。
22.具体的，通过电动夹爪可以将卡在弧形支撑架上的框木抓放到链板输送机上，通过链板输送机可以将电动夹爪拾取的废料运出。
23.根据本实用新型的一些实施例，所述安装板的下表面安装有双目相机组件。
24.具体的，通过双目相机组件可以完成废料的识别方便了废料的自动抓取。
25.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
26.1、本基于三维激光扫描技术的矿山上料捡废装置，适用于不同工况下，井下矿石上料的拣废，可以快速安全的将矿石中含有的废料剔除，有效保障了生产进度与生产安全，提高了生产效率；
27.2、步进电机通过带动主轴旋转可以完成弧形铲板的切换，实现了设备不停机情况下弧形铲板的更换维修，通过第三液压伸缩杆可以控制u型安装架的升降，使用强力磁铁可以将矿石中的铁器剔除，使用弧形铲板可以翻动矿石碎料，将埋藏在矿石中的铁器翻出，方便了磁铁的提起。
附图说明
28.图1为本实用新型实施例1的结构示意图；
29.图2为本实用新型主视图；
30.图3为本实用新型左视图；
31.图4为图2中a处局部放大示意图；
32.图5为图3中b处局部放大示意图；
33.图6为本实用新型实施例2的结构示意图。
34.图中：1步进电机、2 u型安装架、3第一矩形套筒、4第二矩形套筒、5支撑板、6安装板、7第三矩形套筒、8第四矩形套筒、9气动伸缩杆、10升降板、11弧形铲板、12弧形支撑架、13主轴、14刹车设备壳体、15支撑肋板、16第一液压伸缩杆、17咬合块、18咬合槽、19第一旋转臂、20第二液压伸缩杆、21第二旋转臂、22条形滑块、23强力磁铁、24第三液压伸缩杆、25 l型挡板、26定位螺栓、27 u型安装板、28锁止螺柱、29 l型滑块、30限位滑槽、31三轴机械臂、32竖向支架、33滑块、34电动夹爪、35链板输送机、36双目相机组件。
具体实施方式
35.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
36.在本实用新型的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图2所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。当某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接在另一个特征上。
37.本实用新型提供以下技术方案：
38.实施例1，请参阅图1，一种基于三维激光扫描技术的矿山上料捡废装置，包括安装板6；在具体使用时将安装板6固定在横梁上，或者将安装板6固定在天车上，安装板6的外侧面左右两端均设有支撑板5，u型安装架2的右端面设有操作窗口，通过操作窗口可以进行废料的清理，u型安装架2通过设置在其下表面的轴承连接有主轴13，u型安装架2的左侧面设
有步进电机1和刹车设备壳体14，主轴13的左端面穿过刹车设备壳体14与步进电机1的输出轴相连，步进电机1通过带动主轴13旋转可以完成工作面的切换。
39.请参阅图2，支撑板5的下表面前端设有第二液压伸缩杆20，通过控制第二液压伸缩杆20的伸缩可以调节u型安装架2的升降，第二液压伸缩杆20的外侧面上端套接有第三矩形套筒7，第三矩形套筒7的内侧面下端套接有第四矩形套筒8，第三矩形套筒7的内侧面与套接第四矩形套筒8的外侧面之间设有环形密封橡胶条，通过第三矩形套筒7和第四矩形套筒8可以对第二液压伸缩杆20起到很好的保护作用，第二液压伸缩杆20的下端面通过铰链转动连接有升降板10，通过第二液压伸缩杆20可以调节升降板10的升降，第四矩形套筒8的外侧面下端与升降板10的上表面之间设有气动伸缩杆9，气动伸缩杆9的伸缩端通过铰链与升降板10的上表面转动连接，气动伸缩杆9的上端面通过铰链与第四矩形套筒8的外侧面下端转动连接，通过气动伸缩杆9可以调节升降板10的倾斜角度，升降板10的下表面滑动连接有条形滑块22，条形滑块22通过带头螺柱与升降板10固定连接，打开带头螺柱，既可以快速将条形滑块22抽出，条形滑块22的下表面安装有用于提取铁器的强力磁铁23，安装板6的下表面左右两端均设有第三液压伸缩杆24，第三液压伸缩杆24的外侧面上端套接有第二矩形套筒4，第三液压伸缩杆24的外侧面下端套接有第一矩形套筒3，第一矩形套筒3与第二矩形套筒4相套接，第二矩形套筒4的内侧面与第一矩形套筒3的外侧面之间设有橡胶密封圈，第二矩形套筒4结合第一矩形套筒3的设置可以对第三液压伸缩杆24起到很好的保护作用，第三液压伸缩杆24的伸缩端连接有倒置的u型安装架2，u型安装架2的内侧面上端设有支撑肋板15，通过调节第三液压伸缩杆24的伸缩可以控制u型安装架2的升降，安装板6的下表面设有第一旋转臂19，第一旋转臂19的数量为四个，四个第一旋转臂19均布在安装板6的下表面四周，第一旋转臂19的上端面与安装板6的下表面通过铰链转动连接，四个第一旋转臂19的下端面均通过铰链转动连接有第二旋转臂21，第二旋转臂21的下端面通过铰链与u型安装架2的上表面后端转动连接，第二旋转臂21结合第一旋转臂19的设置可以将碎石块的冲击力传递到安装板6上，可以对第三液压伸缩杆24起到很好的保护作用。
40.请参阅图3，刹车设备壳体14的内侧面上下两端均设有第一液压伸缩杆16，两个第一液压伸缩杆16的伸缩端均安装有咬合块17，主轴13的外侧面设有咬合槽18，咬合槽18与咬合块17卡接对应设置，咬合槽18的数量为六个，六个咬合槽18均布在主轴13的外侧面四周，通过将咬合块17插入到咬合槽18的内部，可以完成主轴13的锁止。
41.请参阅图4，主轴13的外侧面安装有限位滑槽30，限位滑槽30的数量为三个，三个限位滑槽30均布在主轴13的外侧面，限位滑槽30的内侧面设置有l型滑块29，l型滑块29与限位滑槽30通过锁止螺柱28固定连接，l型滑块29的外侧面设有u型安装板27，l型滑块29的数量为三个，三个l型滑块29分布在三个限位滑槽30内，将主轴13旋转六十度，可以完成工作面的切换，u型安装板27的外侧面远离主轴13的一端设有l型挡板25，通过l型挡板25可以对网片之类的废料进行阻拦，u型安装板27通过两根定位螺栓26连接有弧形支撑架12，弧形支撑架12的端部连接有弧形铲板11，通过弧形铲板11可以翻动碎石料，使得埋藏在碎石料中的铁器可以暴露出来。
42.实施例2：
43.请参阅图6，本实施例与实施例1的主要区别在于本实施例的两个限位滑槽30的内侧面设置有l型滑块29，另一个限位滑槽30的内侧面设置有滑块33，滑块33的外侧面上端设
有竖向支架32，竖向支架32的外侧面上端设有三轴机械臂31，三轴机械臂31的伸缩端安装有电动夹爪34，滑块33的上表面安装有链板输送机35；具体的，可以通过三轴机械臂31配合电动夹爪34将卡在弧形支撑架12上的废料抓取到链板输送机35上，再由链板输送机35将废料运出，安装板6的下表面安装有双目相机组件36，通过双目相机组件36可以完成废料的识别。
44.请参阅图1，一种基于三维激光扫描技术的矿山上料捡废装置，包括安装板6；在具体使用时将安装板6固定在横梁上，或者将安装板6固定在天车上，安装板6的外侧面左右两端均设有支撑板5，u型安装架2的右端面设有操作窗口，通过操作窗口可以进行废料的清理，u型安装架2通过设置在其下表面的轴承连接有主轴13，u型安装架2的左侧面设有步进电机1和刹车设备壳体14，主轴13的左端面穿过刹车设备壳体14与步进电机1的输出轴相连，步进电机1通过带动主轴13旋转可以完成工作面的切换。
45.请参阅图2，支撑板5的下表面前端设有第二液压伸缩杆20，通过控制第二液压伸缩杆20的伸缩可以调节u型安装架2的升降，第二液压伸缩杆20的外侧面上端套接有第三矩形套筒7，第三矩形套筒7的内侧面下端套接有第四矩形套筒8，第三矩形套筒7的内侧面与套接第四矩形套筒8的外侧面之间设有环形密封橡胶条，通过第三矩形套筒7和第四矩形套筒8可以对第二液压伸缩杆20起到很好的保护作用，第二液压伸缩杆20的下端面通过铰链转动连接有升降板10，通过第二液压伸缩杆20可以调节升降板10的升降，第四矩形套筒8的外侧面下端与升降板10的上表面之间设有气动伸缩杆9，气动伸缩杆9的伸缩端通过铰链与升降板10的上表面转动连接，气动伸缩杆9的上端面通过铰链与第四矩形套筒8的外侧面下端转动连接，通过气动伸缩杆9可以调节升降板10的倾斜角度，升降板10的下表面滑动连接有条形滑块22，条形滑块22通过带头螺柱与升降板10固定连接，打开带头螺柱，既可以快速将条形滑块22抽出，条形滑块22的下表面安装有用于提取铁器的强力磁铁23，安装板6的下表面左右两端均设有第三液压伸缩杆24，第三液压伸缩杆24的外侧面上端套接有第二矩形套筒4，第三液压伸缩杆24的外侧面下端套接有第一矩形套筒3，第一矩形套筒3与第二矩形套筒4相套接，第二矩形套筒4的内侧面与第一矩形套筒3的外侧面之间设有橡胶密封圈，第二矩形套筒4结合第一矩形套筒3的设置可以对第三液压伸缩杆24起到很好的保护作用，第三液压伸缩杆24的伸缩端连接有倒置的u型安装架2，u型安装架2的内侧面上端设有支撑肋板15，通过调节第三液压伸缩杆24的伸缩可以控制u型安装架2的升降，安装板6的下表面设有第一旋转臂19，第一旋转臂19的数量为四个，四个第一旋转臂19均布在安装板6的下表面四周，第一旋转臂19的上端面与安装板6的下表面通过铰链转动连接，四个第一旋转臂19的下端面均通过铰链转动连接有第二旋转臂21，第二旋转臂21的下端面通过铰链与u型安装架2的上表面后端转动连接，第二旋转臂21结合第一旋转臂19的设置可以将碎石块的冲击力传递到安装板6上，可以对第三液压伸缩杆24起到很好的保护作用。
46.请参阅图3，刹车设备壳体14的内侧面上下两端均设有第一液压伸缩杆16，两个第一液压伸缩杆16的伸缩端均安装有咬合块17，主轴13的外侧面设有咬合槽18，咬合槽18与咬合块17卡接对应设置，咬合槽18的数量为六个，六个咬合槽18均布在主轴13的外侧面四周，通过将咬合块17插入到咬合槽18的内部，可以完成主轴13的锁止。
47.请参阅图4，主轴13的外侧面安装有限位滑槽30，限位滑槽30的数量为三个，三个限位滑槽30均布在主轴13的外侧面，限位滑槽30的内侧面设置有l型滑块29，l型滑块29与
限位滑槽30通过锁止螺柱28固定连接，l型滑块29的外侧面设有u型安装板27， u型安装板27通过两根定位螺栓26连接有弧形支撑架12，弧形支撑架12的端部连接有弧形铲板11，通过弧形铲板11可以翻动碎石料，使得埋藏在碎石料中的铁器可以暴露出来。
48.在使用时：接通外部电源，将安装板6安装到天车上，或者将其安装到横梁支架上，保证安装板6的安装位置位于破碎机的进料口处，通过调节第三液压伸缩杆24的伸缩将最下端的弧形铲板11插入到矿石原料中，矿石碎料沿着导流斜坡下滑的同时，由弧形铲板11将矿石碎料铲起，此时埋藏在矿石碎料中的铁器会被翻出，然后通过控制第二液压伸缩杆20的伸缩将强力磁铁23悬在矿石原料的正上方，由强力磁铁23将矿石中的铁器剔出，由工人通过观察当强力磁铁23上吸附有铁器时，只需打开用于固定条形滑块22的带头螺柱，然后将条形滑块22抽出取下铁器即可，最后将固定条形滑块22重新推回到升降板10下表面的滑槽内，值得注意的是通过气动伸缩杆9可以调控强力磁铁23的倾斜角度，使得强力磁铁23朝着弧形铲板11倾斜，此时，由弧形铲板11铲出的铁器更容易被吸附到强力磁铁23上，弧形铲板11在工作过程中受到的冲击力经由第二旋转臂21和第一旋转臂19传递到安装板6，当连接弧形支撑架12的定位螺栓26其中一个发生断裂时，弧形支撑架12在矿石物料的冲击下发生旋转，工作人员通过观察即可发现，工作人员通过步进电机1带动主轴13旋转60
°
，既可以实现工作面的切换，当有柱形框木随着矿石原料进入破碎机时，由弧形铲板11将框木铲送到弧形支撑架12上，最后通过三轴机械臂31控制电动夹爪34既可以将木料夹取到链板输送机35上，由链板输送机35将框木运出，当设备没有安装三轴机械臂31与电动夹爪34时，只需通过电机1带动主轴13旋转60
°
，将框木举起，打开锁止螺柱28，既可以将含有框木的l型滑块29抽出。
49.在其他使用场景中通过双目相机组件36可以对废料进行识别，双目相机组件36将信号发送给图像处理系统，图像处理系统识别完成后由外部控制器控制电动夹爪34工作对废料进抓取，本方案中图像处理系统主要包括双目相机组件36、镭射激光以及上位机图像处理系统。采用双目相机组件36标定对待抓取物体上一个特征点，用两部固定于不同位置的相机摄得物体的像，分别获得该点在两部相机像平面上的坐标，根据两部相机精确的相对位置，就可用几何的方法得到该特征点在固定一部相机的坐标系中的坐标，即确定了特征点的位置；在本方案中由于应用场景环境复杂，灰尘居多，对特征点识别困难，因此，使用镭射激光指明特征点，以便准确、快速识别和分析特征点的位置。
50.使用双目工业相机对特征点进行双目标定确定其三维空间位置的时候，对双目相机组件参数的设置尤为重要，双目相机组件需要标定的参数有相机内参数矩阵，畸变系数矩阵，本征矩阵，基础矩阵，旋转矩阵以及平移矩阵；旋转矩阵 r 和平移矩阵 t 说明，任意两个坐标系之间的相对位置关系都可以通过两个矩阵来描述，具体为将左摄像机下的坐标转换到右摄像机下的坐标。本征矩阵常用字母 e来表示，其物理意义是左右坐标系相互转换的矩阵，可以描述左右摄像机图像平面上对应点之间的关系。双目系统中给本征矩阵 e 加上相机内参数矩阵m 的相关信息，就可得到描述同一物理点在左右摄像机图像平面的上下关系。
51.控制方案及工作原理分析：基于双目相机组件激光引导的智能矿石杂物分拣装置控制系统主要是对双目相机组件获取镭射激光图像的信息进行处理，计算得到杂物位置，并对机械手抓取杂物以及机械臂在横梁上的移动的运动过程进行控制，控制对象为机械臂
行走机构、多轴机械臂以及多功能执行机构。本设计方案采用多轴运动控制器，该控制器支持6路*200khz运控输出，支特 tcp / ip 通信，支持多轴插补功能，完全满足控制要求。
52.当工作人员发观需要被抓取的杂物时，只需使用镭射激光照射该杂物并确认，此时双目相机组件实时拍摄取样，将采集到图像传给上位机，上位机对采集到的图像进行处理得到镭射激光点的位置数据，经过校验判断数据是否正确，若正确，则将数据传给控制器，控制器则将得到的数据作为机械臂执行的目标位置，控制机械手到达抓取位置并进行抓取运动，抓取完成后，机械手携带杂物自动运行到杂物堆放处，自动释放杂物，并自动回到待命位置，为下次抓取做好准备。
53.值得注意的是：步进电机1、气动伸缩杆9、第一液压伸缩杆16、第二液压伸缩杆20、第三液压伸缩杆24、三轴机械臂31、电动夹爪34和链板输送机35的输入端均通过外部控制开关组与外部电源的输出端电连接。
54.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。