一种基于图像识别技术的水面垃圾分拣装置及方法与流程

本发明属于环保技术领域，具体是一种基于图像识别技术的水面垃圾分拣装置及方法。

背景技术：

由于公众日常生活和生产，旅游业的发展，民众环保意识的淡薄等因素，还是导致水面垃圾源源不断的产生，尤其是城市河道和景点湖泊等水域。这些水面垃圾带来的嗅觉污染和视觉污染严重影响人文水上空间环境和当地的生态环境。因此针对这些水域的垃圾清理的问题也就成了国内外绿化设施的重要课题。

现阶段，水面垃圾的清理装置主要是突出水面垃圾的收集功能，尚未考虑水面垃圾的分类功能。2017年，国务院办公厅转发了《生活垃圾分类制度实施方案》，明确要求到2020年底基本建立垃圾分类规范，同时要求实现垃圾的可回收利用率到35％以上，可见社会已经认识到垃圾分类的重要性，然而对水域垃圾分类的重视度还不够。因此如何在垃圾收集的源头就实现垃圾的预分类，避免垃圾的混合运输，形成绿色产业链是亟需要思考解决的问题。

现有关于水面垃圾清理船的相关专利，涉及了水面垃圾的自动清理，通过遥控的形式对清理船的远程控制来实现垃圾的自动清理，也有通过侦测系统与gps导航系统等系统在垃圾清理船上的应用实现水面垃圾的自动收集。然而在实际的应用过程中，我们会发现目前研究的垃圾清理船只能实现自动收集，不能实现水面垃圾自动分类的功能。水面垃圾的种类繁多，所以我们在进行水面垃圾收集的同时，需要实现对垃圾的合理分类。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于图像识别技术的水面垃圾分拣装置及方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于图像识别技术的水面垃圾分拣装置，包括：

分拣船体，两艘分拣船体并行设置，两艘分拣船体之间通过支撑板固定连接，在每个分拣船体上设有两个或两个以上的分拣舱；

推进装置，与分拣船体传动连接，用于推动分拣船体前进；

分拣机械臂，设置于支撑板上，且分拣机械臂上设有分拣端子对水面垃圾进行拾取；

分拣驱动装置，分拣驱动装置与分拣机械臂传动连接，用于驱动分拣机械臂动作；

视觉采集组件，设置于分拣船体和/或支撑板上，视觉采集组件用于对水面垃圾进行远距离图像采集；

摄像采集组件，设置于分拣机械臂上，摄像采集组件用于对水面垃圾进行近距离图像采集；

中央控制组件，中央控制组件与视觉采集组件、摄像采集组件、推动装置和分拣驱动装置电连接。

本发明提出一种基于图像识别技术的水面垃圾分拣装置，其可以有效对水面垃圾进行分拣。

在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：

作为优选的方案，分拣机械臂包括：多节活动臂、用于连接相邻活动臂的活动关节以及设置于活动臂端部的分拣端子。

采用上述优选的方案，结构简单，分拣机械臂可以360的旋转，更好的拾取不同位置的垃圾。

作为优选的方案，分拣端子包括：两个或两个以上的夹取臂、设置于夹取臂端部的限位球以及穿设于夹取臂上的多个夹取条，夹取臂之间的角度可调。

采用上述优选的方案，对水面垃圾进行更牢固的夹取。

作为优选的方案，夹取臂上设有通孔，夹取条包括：

尾部，尾部通过弹性件与夹取臂弹性连接；

中间部，中间部穿设于通孔内；

端部，端部用于与水面垃圾接触，且端部的直径大小大于中间部的直径大小。

采用上述优选的方案，中间部可以在通孔内穿梭，当夹取垃圾时，垃圾对夹取条有一个向尾部方向的力，弹性件被拉伸，给垃圾一回弹力，使得垃圾被夹取的更牢固。

作为优选的方案，限位球上设有金属吸附块，用于对金属垃圾进行吸附。

采用上述优选的方案，对金属垃圾进行更好的夹取。

作为优选的方案，在其中一艘分拣船体上设有过滤舱，过滤舱的舱体由第一分隔板、第二分隔板和船体形成，第二分隔板为可升降板；

过滤舱内水平设有过滤板，过滤板的一端为传动端，其相对另一端为输出端；

传动端与过滤板驱动装置传动连接，过滤板驱动装置的传动头通过连接件与过滤板铰接；

输出端设置于第二分隔板上，且与第二分隔板滑动连接。

采用上述优选的方案，利用过滤板对可回收垃圾进行晾干。

作为优选的方案，在其中一艘分拣船体上设有回收舱，过滤舱与回收舱之间通过第二分隔板隔开；

在回收舱内设有活动挂钩和固定挂钩，活动挂钩设置于过滤板的输出端上，固定挂钩设置于回收舱的舱壁上，活动挂钩和固定挂钩用于对回收袋进行固定，在回收舱的底部设有升降支板。

采用上述优选的方案，当分拣机械臂拾取的为可回收垃圾时，分拣机械臂将垃圾投放到过滤舱的过滤板上，对潮湿的垃圾进行晾干，晾干后，过滤板驱动装置驱动过滤板的输出端向回收舱伸出，且第二分隔板下降，使得过滤板呈倾斜状，过滤板上的可回收垃圾直接投入回收袋。

作为优选的方案，在过滤舱内设有电磁吸附端子。

采用上述优选的方案，当可回收垃圾为金属时，过滤舱上的电磁吸附端子充电，对金属垃圾进行吸附。不仅如此，还可以在过滤板的上方设置喷头，对可回收垃圾进行清洗。

一种基于图像识别技术的水面垃圾分拣方法，利用基于图像识别技术的水面垃圾分拣装置进行分拣，具体包括以下步骤：

1)推进装置推动分拣船体在水面上运行；

2)视觉采集组件监测到水面有垃圾时，视觉采集组件将水面垃圾图像发送给中央控制装置，中央控制装置对垃圾进行识别处理；

3)中央控制装置控制推进装置带动分拣船体靠近垃圾；

4)中央控制装置控制分拣机械臂对水面垃圾进行拾取；

5)中央控制装置控制分拣机械臂将垃圾投放到对应的分拣舱。

本发明公开一种基于图像识别技术的水面垃圾分拣方法，其操作便捷。

作为优选的方案，步骤4)还包括以下内容，中央控制装置控制分拣机械臂对水面垃圾进行拾取后，摄像采集组件进行近距离的垃圾图像采集，并发送给中央控制装置；中央控制装置对垃圾进行二次识别处理。

采用上述优选的方案，提高垃圾识别的精确度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于图像识别技术的水面垃圾分拣装置的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的基于图像识别技术的水面垃圾分拣装置的俯视图之一。

图3为本发明实施例提供的分拣端子的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的夹取条的具体结构示意图。

图5为本发明实施例提供的基于图像识别技术的水面垃圾分拣装置的俯视图之二。

图6为本发明实施例提供的基于图像识别技术的水面垃圾分拣装置的局部剖视图。

图7为本发明实施例提供的过滤板驱动装置和过滤板的连接示意图。

图8为本发明实施例提供的基于图像识别技术的水面垃圾分拣方法流程图。

其中：分拣船体1、分拣舱11、过滤舱12、回收舱13、升降支板131、支撑板14、推进装置2、分拣机械臂3、活动臂31、活动关节32、分拣端子33、夹取臂331、限位球332、夹取条333、尾部3331、中间部3332、端部3333、弹性件4、第一分隔板5、第二分隔板6、过滤板7、传动端71、输出端72、活动挂钩8、固定挂钩9、回收袋10、过滤板驱动装置101、连接件102。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。

为了达到本发明的目的，一种基于图像识别技术的水面垃圾分拣装置及方法的其中一些实施例中，

如图1和2所示，一种基于图像识别技术的水面垃圾分拣装置，包括：

分拣船体1，两艘分拣船体1并行设置，两艘分拣船体1之间通过支撑板14固定连接，在分拣船体1上设有三个分拣舱11；

推进装置2，与分拣船体1传动连接，用于推动分拣船体1前进；

分拣机械臂3，设置于支撑板14上，且分拣机械臂3上设有分拣端子33对水面垃圾进行拾取；

分拣驱动装置(图中未示出)，分拣驱动装置与分拣机械臂3传动连接，用于驱动分拣机械臂3动作；

视觉采集组件(图中未示出)，设置于分拣船体1上，视觉采集组件用于对水面垃圾进行远距离图像采集；

摄像采集组件(图中未示出)，设置于分拣机械臂上，摄像采集组件用于对水面垃圾进行近距离图像采集；

中央控制组件(图中未示出)，中央控制组件与视觉采集组件、摄像采集组件、推动装置和分拣驱动装置电连接。

一种基于图像识别技术的水面垃圾分拣方法，利用基于图像识别技术的水面垃圾分拣装置进行分拣，具体包括以下步骤：

1)推进装置2推动分拣船体1在水面上运行；

2)视觉采集组件监测到水面有垃圾时，视觉采集组件将水面垃圾图像发送给中央控制装置，中央控制装置对垃圾进行识别处理；

3)中央控制装置控制推进装置2带动分拣船体1靠近垃圾；

4)中央控制装置控制分拣机械臂3对水面垃圾进行拾取；

5)中央控制装置控制分拣机械臂3将垃圾投放到对应的分拣舱11。

本发明公开一种基于图像识别技术的水面垃圾分拣装置及方法，其操作便捷，可以有效对水面垃圾进行分拣。

分拣船体1可以是电动工作船舶，其为对称线型双体船，有两个平行而分开的船体，船体是普通的上宽下窄的结构，两船体均采用单底、单壳，推进装置2采用双螺旋桨推进方式。中央控制组件内设有航行控制系统。分拣船通过arm9处理器，gps结合惯性导航设备，输出信号控制推进装置2，使得分拣船体1能够按照设定的轨迹路线巡航。

水面垃圾分拣功能系统的设计主要由分拣机械臂3、视觉采集组件、中央控制组件等构成。卷积神经网络是一种使用卷积运算来处理类似网络结构数据的神经网络，可以实现从图像数据中提取特征，进而达到识别图像类别的目的。分拣机械臂3选用关节坐标式机械臂来执行操作，通过编程使末端分拣端子运动到指定位置完成垃圾的夹取与分类。

水面垃圾识别首先构建水面垃圾识别模型，然后通过垃圾图像来训练模型获得特征值，然后通过大量水面垃圾图像来训练模型，以此获得特征值。从拍摄的大量水面垃圾图片，每种随机挑选一部分图片作为训练集，用来训练模型。将水面垃圾图片压缩后进行文件转换输入到模型，通过训练模型获得训练结果，完成后即可对水面垃圾正确识别。

在机械臂抓取垃圾前，分拣装置首先利用视觉采集组件拍摄水面垃圾图像，根据采集图像主控系统采用卷积神经网络算法对水面垃圾图像进行处理来识别，顺利识别后输出分类指令给机械臂，机械臂再将水面漂浮垃圾夹取，投放到对应的分拣舱11，具体流程见图8。

如图3和4所示，为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，分拣机械臂3包括：多节活动臂31、用于连接相邻活动臂31的活动关节32以及设置于活动臂31端部的分拣端子33。

采用上述优选的方案，结构简单，分拣机械臂3可以360的旋转，更好的拾取不同位置的垃圾。

进一步，分拣端子33包括：两个夹取臂331、设置于夹取臂331端部的限位球332以及穿设于夹取臂331上的多个夹取条333，夹取臂331之间的角度可调。

采用上述优选的方案，对水面垃圾进行更牢固的夹取。

进一步，夹取臂331上设有通孔，夹取条333包括：

尾部3331，尾部3331通过弹性件4与夹取臂331弹性连接；

中间部3332，中间部3332穿设于通孔内；

端部3333，端部3333用于与水面垃圾接触，且端部3333的直径大小大于中间部3332的直径大小。

采用上述优选的方案，中间部3332可以在通孔内穿梭，当夹取垃圾时，垃圾对夹取条333有一个向尾部3331方向的力，弹性件4被拉伸，给垃圾一回弹力，使得垃圾被夹取的更牢固。

进一步，限位球332上设有金属吸附块，用于对金属垃圾进行吸附。

采用上述优选的方案，对金属垃圾进行更好的夹取。

如图5-7所示，为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在其中一艘分拣船体1上设有过滤舱12，过滤舱12的舱体由第一分隔板5、第二分隔板6和船体形成，第二分隔板6为可升降板；

过滤舱12内水平设有过滤板7，过滤板7的一端为传动端71，其相对另一端为输出端72；

传动端71与过滤板驱动装置101传动连接，过滤板驱动装置101的传动头通过连接件102与过滤板7铰接；

输出端72设置于第二分隔板6上，且与第二分隔板6滑动连接。

采用上述优选的方案，利用过滤板7对可回收垃圾进行晾干。

进一步，在其中一艘分拣船体1上设有回收舱13，过滤舱12与回收舱13之间通过第二分隔板6隔开；

在回收舱13内设有活动挂钩8和固定挂钩9，活动挂钩8设置于过滤板7的输出端72上，固定挂钩9设置于回收舱13的舱壁上，活动挂钩8和固定挂钩9用于对回收袋10进行固定，在回收舱13的底部设有升降支板131。

采用上述优选的方案，当分拣机械臂3拾取的为可回收垃圾时，分拣机械臂3将垃圾投放到过滤舱12的过滤板7上，对潮湿的垃圾进行晾干，晾干后，过滤板驱动装置驱动过滤板7的输出端72向回收舱13伸出，且第二分隔板6下降，使得过滤板7呈倾斜状，过滤板7上的可回收垃圾直接投入回收袋10。

为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在过滤舱12内设有电磁吸附端子。

采用上述优选的方案，当可回收垃圾为金属时，过滤舱12上的电磁吸附端子充电，对金属垃圾进行吸附。不仅如此，还可以在过滤板7的上方设置喷头，对可回收垃圾进行清洗。

为了进一步地优化本发明的实施效果，在基于图像识别技术的水面垃圾分拣方法另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，步骤4)还包括以下内容，中央控制装置控制分拣机械臂3对水面垃圾进行拾取后，摄像采集组件进行近距离的垃圾图像采集，并发送给中央控制装置；中央控制装置对垃圾进行二次识别处理。

采用上述优选的方案，提高垃圾识别的精确度。

干净整洁的河道湖泊是城市的一道美好风景。本发明涉及垃圾清理船无需人工操作，可以实现水面垃圾的自动识别与分拣，有益于解决河道垃圾的难治理问题。该垃圾清理船帮助清理河道湖泊的垃圾，改善河道湖泊的环境，有益于城市管理。

对于本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。