一种城市生活垃圾智能分拣装置及方法与流程

本发明涉及垃圾处理技术领域，具体涉及一种城市生活垃圾智能分拣处理装置及方法。

背景技术：

随着人民生活水平提高，生活垃圾的数量和种类也不断增加，现在大多数城市的生活垃圾采用填埋式处理，据了解南京市、杭州市城郊的垃圾填埋场均已经提前到期，如若再继续采取填埋式处理，若干年后，城市将被生活垃圾包围。因此，现在很多城市已采取垃圾分类，使城市生活垃圾成为再生资源。

城市生活垃圾的组成成份十分复杂,常见的有废纸、塑料、玻璃、金属和布料等可回收垃圾，还包括厨余垃圾、有害垃圾，以及其它垃圾。除了可回收垃圾，其余的垃圾可以通过破碎,挤水,烘干后作为燃料进行焚烧发电。城市生活垃圾在破碎之前需要将其进行分拣处理，将垃圾中的部分不适合回收的垃圾如渣土、细小垃圾等，以及可回收物分拣出来，减少破碎机的损伤，也有利于物品的回收及二次利用。

现有的垃圾分拣一般采用人工分拣和机械分拣相结合的分拣方式，其中机械分拣通常根据物料的物理性质或化学性质采用不同的分拣方法，包括筛分、风力分拣、跳汰机、磁选等分拣技术对垃圾进行初步分拣，将部分不适合的的渣土、细小垃圾，以及金属物质分拣出来，再由人工对其进行分拣。但是在人工分拣时分拣平台上仍有面积大的或者外形尖锐的垃圾，有划破分拣人员的风险，并且在分拣平台只靠人工分拣，需要投入大量的人员成本。

技术实现要素：

发明目的：提供一种城市生活垃圾智能分拣装置及方法，解决了现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种城市生活垃圾智分拣装置，包括基础组件、输送组件、传动组件、动力组件、图像采集组件、以及控制组件六部分。

其中，基础组件，包括固定在地面的基座，安装在所述基座上方的旋转座，以及安装在所述旋转座两侧的固定板；

输送组件，安置在地面上的水平输送机，所述水平输送机上设有分拣平台；

传动组件，包括连接在所述固定板上的第一支臂，连接在所述第一支臂一端的第二支臂，与所述第二支臂相连的第三支臂，以及位于所述第三支臂下方的机械手；

动力组件，包括安装在所述固定板之间并与旋转座相连的第一旋转电机，安装在第一支臂、第二支臂和第三支臂上的气动装置，安装在第三支臂一端的第二旋转电机，以及安装在所述机械手上的电机；

图像采集组件，包括安装在所述第二旋转电机下方的摄像机；

控制组件，包括安装在所述固定板一侧的电磁阀，安装在所述机械手内部的图像处理模块和信号处理单元，以及安装在所述水平输送机上的信号接收装置和控制模块。

在进一步的实施例中，所述摄像机外部设有固定框架，所述固定框架上方与所述第二旋转电机的输出轴连接，且在连接处安装有轴承，所述固定框架下方安装有固定轴，能使摄像机固定安装在固定框架内，并能确保摄像机随旋转电机的输出轴只能沿轴向旋转。

在进一步的实施例中，所述机械手包括连接在所述固定轴下方的连接板，安装在所述连接板下方两端的l形连接块，两块通过螺栓安装在两块l形连接块中间且相互接触的支撑板，安装在所述支撑板上且与电机输出轴相连的转动齿轮，与所述转动齿轮相啮合的第一齿轮，与第一齿轮啮合的第二齿轮，以及与第一齿轮和第二齿轮尾端相连的抓牙，能使机械手连接在固定轴下方随第二旋转电机的输出轴旋转，也能通过齿轮传动使抓牙沿径向做功，从而能够夹取物件。

在进一步的实施例中，所述抓牙距上端三分之一处通过螺钉在两侧安装有连杆，所述连杆的一端与支撑板相连，所述抓牙的内侧设有螺纹，能够使抓牙夹取的质量重的物件，螺纹增加了抓牙和物件之间的摩擦力，使物件不易掉落。

在进一步的实施例中，所述第三支臂上设有第一加强筋，所述第三支臂与第二旋转电机连接处设有第二加强筋，给第四气缸提供一个连接点，增加了第三支臂与旋转电机的接触面的强度，从而增加了机械手夹起物件的重量，也避免了第三支臂应受力过大而歪扭变形，甚至弯折。

在进一步的实施例中，所述分拣平台的两侧设有挡板，能够避免垃圾掉落分拣平台以外的地方。

在进一步的实施例中，所述气动装置由第一气缸、第二气缸、第三气缸，以及第四气缸组成，所述第一气缸的一端与第一支臂的端点转动连接，另一端连接在第二支臂上，所述第二气缸的一端转动连接于固定板，另一端转动连接在第一支臂的端点，所述第三气缸一端连接在第二支臂上，另一端与第二支臂与第三支臂的交点处转动连接，所述第四气缸一端转动连接于第二支臂与第三支臂连接点处，另一端连接在第一加强筋上，能使第一支臂、第二支臂以及第三支臂随气动装置做功而做上升或下落、收缩或伸展的运动。

在进一步的实施例中，所述第一气缸、第二气缸、第三气缸，以及第四气缸内安装有密封件，能够防止气缸内空气泄露以及外界空气中的灰尘与其他细小物体的进入。

一种城市生活垃圾智能分拣装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步、打开第一旋转电机和第二旋转电机，驱动旋转座和固定框架旋转；

第二步、打开摄像机，采集分拣平台的图像数据传至机械手内部的图像处理模块，图像处理模块将表面积大的、外形尖锐的垃圾信息传送至信号处理单元；

第三步、打开电磁阀和电机，机械手开始在分拣平台上工作，将垃圾从分拣平台上夹起；

第四步、在第二步和第三步的基础上，当信号处理单元未能接收来自图像处理模块的信号时，安装在水平输送机上的信号接收装置开始工作接收信息，并将信息传至控制模块，控制水平输送机运转工作；

第五步、重复上述步骤，直至垃圾分拣完成。

有益效果：本发明涉及一种城市生活垃圾智能分拣装置及方法，通过在摄像机上方连接旋转电机以及在将支臂安装在旋转座上，使本发明能够更大范围的通过摄像机采集到分拣平台上的图像；通过安装在机械手内部的图像处理模块和信号处理单元控制机械手抓取表面积大或外形尖锐的垃圾；通过安装在水平输送机上的信号接收装置及控制模块控制水平输送机的运行；本发明能够通过机械手有效的将分拣平台上面积大的及外形尖锐的垃圾进行分拣，减少分拣人员受伤的风险，也能提高分拣的效率，减少分拣工作的人员成本的投入。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中机械手与电机安装的结构示意图。

图3为发明中视觉组件的结构示意图。

图4为发明中视觉组件和控制组件配合的原理图。

图中各附图标记为：基座1、旋转座2、固定板3、气动装置4、第一气缸401、第二气缸402、第三气缸403、第四气缸404、第一支臂5、第二支臂6、第三支臂7、第一加强筋8、第二旋转电机9、摄像机10、机械手11、连接板1101、l形连接板1102、转动齿轮1103、第二齿轮1104、第一齿轮1105、连杆1106、抓牙1107、支撑板1108、水平输送机12、分拣平台13、挡板14、电机15、固定框架16、轴承17、固定轴18、第二加强筋19。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1至图3所示，本发明涉及一种城市生活垃圾智能分拣装置及方法，以下简称“该装置”。其中，该装置包括基础组件、输送组件、传动组件、动力组件、图像采集组件及控制组件六部分。具体的，基础组件包括基座1、旋转座2、固定板3，所述基座1固定在地面上，基座1中央安装旋转座2，旋转座2两侧安装有固定板3；传输组件包括水平输送机12，所述水平输送机12安置在地面上，且上方设有分拣平台13，分拣平台13两侧设有挡板14，基座1位于水平输送机12一侧的中间；传动组件包括第一支臂5、第二支臂6、第三支臂7以及机械手11，所述第一支臂5一端通过螺栓连接在两块固定板3之间，另一端与第二支臂6连接，第二支臂6的另一端与第三支臂7相连，第三支臂上设有第一加强筋8，第三支臂7的另一端下方安装有机械手11，所述机械手11包括连接板1101、l形连接块1102、支撑板1108、转动齿轮1103、第一齿轮1105、第二齿轮1104、连杆1106以及抓牙1107，l形连接块安装在连接板1101下方的两侧，两块l形连接板1102之间通过螺栓固定有两块支撑板1108，两块支撑板1108之间相互接触，支撑板1108上开设有通孔，通孔上表面安装有转动齿轮1103，转动齿轮1103下方安装有第二齿轮1104与之啮合，第二齿轮1104一侧安装有第一齿轮1105与之啮合，第一齿轮1105与第二齿轮1104一侧向外延伸与抓牙1107相连，所述抓牙1107距上端三分之一处安装有连杆1106，连杆1106的另一端与支撑板1108相连，所述抓牙1107内侧设有螺纹；所述动力组件包括第一旋转电机15、第二旋转电机9、气动装置4以及电机15，所述第一旋转电机15安装在两块固定板3之间，第一旋转电机15的输出轴与旋转座2连接，第二旋转电机9安装在第三支臂7下方，并在连接处上方设有第二加强筋,19，气动装置4由第一气缸401、第二气缸402、第三气缸403、以及第四气缸404组成，第一气缸401的一端转动连接在第一支臂5的端点，另一端连接在第二支臂6上，第二气缸402的一端转动连接于固定板3，另一端转动连接在第一支臂5的端点，第三气缸403一端连接在第二支臂6上，另一端与第二支臂6与第三支臂7的交点处转动连接，第四气缸404一端转动连接于第二支臂6与第三支臂7连接点处，另一端连接在第一加强筋8上，所述电机15的输出轴安装在支撑板1108的通孔内，且与转动齿轮1103连接；图像采集组件包括摄像机10，所述摄像机10外部设有固定框架16，固定框架16上方与第二旋转电机9的输出轴连接，并在连接处设有轴承17，固定框架16下方设有固定轴18，固定轴18下方安装在连接板1101上；控制组件包括电磁阀、图像处理模块、信号处理单元、信号接收装置和控制模块，电磁阀安装在固定板3一侧，图像处理模块和信号处理单元安装在机械手11内部，信号接收装置和控制模块安装在水平输送机12上。

如图4所示，摄像机10对分拣平台13进行图像采集，采集图像后将图像信号传至图像处理模块进行处理，再将处理完的图像信号传至信号接收单元，信号接收单元对图像处理模块进行反馈，信号接收装置接收来自信号接收单元的信号，当信号接收装置未能接收到来自信号接收单元的信号时，控制模块开始控制水平输送机12工作。

通过上述技术方案，本发明能够实现如下工作过程：

首先，打开第一旋转电机15和第二旋转电机9，驱动旋转座2和和安装在旋转电机15下方的固定框架16旋转；

随后打开摄像机10，采集分拣平台13上的图像数据传至机械手11内部的图像处理模块，图像处理模块将分拣平台13中表面积大的、外形尖锐的垃圾信息传至信号处理单元；

接着打开电磁阀和电机15，信号处理单元接收信号，机械手11开始在分拣平台13上工作，将符合接收到信息的垃圾从分拣平台13中夹起，每夹起一个垃圾，信号处理单元对图像处理模块进行反馈；

在前两步的基础上，当信号处理单元未能接收来自图像处理模块的信号时，信号处理单元开始向信号接收装置发送信息，信号接收装置接收信息后将信息传送至控制模块，控制水平输送机12运转；

重复上述步骤，直至垃圾分拣完成。

下面，为了便于对本发明上述的工作过程做清楚的理解，下文对图像采集组件和控制组件相互间配合的工作过程和工作原理做详细阐述。

摄像机10通过第一旋转电机15和第二旋转电机9的旋转，对分拣平台13上的垃圾进行图像采集，采集好的图像传送至图像处理模块，图像处理模块运用canny边缘检测和region算法相结合，canny边缘检测寻找采集到的图像梯度的局部极大值，算子的梯度利用高斯导数计算，使用两个阀值分别检测强边缘和弱边缘，当且仅当弱边缘和强边缘相连时，弱边缘才会包含输出，能够精确定位出实际边缘的中心，降低把非边缘点作为边缘点检出的概率，使虚假边缘响应得到最大抑制，canny边缘检测阀值选择越小时，检测到的图像越清晰，region算法能索引出面积大的垃圾图片，图像处理模块将canny边缘检测到具有尖锐边缘垃圾的图像和面积大的垃圾图片传至信号处理单元，信号处理单元接收信号后，机械手11开始在分拣平台13上挑选与图像处理模块传送过来相符合的垃圾，将其夹起，每夹起一个垃圾，信号处理单元对图像处理模块进行反馈，当机械手11将图像处理模块传送过来的图像信息全部从分拣平台13上夹起时，图像处理模块将不向信号处理单元传送信息，此时，信号处理单元开始向信号接收装置发送信息，当信号接收装置接收到信号时，控制模块开始控制水平输送机12运转，分拣平台13上出现新的需要分拣的垃圾，重复上述过程，直至将城市生活垃圾分拣完成。

机械手11的工作过程：打开电机15，所述电机15为小型异步电机15，正转时，安装在支撑板1108通孔内的电机15输出轴驱动转动齿轮1103转动，带动与之啮合的第一齿轮1105以及与第一齿轮1105相啮合的第二齿轮1104转动，第一齿轮1105与第二齿轮1104的转动方向相反，使分别连接在第一齿轮1105和第二齿轮1104处的抓牙1107各自沿第一齿轮1105的轴向和第二齿轮1104的轴向向下旋转，夹取分拣平台13上的垃圾；反转时，抓牙1107将夹取的垃圾松开，由于在距抓牙1107上端三分之一处安装有连杆1106，连杆1106的一端安装在支撑板1108上，抓牙1107的内侧设有螺纹，能够使机械手11抓取质量重的垃圾，也能抓取表面光滑的垃圾，不易掉落。

通过上述技术方案，本发明通过第一旋转电机15和第二旋转电机9使摄像机10更大范围的采集分拣平台13上的图像，安装在机械手11内部图像处理模块和信号处理单元通过canny边缘检测和region算法相结合使机械手11抓取表面积大或外形尖锐的垃圾，提高了分拣人员分拣工作的安全性，也提高了分拣的工作效率，减少人员成本。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。