一种基于视觉检测的煤样桶自动倒料机的制作方法

本发明涉及煤样采集，更具体地说，涉及一种基于视觉检测的煤样桶自动倒料机。

背景技术：

1、煤炭采制检全流程的自动化、无人化升级，是保障煤样检测结果客观真实、提升周转效率的核心发展方向，链式翻转式自动倒料设备已逐步替代人工倒料，成为煤样转运与制样工序间的核心衔接装置。

2、然而，在煤样桶高频周转的实际工况下，装卸磕碰、反复夹持造成的桶身变形、桶口失圆是周转过程中不可避免的普遍损耗，构成了自动倒料设备稳定运行的核心工况挑战。

3、现有倒料设备普遍采用刚性夹爪与机械定位的架构，刚性夹爪难以与变形桶壁形成有效面接触，抱持接触面积大幅缩减，翻转过程中极易出现打滑偏移、桶体脱落的问题，直接伴随煤样撒漏与批次混样的风险。这种抱持失效的问题叠加机械定位的固有局限，机械定位仅以桶身轮廓为基准默认桶身与桶口同轴，难以补偿桶口独立失圆产生的偏心偏差，导致倒料过程中桶口与料斗对位失准，进一步放大了撒漏与交叉污染的隐患。

4、针对上述抱持不稳的问题，行业内普遍采用单纯增大抱紧力的应对思路，该方式会进一步加剧薄壁煤样桶的塑性变形，使桶体损耗持续恶化，反而进一步降低抱持可靠性，形成“变形—加大抱紧力—变形加剧”的恶性循环，大幅缩短煤样桶的使用寿命，推高周转运维成本。这种恶性循环一旦形成，不仅难以通过常规设备参数调试逆转，还会持续拉低倒料工序的运行稳定性，同时现有设备多采用预设参数的开环控制模式，难以针对单桶变形状态差异化适配，也难以与全自动采制检产线的数字化管控体系深度联动，成为制约煤样倒料工序高稳定性、低损耗、智能化运行的技术瓶颈。鉴于此，我们提出一种基于视觉检测的煤样桶自动倒料机。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种基于视觉检测的煤样桶自动倒料机，以解决现有煤样自动倒料设备难以适配变形煤样桶、桶口对位偏差大、单纯增力加剧桶具损耗的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于视觉检测的煤样桶自动倒料机，包括视觉感知单元、倒料执行单元与协同控制单元：所述视觉感知单元用于采集煤样桶的静态轮廓图像与翻转过程中的动态状态图像；所述协同控制单元用于根据所述静态轮廓图像分别拟合桶身与桶口轮廓，计算桶口相对桶身的偏心偏移量，同时提取桶体变形特征评估桶体刚度等级，匹配对应的抱持控制参数与翻转运动参数；还用于根据所述动态状态图像实时检测夹爪与桶壁的贴合度，生成爪臂调节指令；并用于根据实时翻转角度与所述偏心偏移量计算桶口的动态偏移补偿量，生成对位调节指令；所述倒料执行单元用于根据所述抱持控制参数对煤样桶进行抱持，根据所述对位调节指令在翻转全行程动态修正桶口位置使其与料斗中心对齐，根据所述翻转运动参数执行翻转倒料动作，并根据所述爪臂调节指令实时调整各段爪臂的伸缩行程，维持夹爪与桶壁的面接触抱持。

3、优选地，所述协同控制单元计算桶口的动态偏移补偿量时，具体用于：建立翻转角度与桶口径向偏移量、竖向偏移量的映射关系，通过周向偏转调节修正径向偏移量，通过倒料执行单元的链式传动微升降修正竖向偏移量，实现翻转全行程桶口与料斗中心的同轴对位。

4、优选地，所述协同控制单元评估桶体刚度等级时，具体用于：基于桶身椭圆度、局部凹陷特征计算多因子刚度折减系数，确定桶体的最大允许抱持力上限，并根据临界打滑约束下的动力学模型反推匹配的最大允许翻转角加速度，输出对应的抱持控制参数与翻转运动参数。

5、优选地，所述协同控制单元生成爪臂调节指令时，具体用于：根据翻转角度对各段爪臂赋予不同的位置权重，计算周向整体贴合度，结合实时翻转阶段的调节灵敏度，生成各段爪臂的径向伸缩调节增量，保证翻转全程的抱持贴合度。

6、优选地，所述视觉感知单元还用于在倒料完成后的复位阶段采集煤样桶内部图像，所述协同控制单元还用于根据所述内部图像识别残料量，若残料量超出预设阈值则控制倒料执行单元执行二次翻转补倒动作。

7、优选地，所述视觉感知单元包括布设于入料工位的固定采集模块与集成于倒料抓手组件的悬架侧部的翻转随动采集模块，所述固定采集模块用于采集煤样桶的静态轮廓图像，所述翻转随动采集模块用于采集翻转过程中的动态状态图像与桶内部图像。

8、优选地，所述倒料执行单元的倒料抓手组件配置有多段独立驱动的弧形爪臂，每段爪臂可独立调节径向伸缩行程与输出抱持作用力，适配不同变形程度的桶身轮廓。

9、优选地，所述临界打滑约束下的动力学模型以夹爪与桶壁的最大静摩擦力不小于桶体所受切向惯性力、重力切向分力与法向惯性力的合矢量作为临界条件，保证抱持防滑可靠性。

10、优选地，所述位置权重的赋值规则为：翻转角度小于90°时，翻转前进方向的爪臂为主受力侧，赋予更高权重；翻转角度大于90°时，翻转后退方向的爪臂为主受力侧，赋予更高权重。

11、优选地，还包括倒料机架、链式传动组件与周向偏转调节机构，所述链式传动组件用于驱动倒料抓手组件完成升降与翻转动作，所述周向偏转调节机构用于执行桶口的径向偏移修正动作。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

13、1、本发明通过设计桶口翻转轨迹偏心补偿算法，实现翻转全行程内桶口与料斗进料中心的动态精准对位效果，解决当前煤样自动倒料设备依赖机械定位难以补偿桶口独立偏心偏差、翻转过程中桶口对位失准、煤样撒漏与批次间交叉污染风险高的问题。该算法突破了传统静态对中的技术局限，可随翻转角度变化实时修正桶口的径向与竖向偏移量，大幅提升倒料全阶段的对位精度，从源头减少样品损耗与混样隐患，充分保障煤样检测结果的真实性与代表性。

14、2、本发明还通过设计多段爪臂周向贴合度评价与闭环调节算法，实现变形煤样桶翻转全过程的面接触式稳定抱持效果，进一步解决刚性夹爪对变形桶壁适配性差、翻转受力过程中贴合间隙扩大、易出现打滑偏移甚至桶体脱落的问题。该算法可实时量化评估周向各位置的抱持贴合状态并动态调整各段爪臂的伸缩行程，在桶体受力形变的动态工况下始终维持可靠的面接触抱持，既保证了桶体位姿的整体稳定性，也为桶口偏心补偿的精准执行提供了基础支撑，显著提升设备对周转损耗桶具的适配能力。

15、3、本发明进一步通过设计临界打滑约束下的刚度适配动力学模型，实现抱持作用力与翻转运动参数的协同匹配控制效果，进一步解决行业内普遍采用的单纯增大抱紧力防滑方式加剧桶体塑性变形、桶具使用寿命短、周转运维成本高的问题。该模型突破了本领域“抱紧力越大越安全”的常规技术认知，以打滑力学临界条件为计算基础，结合桶体实际刚度状态同步优化抱持力上限与翻转速度曲线，在保障防滑可靠性的前提下削弱桶体所受的机械载荷，打破“变形—加力—加剧变形”的恶性循环，有效延长煤样桶的全生命周期使用时长。

16、4、本发明再进一步通过多套算法的协同联动构建全流程自适应闭环控制体系，实现煤样倒料全工序的无人化智能作业效果，进一步解决传统倒料设备采用预设参数开环控制、工况适配能力弱、难以与全自动煤样采制检产线无缝衔接的问题。整套算法体系覆盖上料识别、变形评估、自适应抱持、动态对位、平稳倒料、残料核验全作业环节，可与滚筒输送线、顶升移载机等周边设备联动协同，无需人工介入即可完成全流程作业，直接适配无人化智能产线的建设与升级需求。