一种基于机器人进行密度估计的矿石分选装置及方法与流程

1.本发明涉及矿石分选技术领域，具体涉及一种基于机器人进行密度估计的矿石分选装置及方法。


背景技术：

2.随着科技的发展，由于直接开采的原矿石的品质很难满足工业的要求，因此，对矿石进行分选是极其重要的。目前对于矿石的分选方式可分为两种：湿选法和干选法。湿选法是基于矿石密度不同进行的，但对水的需求量大。干选法可以分为传统人工分拣方式以及机器分选。干选法的手工分拣效率低且错误率高，机器分选更为高效。而机器分选原理可大致分为基于密度、机器视觉等方式。基于密度的如射线法设备造价高，若安全防护不当甚至容易对人体产生危害；基于纹理、灰度等图像信息的机器视觉分选方法准确度较差。对比上述各种不同分选方式的实用性、准确度、环保以及分选动作方式等各方面考虑，基于密度的干选法最为合适，而现有的基于密度的干选法如风选技术，其设备体积大、成本昂贵以及分选动作大多是基于气阀或高压喷枪等进行分选动作，其稳定性以及实时性较差。


技术实现要素：

3.本发明为了解决上述问题，提供了一种基于机器人进行密度估计的矿石分选装置及方法，旨在针对存在密度差异的大块矿石，实现以低成本、高准确度及较小设备体积进行分选。
4.本发明的技术方案是：
5.一种基于机器人进行密度估计的矿石分选装置，该装置包括进料斗、输送带、矿石排队引导装置、机器人、第一料框和第二料框；
6.所述进料斗安装在输送带的进料区的上方，用于容纳待分选的矿石物料，待分选的矿石物料通过进料斗释放到输送带的进料区上；
7.所述矿石排队引导装置固定在输送带的进料区的末端，用于对释放到输送带上的矿石堆料进行排队，使矿石逐个通过该矿石排队引导装置并按照单个排队的形式随着输送带运行；
8.所述机器人，包括机械臂、体积检测模块、称重模块、机械手爪和控制器；所述机械臂位于输送带的一侧；所述体积检测模块、所述称重模块和机械手爪均安装在所述机械臂的末端；所述体积检测模块包括第一摄像头和第二摄像头，该两个摄像头对称设置在所述机械臂末端的两侧；所述机械臂、第一摄像头、第二摄像头、称重模块和机械手爪均与控制器电性连接；
9.所述第一料框设置在所述机器臂附近，用于容纳分选出去的矿石；
10.所述第二料框设置在所述输送带的卸料端，用于接收输送带传送的经过分选后保留的矿石。
11.进一步地，根据所述的基于机器人进行密度估计的矿石分选装置，所述称重模块
由压力称重传感器和相应的信号调理放大器组成。
12.采用所述的基于机器人进行密度估计的矿石分选装置的基于机器人进行密度估计的矿石分选方法，该方法包括如下步骤：
13.步骤1：启动输送带；
14.步骤2：控制进料斗将其容纳的待分选矿石物料释放到输送带的进料区；
15.步骤3：通过矿石排队引导装置将进料斗释放到输送带的矿石堆料处理为单个矿石排队运行；
16.步骤4：控制器通过第一摄像头对当前单个矿石进行识别跟踪；
17.步骤5：控制器控制第一摄像头和第二摄像头同时对跟踪的矿石拍照，获得不同角度的矿石图像；
18.步骤6：根据两个摄像头从不同角度采集的矿石图像，控制器利用双目立体视觉匹配算法计算该矿石的体积；
19.步骤7：控制器控制机械手爪抓取当前跟踪的矿石；
20.步骤8：通过称重模块对机械手爪抓取的矿石进行称重，获取该矿石的重量；
21.步骤9：控制器根据矿石的体积与重量计算出该矿石的密度值，并将该矿石的密度值与预设的密度阈值进行比较，若该矿石的密度值大于预设的密度阈值，则判断该矿石为需要分选出去的矿石，执行步骤10；若该矿石的密度值小于等于预设的密度阈值，则判断该矿石为需要保留的矿石，执行步骤11；
22.步骤10：控制器控制机械臂将机械手爪抓取的矿石放入第一料框；
23.步骤11：控制器控制机械臂将机械手爪抓取的矿石放回到输送带，该矿石将顺着输送带滑如第二料框中；
24.步骤12：重复执行步骤4至步骤11，直至完成全部待分选矿石物料的分选。
25.本发明具有如下有益效果：鉴于密度差别是煤与矸石最显著的区别，同样体积的矿石存在质量差别，由此基于密度进行矿石分选识别率高且准确度好，其中基于密度的干法分选不仅成本低、准确度高，并且在实际应用中不同于密度湿选法，对水需求小，有利于环境保护。本发明基于机器人进行密度估计的矿石分选装置及方法，通过机器人集成体积检测模块和称重模块分别计算矿石的体积和质量，根据质量和体积计算得到矿石的密度，再基于密度控制机械手爪进行矿石的干法分选，通过将各个不同的独立部分集成在机器人这一整体上，减小设备体积的同时使得集成后的整体的各部分不仅仍然可以发挥原有功能，而且各部分协调地合作完成整体密度计算，实现了方便且低成本的矿石分选，具有较高的实用性和推广价值。
附图说明
26.图1为本实施方式基于机器人进行密度估计的矿石分选装置的结构示意图；
27.图2为本实施方式中矿石排队引导装置的结构示意图；
28.图3为本实施方式中机器人的结构示意图；
29.图4为本实施方式中控制器与其他部件之间的连接关系示意图；
30.图5为本实施方式基于机器人进行密度估计的矿石分选方法的流程示意图。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
32.通过本领域人员，将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接，并且应该根据实际情况，选择合适的控制器以及编码器，以满足控制需求，具体连接以及控制顺序，应参考下述工作原理中，各电气部件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，不再对电气控制做说明。
33.图1是本实施方式基于机器人进行密度估计的矿石分选装置的结构示意图，如图1所示，所述基于机器人进行密度估计的矿石分选装置，包括进料斗1、输送带2、矿石排队引导装置3、机器人4、第一料框5和第二料框6。
34.所述进料斗1安装在输送带2的进料区的上方，用于容纳待分选的矿石物料，待分选的矿石物料通过进料斗1释放到输送带2的进料区上。
35.所述矿石排队引导装置3固定在输送带2的进料区末端，用于对释放到输送带2上的矿石堆料进行排队引导，使矿石逐个通过矿石排队引导装置3后按照单个排队的形式在输送带2上运行。本实施方式的矿石排队引导装置3如图2所示，由两扇弹性门构成，当有矿石运行过来的时候，矿石撞到门后，门就被撞开了一点缝，在输送带的作用下矿石就顶过去了，这样就使得矿石进行了排队。
36.所述机器人4，如图3所示，包括机械臂401、体积检测模块402、称重模块403、机械手爪404和控制器405；所述机械臂401位于输送带的一侧；所述体积检测模块402、所述称重模块403和机械手爪404均安装在所述机械臂401的末端；所述体积检测模块402包括第一摄像头4021和第二摄像头4022，该两个摄像头对称设置在所述机械臂401末端的两侧；所述机械臂401、第一摄像头4021、第二摄像头4022、称重模块403和机械手爪404均与控制器405电性连接，如图4所示；在本实施方式中，所述控制器405采用xilinx公司的xc7z015
‑
2clg485i的嵌入式微处理器，所述称重模块403由型号为arizon1059的柱式拉压力称重传感器及信号调理放大器组成。
37.继续回到图1，所述第一料框5设置在所述机器臂401附近，用于容纳分选出来的矿石。
38.第二料框6设置在所述输送带2的卸料端，用于接收输送带2传送的经过分选的矿石物料。
39.图5是采用上述基于机器人进行密度估计的矿石分选装置的基于机器人进行密度估计的矿石分选方法，如图2所示，所述基于机器人进行密度估计的矿石分选方法包括如下步骤：
40.步骤1：启动所述输送带2；
41.步骤2：控制所述进料斗1将其容纳的待分选矿石物料释放到所述输送带2的进料区；
42.本领域技术人员容易得知，进料斗1释放的矿石物料会以一堆的形式落到所述输送带2上，并随着输送带2前行。
43.步骤3：通过矿石排队引导装置3将进料斗1释放到输送带2的矿石堆料处理为单个矿石排队运行；
44.矿石堆料中多个矿石紧挨在一起会造成无法进行矿石的识别跟踪以及矿石体积计算，为此设计了矿石排队引导装置3，矿石排队引导装置3安装在输送带的中前端，即进料区的末端，进料斗1释放矿石物料到输送带2后，当前的矿石堆料顺着输送带运动时通过矿石排队引导装置3对矿石进行单个排队，以便后续步骤的进行。
45.步骤4：所述控制器405通过所述第一摄像头4021对当前单个矿石进行识别跟踪；
46.在本实施方式中，控制器405首先通过始终开启的第一摄像头4021识别到矿石的出现，即没有矿石经过时，通过第一摄像头4021接收的是原始背景图像，当有矿石经过时接收到不同的图像也即矿石图像，然后控制器405对第一摄像头4021拍摄的矿石图像进行灰度化、滤波、二值化等处理得到矿石轮廓，又然后通过该矿石轮廓基于边缘检测算法进行对该矿石进行跟踪。
47.步骤5：所述控制器405控制第一摄像头4021和第二摄像头4022同时对跟踪的矿石采集图像，通过不同位置的第一摄像头4021和第二摄像头4022从不同角度采集跟踪的矿石的图像。
48.步骤6：根据两个摄像头从不同角度采集的矿石图像，所述控制器405利用双目立体视觉匹配算法计算跟踪矿石的体积；
49.对从两个摄像头接收的图像进行去噪等处理后，所述控制器405根据处理后的图像利用双目立体视觉匹配算法计算出当前跟踪矿石的体积。
50.步骤7：所述控制器405控制机械手爪404抓取跟踪的矿石；
51.步骤8：所述称重模块403对机械手爪404抓取的矿石进行称重，获取该矿石的重量；
52.步骤9：所述控制器405根据跟踪矿石的体积与重量计算出该矿石的密度值，并将该矿石的密度值与预设的密度阈值进行比较，若该矿石的密度值大于预设的密度阈值，则判断该矿石为需要分选出去的矿石例如煤矸石，执行步骤10；若该矿石的密度值小于等于预设的密度阈值，则判断该矿石为需要保留的矿石例如煤，执行步骤11；
53.步骤10：所述控制器405控制机械臂401将机械手爪404抓取的矿石放入第一料框5即矸石筐；
54.步骤11：所述控制器405控制机械臂401将机械手爪404抓取的矿石放回到输送带2，该矿石将顺着输送带2滑到第二料框6即煤料框。
55.步骤12：重复执行步骤4至步骤11，直至完成全部待分选矿石物料的分选过程。
56.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
57.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以
理解在不脱离本发明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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。