一种基于智能视觉识别的安全帽分拣装置

1.本发明涉及工业分拣领域，更具体地说，涉及一种基于智能视觉识别的安全帽分拣装置。


背景技术：

2.安全帽是施工工地中必须戴的，安全帽的质量与施工工人的安全息息相关。
3.安全帽在使用过程中，会逐渐损坏，所以要定期检查，检查有没有下凹和裂痕等情况，发现异常现象要立即更换，不准再继续使用。因此急需一种基于智能视觉识别的安全帽分拣装置，将质量不达标的安全帽分拣出去。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于智能视觉识别的安全帽分拣装置，它可以实现智能识别有下凹和裂痕的安全帽，保证安全帽内外侧的裂痕都能检测到，大大提升分拣的效率，不用进行二次分拣，并将这些安全帽分拣到无法使用的区域，剩余达标的安全帽分拣到可以继续使用的区域。
5.为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
6.一种基于智能视觉识别的安全帽分拣装置，包括两个传动带装置、分拣滑道、分拣盒、安全帽固定装置和安全帽顶起装置，两个传动带装置分别位于安全帽顶起装置的前侧和后侧，安全帽顶起装置的左右两端分别固定连接着分拣滑道和安全帽固定装置，分拣滑道位于传动带装置的左侧，分拣盒可拆卸连接在分拣滑道远离传动带装置的一侧，位于传动带装置的右侧；安全帽顶起装置包括支撑底座、滑动块、伸缩杆、四个缓冲垫钩和电机，支撑底座安置在地面上，固定连接在安全帽固定装置的左端，滑动块滑动连接着支撑底座上端面开设的导轨，位于安全帽固定装置的左侧，电机固定连接在滑动块的上端，伸缩杆转动连接在电机的上端，四个缓冲垫钩均转动连接着伸缩杆上端外侧处开设的转动槽；可以实现智能识别有下凹和裂痕的安全帽，保证安全帽内外侧的裂痕都能检测到，大大提升分拣的效率，不用进行二次分拣。
7.进一步的，两个传动带装置之间的距离大于伸缩杆的直径；可以实现伸缩杆缩短到低于传动带装置的上端面的位置和伸长到高于传送带装置的位置，从而多次顶起需要分拣的安全帽，也可以实现伸缩杆与安全帽快速分离，达到分拣的作用。
8.进一步的，分拣滑道的坡度为三十度，分拣滑道两侧有挡板；可以防止安全帽在分拣滑道上滑得速度太快，掉出分拣滑道或者掉出分拣盒，工作人员无需去重新收集掉落在外的安全帽，不会影响分拣的工作效率。
9.进一步的，安全帽固定装置包括控制箱体、l形连接杆、抓手和智能视觉识别摄像头，控制箱体固定连接在支撑底座的右侧，l形连接杆的一端固定连接在控制箱体的上端面靠近传动带装置的位置，抓手装置的上端固定连接着l形连接杆的另一端，智能视觉识别摄像头固定连接在控制箱体靠近传动带装置的端面，智能视觉识别摄像头位于l形连接杆的
下侧；可以实现安全帽固定装置固定住安全帽，使得缓冲垫钩钩住安全帽内的缓冲垫，并且向下拉，使得缓冲垫与安全帽外壳之间留出一段间隙，方便智能视觉识别摄像头对安全帽的内侧进行智能视觉识别裂痕，实现分拣的效果。
10.进一步的，缓冲垫钩包括转动杆和l形钩，l形钩的一端固定连接在转动杆的上端面，位于远离伸缩杆的一侧，l形钩的另一端朝向伸缩杆；可以实现缓冲垫钩钩住安全帽内侧的缓冲垫，通过伸缩杆的缩短，使得将缓冲垫向下拉，使得缓冲垫与安全帽外壳之间留出一段间隙，且智能视觉识别摄像头恰好在这段间隙中，方便智能视觉识别摄像头进行安全帽内侧的裂痕只能视觉识别检测。
11.进一步的，抓手装置包括抓手主体和四个c形爪子，四个c形爪子的一端均滑动连接在抓手主体的四个侧端面，四个c形爪子的另一端的上端面均开设u形槽，抓手主体位于缓冲垫钩的正上侧。
12.进一步的，l形钩包括智能视觉识别微型摄像头，智能视觉识别微型摄像头伸缩连接在l形钩上端面开设的圆柱轨道处；可以实现智能视觉识别微型摄像头进入缓冲垫和安全帽帽壳之间的位置，进行裂痕检测。
13.进一步的，当转动杆与水平面呈90度夹角时，l形钩的另一端位于伸缩杆上端面的上侧；可以实现l形钩的一端进入缓冲垫和安全帽帽壳之间的位置，从而钩住缓冲垫。
14.进一步的，u形槽的宽度大于安全帽外边缘的厚度；可以实现安全帽的外边缘卡入u型槽中，达到固定安全帽的目的，方便后续检测安全帽的内侧。
15.进一步的，缓冲垫钩的转动路径与安全帽的内端截面弧线一致；可以实现缓冲垫钩顺利地转动，达到钩住和解除钩住缓冲垫的目的。
16.相比于现有技术，本发明的优点在于：（1）本方案可以实现智能识别有下凹、裂痕的安全帽，保证安全帽内外侧的裂痕都能检测到，大大提升分拣的效率，不用进行二次分拣，并且利用了两个传动带装置之间的间隙和分拣滑道对安全帽进行分拣，十分方便、快捷和巧妙，分拣盒是可拆卸的，分拣完毕后，工作人员可以直接将分拣盒运送到相关部门，对不符合要求的安全帽进行处理。
17.（2）本方案可以实现伸缩杆缩短到低于传动带装置的上端面的位置和伸长到高于传送带装置的位置，从而多次顶起需要分拣的安全帽，也可以实现伸缩杆与安全帽快速分离，达到分拣的作用。
18.（3）本方案可以防止安全帽在分拣滑道上滑得速度太快，掉出分拣滑道或者掉出分拣盒，工作人员无需去重新收集掉落在外的安全帽或安全帽零件，不会影响分拣的工作效率。
19.（4）本方案可以实现安全帽固定装置固定住安全帽，使得缓冲垫钩钩住安全帽内的缓冲垫，并且向下拉，使得缓冲垫与安全帽外壳之间留出一段间隙，且智能视觉识别摄像头恰好在这段间隙中，方便智能视觉识别摄像头对安全帽的内侧进行智能视觉识别裂痕，实现分拣的效果。
20.（5）本方案可以实现缓冲垫钩顺利地转动，达到钩住和解除钩住缓冲垫的目的，实现缓冲垫钩与安全帽内侧的缓冲垫分离，方便后续伸缩杆与安全帽完全脱离，使得安全帽可以直接在传送带装置的上端面滑动到下一个传动带装置上，达到分拣的效果，后续也可以对符合要求的安全帽进行其他类型的分拣，提高分拣效率。
附图说明
21.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明安全帽顶起装置的结构示意图；图3为图2中a的结构示意图；图4为图3中b缓冲垫钩的结构示意图；图5为本发明安全帽固定装置的结构示意图；图6为本发明抓手的结构示意图；图7为本发明的初始状态图；图8为本发明的安全帽顶起装置将安全帽顶起的状态图；图9为本发明的顶起装置将分拣不符合要求安全帽的状态图；图10为本发明的缓冲垫钩抓住缓冲垫向下拉后的状态图；图11为本发明的安全帽脱离安全帽顶起装置位于传送带装置上的状态图。
22.图中标号说明：1传动带装置、2分拣滑道、3分拣盒、4安全帽固定装置、5安全帽顶起装置、4-1控制箱体、4-2 l形连接杆、4-3抓手、4-4智能视觉识别摄像头、5-1支撑底座、5-2滑动块、5-3伸缩杆、5-4缓冲垫钩、5-5导轨、5-6转动槽、5-7电机、431抓手主体、432 c形爪子、433 u形槽、541转动杆、542 l形钩、5421智能视觉识别微型摄像头、5422圆柱轨道。
具体实施方式
23.实施例1：请参阅图1-11，一种基于智能视觉识别的安全帽分拣装置，包括两个传动带装置1、分拣滑道2、分拣盒3、安全帽固定装置4和安全帽顶起装置5，两个传动带装置1分别位于安全帽顶起装置5的前侧和后侧，安全帽顶起装置5的左右两端分别固定连接着分拣滑道2和安全帽固定装置4，分拣滑道2位于传动带装置1的左侧，分拣盒3可拆卸连接在分拣滑道2远离传动带装置1的一侧，位于传动带装置1的右侧；安全帽顶起装置5包括支撑底座5-1、滑动块5-2、伸缩杆5-3、四个缓冲垫钩5-4和电机5-7，支撑底座5-1安置在地面上，固定连接在安全帽固定装置4的左端，滑动块5-2滑动连接着支撑底座5-1上端面开设的导轨5-5，位于安全帽固定装置4的左侧，电机5-7固定连接在滑动块5-2的上端，伸缩杆5-3转动连接在电机5-7的上端，四个缓冲垫钩5-4均转动连接着伸缩杆5-3上端外侧处开设的转动槽5-6；可以实现智能识别有下凹、裂痕的安全帽，保证安全帽内外侧的裂痕都能检测到，大大提升分拣的效率，不用进行二次分拣。
24.两个传动带装置1之间的距离大于伸缩杆5-3的直径；可以实现伸缩杆5-3缩短到低于传动带装置的上端面的位置，进行多次顶起安全帽，达到分拣的作用。
25.分拣滑道2的坡度为三十度，分拣滑道2两侧有挡板；可以防止安全帽在分拣滑道2上滑得太快，掉出分拣滑道2或者掉出分拣盒3，工作人员无需去重新收集掉落在外的安全帽，不会影响分拣的工作效率。
26.安全帽固定装置4包括控制箱体4-1、l形连接杆4-2、抓手4-3和智能视觉识别摄像头4-4，控制箱体4-1固定连接在支撑底座5-1的右侧，l形连接杆4-2的一端固定连接在控制箱体4-1的上端面靠近传动带装置1的位置，抓手装置4-3的上端固定连接着l形连接杆4-2
的另一端，智能视觉识别摄像头4-4固定连接在控制箱体4-1靠近传动带装置1的端面，智能视觉识别摄像头4-4位于l形连接杆4-2的下侧；可以实现安全帽固定装置4固定住安全帽，使得缓冲垫钩5-4钩住安全帽内的缓冲垫，并且向下拉，使得缓冲垫与安全帽外壳之间留出一段间隙，方便智能视觉识别摄像头4-4对安全帽的内侧进行智能视觉识别裂痕，实现分拣的效果。
27.缓冲垫钩5-4包括转动杆541和l形钩542，l形钩542的一端固定连接在转动杆541的上端面，位于远离伸缩杆5-3的一侧，l形钩542的另一端朝向伸缩杆5-3；可以实现缓冲垫钩5-4钩住安全帽内侧的缓冲垫，通过伸缩杆5-3的缩短，使得将缓冲垫向下拉，使得缓冲垫与安全帽外壳之间留出一段间隙，方便进行安全帽内侧的裂痕只能视觉识别检测。
28.抓手装置4-3包括抓手主体431和四个c形爪子432，四个c形爪子432的一端均滑动连接在抓手主体431的四个侧端面，四个c形爪子432的另一端的上端面均开设u形槽433，抓手主体431位于缓冲垫钩5-4的正上侧。
29.l形钩542包括智能视觉识别微型摄像头5421，智能视觉识别微型摄像头541伸缩连接在l形钩542上端面开设的圆柱轨道5422处；可以实现智能视觉识别微型摄像头进入缓冲垫和安全帽帽壳之间的位置，进行裂痕检测。
30.当转动杆541与水平面呈90度夹角时，l形钩542的另一端位于伸缩杆5-3上端面的上侧；可以实现l形钩542的一端进入缓冲垫和安全帽帽壳之间的位置，从而钩住缓冲垫。
31.u形槽433的宽度大于安全帽外边缘的厚度；可以实现安全帽的外边缘卡入u型槽中，达到固定安全帽的目的，方便后续检测安全帽的内侧。
32.缓冲垫钩5-4的转动路径与安全帽的内端截面弧线一致；可以实现缓冲垫钩5-4顺利地转动，达到钩住和解除钩住缓冲垫的目的。
33.. 工作原理：如图7所示，安全帽在前一个传送带装置1上，被送往下一个传动带装置1，此时伸缩杆5-3处于缩短状态，位于两个传送带装置1之间，且伸缩杆5-3的高度低于两个传送带装置1的上端面，智能视觉识别摄像头4-4识别到安全帽即将到达下一个传动带装置1，通过现有技术将信号发送给滑动块5-2和伸缩杆5-3，滑动块5-2采用直线导轨的工作原理，滑动块5-2滑动到正对安全帽的位置处，通过伸缩杆5-3内靠近下端的迷你气缸推动伸缩杆5-3伸长，将安全帽的内侧中心处顶起，如图8所示；如图3所示，伸缩杆5-3内靠近上端的另一个迷你气缸向上推动活塞杆上端的齿条与缓冲垫钩5-4的连接处啮合，带动缓冲垫钩5-4连接处转动，使得4个缓冲垫钩5-4均向伸缩杆5-3的中心处转动，为现有技术，均抓住安全帽内侧的缓冲垫，因为伸缩杆5-3与电机5-7转动连接，电机5-7的输出轴转动带动了伸缩杆5-3自转，所以安全帽随着也自转，此时位于安全帽右侧的智能视觉识别摄像头4-4利用现有的faster rcnn算法：1、将图像输入网络得到相应的特征图；2、使用rpn结构生成候选框，将rpn生成的候选框投影到特征图上获得相应的特征矩阵；3、将每个特征矩阵通过roi pooling层缩放到7x7大小的特征图，接着将特征图展平通过一系列全连接层得到预测结果。
34.（各层的主要功能：1) conv layers提取特征图：作为一种cnn网络目标检测方法，faster r-cnn首先
使用一组基础的conv relu pooling层提取input image的feature maps，该feature maps会用于后续的rpn层和全连接层。
35.2) rpn(region proposal networks):rpn网络主要用于生成region proposals，首先生成一堆anchor box，对其进行裁剪过滤后通过softmax判断anchors属于前景(foreground)或者后景(background)，即是物体或者不是物体，所以这是一个二分类；同时，另一分支bounding box regression修正anchor box，形成较精确的proposal（注：这里的较精确是相对于后面全连接层的再一次box regression而言）。
36.3) roi pooling：该层利用rpn生成的proposals和vgg16最后一层得到的feature map，得到固定大小的proposal feature map，进入到后面可利用全连接操作来进行目标识别和定位。
37.4) classifier：会将roi pooling层形成固定大小的feature map进行全连接操作，利用softmax进行具体类别的分类，同时利用l1 loss完成bounding box regression回归操作获得物体的精确位置。）进行裂纹图像识别，清晰地识别安全帽外侧是否有裂痕、下凹；当智能视觉识别摄像头4-4识别到安全帽外侧有裂痕或下凹，利用直线导轨的工作原理，滑动块5-2通过导轨5-5会向左移动到传送带装置1的边缘靠近分拣滑道2一端的位置，如图9所示，伸缩杆5-3内的迷你气缸控制伸缩杆5-3向下缩短，同时伸缩杆5-3内靠近上端的另一个迷你气缸向上推动活塞杆上端的齿条与缓冲垫钩5-4的连接处啮合，带动缓冲垫钩5-4连接处转动，使得缓冲垫钩5-4均向远离伸缩杆5-3的方向转动，脱离缓冲垫，当安全帽与传送带装置1的上端面接触时，伸缩杆5-3的顶部与安全帽脱离，且缓冲垫钩5-4均向靠近伸缩杆5-3的方向转动，直到缓冲垫钩5-4的顶部完全低于传送带装置1的上端面时，使得安全帽脱离安全帽顶起装置5，因为安全帽的重心靠近分拣滑道2，因为安全帽的重力，通过分拣滑道2滑入分拣盒3，可以实现将外侧有裂痕或下凹的安全帽分拣到分拣盒3中，无需进行安全帽内侧的智能视觉识别，提高分拣效率；当智能视觉识别摄像头4-4识别到安全帽外侧无裂痕或下凹，迷你气缸推动伸缩杆5-3继续向上伸长，使得安全帽的下边缘位置略高于c形爪子432下端的上端面，抓手主体431内部的迷你气缸控制活塞杆运动，带动四个c形爪子432运动，使得四个c形爪子432均向靠近抓手主体431的方向移动，直到u形槽433均位于安全帽的下边缘的下侧停止移动，伸缩杆5-3向下缩短，由于缓冲垫钩5-4抓着安全帽内侧的缓冲垫，使得缓冲垫向下运动一小段距离，安全帽外壳此时被固定住，所以不运动，如图10所示；此时l形钩位于安全帽外壳和缓冲垫之间，利用摄像头伸缩的工作原理，其上端面的智能视觉识别微型摄像头5421在圆柱轨道5422中伸长，利用现有的faster rcnn算法进行裂纹图像识别，对安全帽的内侧进行视觉识别，智能视觉识别微型摄像头5421向下做缩短运动，防止后续的运动磨损微型摄像头5421，迷你气缸推动伸缩杆5-3向上运动到缓冲垫恢复初始状态的位置，并继续向上，直到安全帽下边缘脱离u形槽433停止运动，c形爪子432均向远离抓手主体431的方向移动，此时安全帽已经完全脱离了安全帽固定装置4；当智能视觉识别微型摄像头5421识别到安全帽内侧无裂痕或下凹，则伸缩杆5-3内的迷你气缸带动伸缩杆5-3向下缩短，同时伸缩杆5-3内的另一个迷你气缸的活塞杆向下运动，带动缓冲垫钩5-4转动，使得4个缓冲垫钩5-4均向远离伸缩杆5-3的方向转动，脱离缓
冲垫，当安全帽与传送带装置1的上端面接触时，伸缩杆5-3的顶部与安全帽脱离，同时迷你气缸带动缓冲垫钩5-4均向靠近伸缩杆5-3的方向转动，直到缓冲垫钩5-4的顶部完全低于传送带装置1的上端面时，使得安全帽可以顺利被传送带装置1运送后面的分拣区，如图11所示；当智能视觉识别微型摄像头5421识别到安全帽内侧有裂痕或下凹，利用直线导轨的工作原理，滑动块5-2通过导轨5-5会向左移动到传送带装置1的边缘靠近分拣滑道2一端的位置，如图9所示，伸缩杆5-3内的迷你气缸控制伸缩杆5-3向下缩短，同时伸缩杆5-3内靠近上端的另一个迷你气缸向上推动活塞杆上端的齿条与缓冲垫钩5-4的连接处啮合，带动缓冲垫钩5-4连接处转动，使得缓冲垫钩5-4均向远离伸缩杆5-3的方向转动，脱离缓冲垫，当安全帽与传送带装置1的上端面接触时，伸缩杆5-3的顶部与安全帽脱离，且缓冲垫钩5-4均向靠近伸缩杆5-3的方向转动，直到缓冲垫钩5-4的顶部完全低于传送带装置1的上端面时，使得安全帽脱离安全帽顶起装置5，因为安全帽的重心靠近分拣滑道2，因为安全帽的重力，通过分拣滑道2滑入分拣盒3，可以实现将外侧有裂痕或下凹的安全帽分拣到分拣盒3中，无需进行安全帽内侧的智能视觉识别，提高分拣效率。