[發明專利]一種基于圖像數據處理的煤矸石分選系統和方法

在審

• 申請號: 202010340538.2
• 申請日: 2020-04-26
• 公開（公告）號: CN111389763A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 劉濤;崔根偉;李金波;李文軍;孫磊;付堯;潘紅建;閆曉樂;原媛
• 申請（專利權）人: 山西科泰自動化科技有限公司
• 主分類號: B07C5/34
• 分類號: B07C5/34;B07C5/02;B07C5/36
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 崔浩;冷錦超

1.一種基于圖像數據處理的煤矸石分選系統，其特征在于：包括選矸皮帶（1），所述選矸皮帶（1）的進口位置通過支架安裝有圖像采集處理裝置（2），所述圖像采集處理裝置（2）的一側還設置有控制柜（3）；

在所述選矸皮帶（1）的兩側還等距設置有多臺選矸機器人（4）；

所述圖像采集處理裝置（2）內部設置有控制器（5），所述控制器（5）通過導線分別與紅外相機（6）、3D相機（7）、補光裝置（8）、光譜采集裝置（9）相連；

所述控制器（5）的信號輸入端與皮帶轉速傳感器（10）相連；

所述選矸機器人（4）包括控制箱（11）、機械臂（12）、抓取裝置（13），所述控制箱（11）通過底座與機械臂（12）相連，所述抓取裝置（13）設置在機械臂（12）的延伸端；

所述控制箱（11）上設置的控制端接口通過導線與控制柜（3）的控制端相連；

所述控制器（5）通過內部設置的數據通信模塊與控制柜（3）的控制端相連；

所述控制柜（3）的柜體上還設置有顯示屏（14）和控制面板（15），所述控制面板（15）上設置有啟動按鈕、停止按鈕、復位按鈕、急停開關。

2.根據權利要求1所述的一種基于圖像數據處理的煤矸石分選系統，其特征在于：所述抓取裝置（13）具體為采用多個抓手組成的雙軸多齒形夾具。

3.根據權利要求2所述的一種基于圖像數據處理的煤矸石分選系統，其特征在于：所述選矸機器人（4）的數量為四個，分別等距設置于選矸皮帶（1）兩側，每側各設置兩個。

4.根據權利要求3所述的一種基于圖像數據處理的煤矸石分選系統，其特征在于：所述控制柜（3）內部設置有控制電路，所述控制電路上集成有相應的處理器、存儲器、電源模塊、AD轉換模塊、I/O接口模塊，所述處理器通過導線分別與存儲器、電源模塊、AD轉換模塊、I/O接口模塊相連。

5.一種基于圖像數據處理的煤矸石分選方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一：分別啟動選矸皮帶（1）、圖像采集處理裝置（2）和控制柜（3），使煤矸石分選系統正常工作，通過控制柜（3）內置的圖像采集處理軟件設置紅外相機（6）和3D相機（7）的工作參數，控制紅外相機（6）和3D相機（7）開始采集選矸皮帶（1）上的初始圖像；

步驟二：將紅外相機（6）和3D相機（7）采集的圖像數據發送至控制器（5），所述控制器（5）對采集圖像進行分析，判斷此時選矸皮帶（1）上是否有煤：

當判斷皮帶上沒有煤時，則控制皮帶變頻器待機，皮帶待料；

當判斷皮帶上有煤時，則控制皮帶變頻器啟動，皮帶開始運行；

皮帶運行后，所述紅外相機（6）每采集1.5m皮帶長度的圖像作為一個數據采集周期，由控制器（5）對該周期內的矸石數量n進行識別計數，之后依次重復采集1.5m皮帶的圖像數據進行分析，直至選矸皮帶（1）該次運煤結束；

步驟三：所述控制器（5）基于預設的訓練圖像數據，對采集圖像中的煤和矸石輪廓分別進行識別，并將識別出的矸石數量數據發送至控制柜（3）的處理器中，所述處理器通過分析得出當前選矸皮帶的運輸速度v；

步驟四：所述控制柜（3）的處理器將得到的選矸皮帶運輸速度v以脈沖信號形式發送給紅外相機（6），控制紅外相機（6）的圖像采集頻率；

步驟五：結合步驟四中紅外相機（6）的采集頻率數據，所述控制器（5）通過3D相機（7）與光譜采集裝置（9）采集的圖像數據一起確定矸石的位置坐標信息，并將矸石位置坐標信息發送至選矸機器人（4），通過選矸機器人（4）控制抓取裝置（13）對識別到的矸石進行抓取。

6.根據權利要求5所述的一種基于圖像數據處理的煤矸石分選方法，其特征在于：所述步驟三中控制柜（3）通過采集矸石數量得出當前選矸皮帶的運輸速度，具體在控制柜（3）的處理器中預設判斷閾值，對選矸皮帶的運輸速度v與矸石數量n建立如下映射關系：

當n≤2，v=1.2m/s；

當2＜n≤4，v=1m/s；

當4＜n≤6，v=0.6m/s；

當6＜n≤8，v=0.4m/s；

當n＞8，v=0.8m/s。

7.根據權利要求6所述的一種基于圖像數據處理的煤矸石分選方法，其特征在于：所述步驟五中控制選矸機器人（4）抓取矸石的具體方法步驟為：

步驟5.1：確定紅外相機（6）的采集頻率后，通過卷積算法對采集的樣本進行綜合分析確定矸石的平面坐標（x，y）；

步驟6.2：根據步驟6.1確定的矸石平面坐標數據，結合3D相機（7）及光譜采集裝置（9）分析的矸石的位置信息，確定每個矸石的三維坐標（x，y，z）；

步驟6.3：根據步驟6.2確定的矸石三維坐標數據，確定矸石的體積V=x*y*z；

步驟6.4：由處理器將預設值與采集到的矸石體積V進行比較，當矸石體積V大于預設值時，處理器將控制抓取裝置（13）放棄抓取；

步驟6.5：當處理器判斷矸石體積V值小于預設值時，將結合對矸石數量n的判斷，通過控制四臺選矸機器人對矸石的進行抓取；

步驟6.5.1：當矸石體積V小于預設值，同時n≤8時，處理器將矸石分配給位于皮帶左右兩側的1號機器人和3號機器人進行抓取，2號機器人和4號機器人處于待機狀態，處理器按順序將矸石位置數據發送給1號機器人和3號機器人，1號機器人和3號機器人通過同步系統跟蹤煤矸石，若1號機器人抓取到位，則3號機器人接收新的矸石坐標，若1號機器人抓取失敗，則3號機器人跟蹤矸石位置繼續夾取；

步驟6.5.2：當矸石體積V大于預設值，同時n＞8時時，此時四臺選矸機器人全部處于工作狀態，處理器將不同位置坐標的矸石信息發送給1-4號機器人，各選矸機器人基于下述規則工作：

定義m為按順序識別到的矸石序號，mn表示為視覺識別到的第n塊矸石；

定義a為選矸機器人抓取矸石的次數減1，a=n-1表示為選矸機器人第n次抓取矸石；

則按照：

1號機器人按照m（1+4a）編號的矸石位置進行抓取，即1號機器人抓取矸石的位置順序為m1，m5，m9……

2號機器人按照m（2+4a）編號的矸石位置進行抓取，即2號機器人抓取矸石的位置順序為m2，m6，m10……

3號機器人按照m（3+4a）編號的矸石位置進行抓取，即3號機器人抓取矸石的位置順序為m3，m7，m11……

4號機器人按照m（4+4a）編號的矸石位置進行抓取，即4號機器人抓取矸石的位置順序為m4，m8，m12……

當該周期內選矸皮帶中的煤矸石抓取完成后，再次分發下一周期的矸石位置坐標并控制機器人再次進行抓取，直至皮帶上沒有矸石。