一种用流水线分拣杂物的方式、一种分拣流水线和一种光
谱并联机械手
一、技术领域
[0001] 本
发明属于固体
废物处理领域，特别属于垃圾处理技术领域。二、技术背景
[0002] 把多种材质的材料混合在一起的杂物(例如非
生物垃圾)分拣成相同材质的材料，就是变废为宝，为此人们做出了不懈的探索，例如法国贝蓝科环保分选科技有限公司(PST)设计、生产并销售的自动
光谱分拣机就是其中较为实用的一种创新，但是这种利用光谱识别和
风选原理研发的分拣机每次只能分拣出一两种材质的材料，而且存在能耗高、拣出物的纯度不高的缺点，如果要将非生物垃圾一次分拣成材质相同的材料，需要将几十个这种分拣机
串联在一起使用，投资、能耗和设备维护
费用畸高。三、发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题是：
[0004] 本发明提供一种用流水线将多种物品混杂在一起的杂物分拣成相同种类物品的方法和适用于这种分拣的流水线。
[0005] 本发明还提供一种能够识别物体表面材质的并联机械手。
[0006] 为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：
[0007] 与组装流水线上从前端到末端带式
输送机上的物品重量不断增加、物品包含的材料的种类不断增多，到了末端输出的是由多种材料组装而成的组合物的作业方式相反，用流水线将由多种不同种类的物品混杂在一起的杂物分拣成相同种类的物品的方法是，步骤一、在带式输送机的两边设置投料口，投料口的数量大于等于所分拣的杂物中包含物品的种类的数量，步骤二、生产调度人员根据所分拣的杂物中包含的物品种类和每种物品在杂物中所占的比例编排每个投料口投放的物品种类，给每个分拣工布置负责分拣的物品种类，步骤三、将杂物摊铺在带式输送机上，从上料口向末端匀速移动，步骤四、沿途经过的分拣工挑出自己负责分拣的物品并将其投入旁边相应的投料口，每个投料口只允许投入一种物品，从上料口到末端的移动过程中带式输送机上的杂物的数量和物品的种类越来越少，到流水线的末端，带式输送机上的杂物被沿途的分拣工分拣到带式输送机两边的一个个的投料口里了，每个投料口里的物品种类相同。
[0008] 将杂物分拣成相同种类的物品的分拣流水线，包括带式输送机、投料口、容器、分拣工位，在带式输送机的两侧设有分拣工位，每个分拣工位旁边设置投料口，每个投料口都连接一个存放物品的容器，分拣工位的数量和投料口的数量取决于所分拣的杂物中包含物品种类的数量，投料口的数量大于等于杂物中包含的物品种类的数量。例如杂物由28种不同材质的材料混杂而成，则至少设置28个投料口，与此同时如果每个分拣工位平均能够拣出4种材料，则至少设置7个分拣工位。
[0009] 用流水线把杂物分拣成相同种类的物品的前提是分拣工能够识别物品种类，在不同形状和
颜色的物品混杂在一起的杂物中拣出特定颜色和形状的物品是人工分拣的分拣工人和机械分拣的工业机械手能够胜任的工作，但是如果要在不同材质的材料混在一起的杂物中检出特定材质的材料，分拣工人就会遇到不能确定材料材质的困难，为了解决这个困难，在分拣流水线旁边设置一个可以识别材料材质的仪器，例如NicoletiS50型红外光谱仪，工人学习材料的材质和对应的感官特征的方法之一是分拣工人遇到不确定的材质的材料，拿到分拣流水线旁边的可识别材料材质的仪器上检验，从而掌握了一个材质对应的一种感官特征，随着这样的学习累积分拣工人根据材料的感官特征识别材料材质的知识和能
力日臻完善，从而用流水线结合人工分拣能够将不同材质的材料混杂在一起的杂物分拣成相同材质的材料。
[0010] 如果用工业机械手担任分拣流水线上的分拣工，则分拣流水线包括带式输送机、工业机械手、龙
门架、上位机、光谱成像仪、投料口和容器，工业机械手担任分拣工，工业机械手用龙门架固定在带式输送机的上方，龙门架为四柱形固定在地面上带式输送机从其下穿过，光谱成像仪安装在靠近上料口的第一个龙门架上，带式输送机的两侧设置投料口，工业机械手与上位机通过数据线通讯，光谱成像仪与上位机通过数据线通讯，工业机械手的数量和投料口的数量取决于所分拣的杂物中包含的物品种类的数量，投料口的数量大于等于杂物中包含的物品种类的数量，例如杂物由28种不同材质的材料混杂而成，则至少设置28个投料口，与此同时如果每个分拣工位平均能够拣出4种材料，则至少设置7个分拣工位。用工业机械手担任分拣工的分拣流水线将不同材质的材料混杂在一起的杂物分拣成相同材质的材料的方法是：步骤一、在带式输送机上方安装光谱成像仪和工业机械手，工业机械手的安装数量取决于所分拣的杂物中包含的材料的材质种类数量，步骤二、生产编程人员根据所分拣的杂物包含的材料材质种类和每种材质的材料在杂物中所占的比例给上位机编写每个工业机械手负责分拣的材料材质种类和每种材质的材料所要投入的投料口的分拣规则，上位机通过检索红外光谱图库，将分拣规则的材质对应投料口的关系编译成光谱特征对应投料口的关系，所述的上位机是安装了与工业机械手的自动控制单元和光谱成像仪通讯的通讯
接口并与工业机械手和光谱成像仪通讯、安装了工业机械手相应的控制
软件并安装了能够分析光谱成像仪数据的软件和记载不同材质的材料对应的红外光谱特征的红外光谱图库的计算机，步骤三、将杂物摊铺在带式输送机上，从上料口向末端匀速移动，步骤四、光谱成像仪拍摄带式输送机上经过的杂物，将带式输送机上经过的每件材料的形状、方位、运动速度和光谱特征数据传递给上位机，步骤五、上位机根据光谱成像仪传输的数据和分拣规则将每个材料的形状、方位、速度、相应的投料口和到达时间的数据传递给负责分拣该材料的工业机械手的自动控制单元，所述的自动控制单元是工业机械手的以
工业控制计算机为核心、与上位机和视觉单元通讯并控制机械单元的自动控制系统，所述的视觉单元是安装在工业机械手上的影像摄取装置，视觉单元与自动控制单元通讯，步骤六、工业机械手的视觉单元将传送带上的每个材料的形状和运动速度的信息传送给自动控制单元，步骤七、自动控制单元在这些材料信息中筛选出符合上位机提供的形状和到达时间的材料，编排机械单元将该材料投入相应的投料口的动作，步骤八、自动控制单元控制机械单元实现将该材料投入相应的投料口的动作，步骤九、遇到未列入分拣规则的材料，上位机将该种材料的形状、方位、运动速度的数据传递给附近有未被编入分拣规则的投料口的工业机械手，该工业机械手以前述步骤六、步骤七、步骤八的方式拣出该材料并投入该未被编入分拣规则的投料口，上位机将该材料、分拣该材料的工业机械手和盛放了该材料的投料口编入分拣规则，从投料口到末端的移动过程中，带式输送机上的杂物的数量和材质种类越来越少，到流水线的末端，带式输送机上的杂物被沿途的工业机械手分拣到带式输送机两边的一个个的投料口里了，每个投料口里的材料的材质相同，步骤十、生产编程人员针对分拣过程中出现的不同工业机械手忙闲不均和漏检的情况
修改分拣规则、调整带式输送机的传输速率。
[0011] 用工业机械手做分拣工的流水线将不同形状和颜色物品混杂在一起的杂物分拣成相同形状和颜色的物品的方法是：步骤一、在带式输送机上方安装工业机械手，工业机械手的安装数量取决于所分拣的杂物中包含的不同颜色和形状的物品种类的数量，每个投料口上都放置一个托盘，投料口和托盘的数量大于等于所要分拣的杂物中包含不同颜色和形状的物品种类的数量，步骤二、生产编程人员根据所分拣杂物中的物品形状、颜色的种类和每种形状和颜色的物品在杂物中所占的比例给上位机编写每个工业机械手负责分拣的物品的颜色形状种类和每种物品所要投入的投料口的分拣规则，步骤三、上位机将分拣规则转
化成自动控制单元所能识别和接受的预定指令并将每个工业机械手的预定指令传送给该工业机械手的自动控制单元，步骤四、将杂物放上带式输送机上匀速移动到工业机械手的下方，步骤五、工业机械手的视觉单元将带式输送机上的每个物品的颜色和形状信息传递给自动控制单元，步骤六、自动控制单元在这些视觉单元传输的物品信息中选出符合预定指令的物品信息，编排机械单元将该物品分拣到相应托盘的动作，步骤七、自动控制单元控制机械单元实现将该物品分拣到相应托盘的动作，每个投料口上的托盘上收集的都是相同形状和颜色的物品，最终将不同形状和颜色混杂在一起的杂物分拣成单一形状和颜色的物品。
[0012] 用光谱并联机械手做分拣工的流水线将不同材质的材料混杂在一起的杂物分拣成相同材质的材料的方法是：在带式输送机上方安装光谱并联机械手，光谱并联机械手的安装数量取决于所分拣的杂物中包含的材料的材质种类数量，步骤一、生产编程人员根据所分拣杂物的材质种类和每种材料在杂物中所占的比例给上位机编写每个光谱并联机械手负责分拣的材料和每种材料所要投入的投料口的分拣规则，步骤二、上位机参照红外光谱图库将分拣规则转化成每个光谱并联机械手负责分拣的材料的光谱特征和相应的投料口的预定指令，并将每个光谱并联机械手的预定指令传送给该光谱并联机械手的自动控制单元，步骤三、杂物在带式输送机上匀速移动，步骤四、作为光谱并联机械手的视觉单元的光谱成像仪拍摄带式输送机上经过的杂物中的每一个材料，并将每个材料的形状、方位、运动速度和光谱特征数据传递给该光谱并联机械手的自动控制单元，步骤五、该自动控制单元在这些材料信息中筛选出符合预定指令的光谱特征的材料，编排机械单元将该材料投入相应的投料口的动作，步骤六、自动控制单元控制机械单元实现将该材料投入相应的投料口的动作，从上料口到末端的移动过程中，带式输送机上的杂物的数量和材质种类越来越少，到流水线的末端，带式输送机上的杂物被沿途的工业机械手分拣到带式输送机两边的一个个的投料口里了，每个投料口里的材料的材质相同，步骤七、生产编程人员针对分拣过程中出现的不同工业机械手忙闲不均和漏检的情况修改分拣规则、调整带式输送机的传输速率。
[0013] 并联机械手包括机械单元、自动控制单元和视觉单元，机械单元的动平台和定平台通过至少两个独立的
运动链相连接，是具有两个或两个以上
自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构；自动控制单元以工业控制计算机为核心，与视觉单元通讯，自动控制单元设有通过数据线和上位机通讯的接口，视觉单元摄取工作
台面上物体的影像并将影像信息传递给自动控制单元，自动控制单元根据上位机的指令和视觉单元提供的信息编排机械单元的动作并且控制机械单元实现动作，光谱并联机械手是视觉单元包含光谱成像仪。
[0014] 本发明的有益效果是：
[0015] 本发明用简单的方法和设备能够将不同种类的物品混杂在一起的杂物分拣成相同种类的物品，应用于将杂物分拣成相同种类的物品特别是将不同材质的材料混杂在一起的非生物垃圾分拣成相同材质的材料有应用前景，无论是人工分拣还是工业机械手分拣，本发明提供的分拣流水线的结构简单，能耗低，效率高。
[0016] 光谱并联机械手因为能够识别物体的材质，因此能够应用于不同材质的杂物的独立分拣。四、
附图说明
[0017] 图1是人工与工业机械手相结合的分拣流水线的侧视图
[0018] 图2是人工与工业机械手相结合的分拣流水线的俯视图
[0019] 图3是人工与工业机械手相结合的分拣流水线的正视图
[0020] 图4是光谱并联机械手示意图
[0021] 附图标记对应的部件名
[0022] 编号名称 编号名称
[0023] 1带式输送机 2座椅 3投料口
[0025] 7容器 8并联机械手 9单轴机械手
[0026] 10上料口 11龙门架 17末端五、具体实施方式
[0027] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳
实施例，对依据本发明提出的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明，有关本发明的前述及其它技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
[0028] 用流水线分拣杂物的分拣流水线包括带式输送机1(例如德科品牌的DK-1500型号带式输送机)、分拣工位、材料容器和投料口3，所述的投料口3设在带式输送机1的两侧，每个投料口3连接一个容器，容器和投料口3的数量取决于非生物垃圾中包含的材料种类数量，例如杂物由聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯、
钢铁、
不锈钢、
铝、
铜、
硅酸盐玻璃、
硼酸盐玻璃、瓷、陶、
钙塑纸、铝
锡纸、铜锡纸、过塑纸、白纸、新闻纸、箱板纸、
棉、麻、尼龙、涤纶、锦纶、腈纶、毛、棉麻混纺、棉涤纶混纺、毛涤纶混纺28种不同材质的材料混杂而成的非生物垃圾，则至少设置28个投料口，与此同时如果每个分拣工位平均能够拣出4种材料，则至少设置7个分拣工位。所述的分拣工位是设置在带式输送机1两侧的座椅2和可用作工作台5的带式输送机1的静止的边。生产调度人员根据所分拣的非生物垃圾中包含的材料的材质种类和每种材质的材料在杂物中所占的比例编排每个投料口3投放的物品种类，给每个分拣工布置负责分拣的物品种类，非生物垃圾摊铺在带式输送机1上，靠近上料口10的前端分拣工人将有使用价值和售卖价值的二手物品挑选出来放入专用容器，还挑出大而重的垃圾放到专用的容器。非生物垃圾中含有一些由多种材质的材料组合而成的组合物垃圾，前端的分拣工人挑出带复杂的组合物垃圾(例如
电子产品垃圾)放入专用的容器，挑出简单的组合物，拆解成单一材质的材料后放回到带式输送机1上，后续的分拣工挑出自己负责分拣的物品并将其投入旁边相应的投料口3，每个投料口3只允许投入一种材质的材料，从上料口10到末端17的移动过程中带式输送机1上的杂物的数量和材质种类越来越少，到流水线的末端17，带式输送机1上的杂物被沿途的分拣工分拣到带式输送机1两边的一个个的投料口3里了，沿途的投料口3里分别是例如聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯、钢铁、不锈钢、铝、铜、
硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、瓷、陶、钙塑纸、铝锡纸、铜锡纸、过塑纸、白纸、新闻纸、箱板纸、棉、麻、尼龙、涤纶、锦纶、腈纶、毛、棉麻混纺、棉涤纶混纺、毛涤纶混纺等同一材质的材料，前述的分拣成品的材质仅仅是举例，不同地区和同一地区不同时间的非生物垃圾成分不同，分拣操作中用户的需要不同分拣的目标材质种类也不同。本段落所述的分拣工是人工分拣的分拣工人，用流水线把杂物分拣成相同种类的物品的前提是分拣工能够识别物品种类，在不同形状和颜色的物品混杂在一起的杂物中拣出特定颜色和形状的物品是人工分拣的分拣工人和机械分拣的工业机械手能够胜任的工作，但是如果要在不同材质的材料混在一起的杂物中检出特定材质的材料，分拣工人就会不能确定材料材质的遇到困难，为了解决这个困难，在分拣流水线旁边设置一个可以识别材料材质的仪器，例如NicoletiS50型红外光谱仪，工人学习材料的材质和对应的感官特征的方法之一是分拣工人遇到不确定的材质的材料，拿到分拣流水线旁边的可识别材料材质的仪器上检验，从而掌握了一个材质对应的一种感官特征，随着这样的学习累积分拣工人根据材料的感官特征识别材料材质的知识和能力日臻完善，从而用流水线结合人工分拣能够将不同材质的材料混杂在一起的杂物分拣成相同材质的材料。
[0029] 用工业机械手担任分拣流水线上的分拣工，则分拣流水线包括带式输送机1、工业机械手、龙门架11、上位机、光谱成像仪6、投料口3和容器7，工业机械手担任分拣工，工业机械手采用分拣速度快的并联机械手例如苏州市博仕德自动化有限公司生产的boschet/LW型号并联机械手负责拣出轻的物品，负责拣出重的物品的工业机械手采用单轴机械手例如深圳市
银光机械设备有限公司的银光TS-75-P30-500-1R-C-S-01型号单轴机械手，工业机械手用龙门架11固定在带式输送机1的上方，龙门架11为四柱形固定在地面上带式输送机1从其下穿过，光谱成像仪6例如 品牌的VNIR高光谱成像光谱仪安装在靠近上料口10的第一个龙门架11上，带式输送机1的两侧设置投料口3，工业机械手与上位机通过数据线通讯，光谱成像仪6与上位机通过数据线通讯，工业机械手的数量和投料口3的数量取决于所分拣的杂物中包含的物品种类的数量，投料口3的数量大于等于杂物中包含的物品种类的数量，例如杂物由28种不同材质的材料混杂而成，则至少设置28个投料口，与此同时如果每个分拣工位平均能够拣出4种材料，则至少设置7个工业机械手。用工业机械手担任分拣工的分拣流水线将不同材质的材料混杂在一起的杂物分拣成相同材质的材料的方法是：生产编程人员根据所分拣的杂物包含的材料材质种类和每种材质的材料在杂物中所占的比例给上位机编写每个工业机械手负责分拣的材料材质种类和每种材质的材料所要投入的投料口3的分拣规则，上位机通过检索红外光谱图库，将分拣规则的材质对应投料口3的关系编译成光谱特征对应投料口3的关系，所述的上位机是安装了与工业机械手的自动控制单元和光谱成像仪6通讯的通讯接口并与工业机械手和光谱成像仪6通讯、安装了工业机械手相应的控制软件并安装了能够分析光谱成像仪6数据的软件和记载不同材质的材料对应的红外光谱特征的红外光谱图库的计算机，将杂物摊铺在带式输送机1上，从上料口10向末端17匀速移动，光谱成像仪6拍摄带式输送机1上经过的杂物，将带式输送机1上经过的每件材料的形状、方位、运动速度和光谱特征数据传递给上位机，上位机根据光谱成像仪6传输的数据和分拣规则将每个材料的形状、方位、速度、相应的投料口3和到达时间的数据传递给负责分拣该材料的工业机械手的自动控制单元，所述的自动控制单元是工业机械手的以工业控制计算机为核心、与上位机和视觉单元通讯并控制机械单元的自动控制系统，所述的视觉单元是安装在工业机械手上的影像摄取装置，视觉单元与自动控制单元通讯，工业机械手的视觉单元将传送带上的每个材料的形状和运动速度的信息传送给自动控制单元，自动控制单元在这些材料信息中筛选出符合上位机提供的形状和到达时间的材料，编排机械单元将该材料投入相应的投料口3的动作，自动控制单元控制机械单元实现将该材料投入相应的投料口3的动作，遇到未列入分拣规则的材料，上位机将该种材料的形状、方位、运动速度的数据传递给附近有未被编入分拣规则的投料口3的工业机械手，该工业机械手以前述步骤拣出该材料并投入该未被编入分拣规则的投料口
3，上位机将该材料、分拣该材料的工业机械手和盛放了该材料的投料口3编入分拣规则，从投料口3到末端17的移动过程中，带式输送机1上的杂物的数量和材质种类越来越少，到流水线的末端17，带式输送机1上的杂物被沿途的工业机械手分拣到带式输送机1两边的一个个的投料口3里了，每个投料口3里的材料的材质相同，生产编程人员针对分拣过程中出现的不同工业机械手忙闲不均和漏检的情况修改分拣规则、调整带式输送机1的传输速率。
[0030] 分拣流水线不仅能够把不同材质的材料混杂在一起的杂物分拣成相同材质的材料，还能把不同形状和颜色的物品混杂在一起的杂物分拣成相同颜色和形状的物品，例如从非生物垃圾中分拣出的玻璃瓶多种多样，用分拣流水线将这些多种多样的玻璃瓶混杂在一起的杂物分拣成相同颜色和形状的瓶子，就可以避免回炉而返回给生产厂家做包
装瓶之用，具体方法是：步骤一、在带式输送机1上方安装工业机械手，工业机械手的安装数量取决于所分拣的杂物中包含的不同颜色和形状的瓶子种类的数量，每个投料口3上都放置一个托盘，投料口3和托盘的数量大于等于所要分拣的瓶子堆中包含不同颜色和形状的瓶子种类的数量，步骤二、生产编程人员根据瓶子种类每种瓶子在瓶子堆中所占的比例给上位机编写每个工业机械手负责分拣的瓶子的颜色形状种类和每种瓶子所要投放的托盘的分拣规则，步骤三、上位机将分拣规则转化成每个工业机械手的自动控制单元所能识别和接受的预定指令并将每个工业机械手的预定指令传送给该工业机械手的自动控制单元，步骤四、将瓶子放上带式输送机1上匀速移动到工业机械手的下方，步骤五、工业机械手的视觉单元将带式输送机1上的每个瓶子的颜色和形状信息传递给自动控制单元，步骤六、自动控制单元在这些视觉单元传输的瓶子信息中选出符合预定指令的瓶子信息，编排机械单元将该瓶子分拣到相应托盘的动作，步骤七、自动控制单元控制机械单元实现将该瓶子分拣到相应托盘的动作，每个投料口3上的托盘上收集的都是相同形状和颜色的瓶子，最终将不同形状和颜色的瓶子混杂在一起的杂物分拣成相同形状和颜色的瓶子。
[0031] 用光谱并联机械手8做分拣工的流水线将不同材质的材料混杂在一起的杂物分拣成相同材质的材料的方法是：步骤一、在带式输送机1上方安装光谱并联机械手8，光谱并联机械手8的安装数量取决于所分拣的杂物中包含的材料的材质种类数量，步骤一、生产编程人员根据所分拣杂物的材质种类和每种材料在杂物中所占的比例给上位机编写每个光谱并联机械手8负责分拣的材料和每种材料所要投入的投料口3的分拣规则，步骤二、上位机参照红外光谱图库将分拣规则转化成每个光谱并联机械手8负责分拣的材料的光谱特征和相应的投料口3的预定指令，并将每个光谱并联机械手8的预定指令传送给该光谱并联机械手8的自动控制单元，步骤三、杂物在带式输送机1上匀速移动，步骤四、作为光谱并联机械手8的视觉单元的光谱成像仪6拍摄带式输送机1上经过的杂物中的每一个材料，并将每个材料的形状、方位、运动速度和光谱特征数据传递给该光谱并联机械手8的自动控制单元，步骤五、该自动控制单元在这些材料信息中筛选出符合预定指令的光谱特征的材料，编排机械单元将该材料投入相应的投料口3的动作，步骤六、自动控制单元控制机械单元实现将该材料投入相应的投料口3的动作，从上料口10到末端17的移动过程中，带式输送机1上的杂物的数量和材质种类越来越少，到流水线的末端17，带式输送机1上的杂物被沿途的工业机械手分拣到带式输送机1两边的一个个的投料口3里了，每个投料口3里的材料的材质相同，步骤七、生产编程人员针对分拣过程中出现的不同工业机械手忙闲不均和漏检的情况修改分拣规则、调整带式输送机1的传输速率。
[0032] 光谱并联机械手包括机械单元、自动控制单元和光谱成像仪，苏州市博仕德自动化有限公司生产的boschet/LW型号并联机械手是安装普通摄像机的并联机械手，将boschet/LW型号并联机械手的摄像机更换成 品牌的VNIR高光谱成像光谱仪，并给其自动控制单元安装VNIR高光谱成像光谱仪的相应软件就形成了一个光谱并联机械手。
[0033] 无论人工分拣还是工业机械手分拣，用分拣流水线将非生物垃圾分拣成相同材质的材料属于本发明保护的范围，用分拣流水线将其他不同种类的物品混杂在一起的杂物分拣成相同种类的物品也属于本发明保护的范围。
