煤矸分拣机器人多目标多机械臂协同分拣系统及分拣策略技术方案

本发明专利技术公开了一种煤矸分拣机器人多目标多机械臂协同分拣系统及分拣策略，包括以下步骤：识别定位子系统获取煤矸流中矸石的信息标签，通过识别定位子系统接口将矸石信息系标签发送至主控子系统接口；分配策略单元完成矸石标签的信息预处理，实现多个目标矸石的任务分配；根据机械臂‑目标矸石任务分组信息进行机械臂动态轨迹规划，通过主控子系统接口发送至多机械臂控制子系统，各机械臂根据接收到的轨迹信息完成目标矸石的分拣。应用本发明专利技术替代人工分拣，结合对应地多机械臂协同策略方法能够极大地提高煤矿洗煤厂智能化水平。

【技术实现步骤摘要】
煤矸分拣机器人多目标多机械臂协同分拣系统及分拣策略
本专利技术涉及分拣
，具体涉及一种煤矸分拣机器人多目标多机械臂协同分拣系统及分拣策略。
技术介绍
在煤矸分选领域中多机器人系统是特种煤矸分拣设备，多机器人系统根据机器人结构不同分为关节型、直角坐标型、并联型等，主要负责煤矸分选过程中多动态目标的分拣工作，主要为矸石洗选。目前，煤矸分选过程中缺乏快速、准确、可靠的多目标多机械臂协同分拣策略。现有的在线识别、定位和分拣过程中，煤矸分拣机器人需要对每一块矸石进行任务分配，当采掘到顶板时，原煤流的含矸率变大，煤矸分拣机器人系统的拣矸率相对降低，同时也会因为带式输送机速度的增加而降低。为此，提出了一种煤矸分拣机器人多目标多机械臂协同分拣策略，能够有效提高大粒度矸石的分拣效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种煤矸分拣机器人多目标多机械臂协同分拣系统及分拣策略，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。对于时变带速和时变原煤流的煤矸分选过程，在保证系统拣矸率的基础上，具有快速、准确、可靠的系统性能。为实现上述目的，本专利技术提供了如下的技术方案:一种煤矸分拣机器人多目标多机械臂协同分拣系统，其特征在于，包括识别定位子系统、主控子系统、多机械臂分拣子系统、带式输送机、带速检测装置和矸石回收胶带机；所述识别定位子系统包括煤矸视觉检测单元、矸石体积检测单元、识别定位子系统接口和硬件装置；所述硬件装置包括机架、固定座、光源、双目立体相机和线阵列线性激光传感器；所述煤矸视觉检测单元：通过双目立体相机获取煤矸的图像信息，采用FCNN网络获取煤矸的识别结果,同时得到矸石位置信息；采用视差算法计算点云数据，得到矸石的几何信息；所述矸石体积检测单元：通过线阵列线性激光传感器结合系统时间、带速检测装置获取的带速参数，得到矸石的几何参数；采用传感融合方法对矸石的几何信息和几何参数进行带权计算，得到校正后的矸石体积信息；所述识别定位子系统接口：将所述煤矸视觉检测单元和矸石体积检测单元获取的矸石位置信息、煤矸的识别结果和矸石体积信息作为矸石信息标签，发送至主控子系统接口；所述主控子系统包括主控子系统接口、分配策略单元、动态分拣轨迹规划单元；主控子系统接口接收识别定位子系统接口发送的矸石信息标签，向分配策略单元发送矸石信息标签和机械臂单元的机械臂位置信息和状态信息；并将机械臂分拣轨迹信息发送至多机械臂分拣子系统接口；所述分配策略单元：接收矸石信息标签、机械臂单元的机械臂位置信息和状态信息，实现机械臂对矸石目标任务分配；所述动态分拣轨迹规划单元：根据机械臂对矸石目标任务分配结果，规划机械臂对矸石目标任务的分拣轨迹，发送至主控子系统接口；所述多机械臂分拣子系统包括多机械臂分拣子系统接口和机械臂单元；所述机械臂单元包括多个直角坐标机械臂，其序号为A1,…,AN，每个直角坐标机械臂包括X、Y、Z三个关节，直角坐标机械臂设置在所述矸石回收胶带机和带式输送机上方，所述直角坐标机械臂末端设置多个有力敏气动机械手，其序号为B1,…,BN；所述多机械臂分拣子系统接口：将机械臂单元的机械臂位置信息和状态信息以及力敏气动机械手(获得的矸石检测质量发送至主控子系统接口，并接收主控子系统接口发送的机械臂分拣轨迹信息；所述直角坐标机械臂接收多机械臂分拣子系统接口发送的机械臂分拣轨迹信息驱动力敏气动机械手开始目标矸石的分拣动作；并将分拣的矸石放置于所述矸石回收胶带机上。一种煤矸分拣机器人多目标多机械臂协同分拣策略，其特征在于基于多机械臂协同煤矸分拣系统实现，且包含如下步骤：步骤一：煤矸视觉检测单元通过双目立体相机获取图像信息，采用FCNN网络获取煤矸的识别结果,同时得到矸石位置信息；采用视差算法计算点云数据，得到矸石的几何信息；步骤二：矸石体积检测单元通过线阵列线性激光传感器结合系统时间、带速检测装置获取的带速参数，得到矸石的几何参数；采用传感融合方法对矸石的几何信息和几何参数进行带权计算，得到校正后的矸石体积信息；步骤三：识别定位子系统接口将所述煤矸视觉检测单元和矸石体积检测单元获取的矸石信息标签，发送至主控子系统进行矸石信息标签预处理：包括矸石信息标签中矸石位置坐标计算，以及矸石信息标签中状态参量的归一化处理；步骤四：多机械臂分拣子系统接口接收主控子系统接口发送的机械臂分拣轨迹信息；向主控子系统的分配策略单元发送机械臂单元的机械臂信息标签，通过分配策略单元进行分拣判定和效益匹配，得到判定矩阵和效益矩阵，计算得到机械臂-矸石任务分配矩阵；所述机械臂信息标签包括机械臂位置信息和状态信息；步骤五：先改进机械臂-矸石任务分配矩阵为带权二分图，采用KM算法求解获得机械臂-矸石任务分组信息，于动态分拣轨迹规划单元中进行动态轨迹规划，获得机械臂-矸石任务的轨迹信息；步骤六：动态分拣轨迹规划单元根据机械臂-目标矸石任务分配结果，规划机械臂分拣轨迹，并通过主控子系统接口发送至多机械臂控制子系统接口；步骤七：各机械臂控制器执行动态分拣轨迹规划单元规划的机械臂分拣轨迹，完成矸石的分拣任务，驱动力敏气动机械手实现抓取。其中步骤一中所述矸石信息标签的几何顶点(x1，x2，y1，y2)，深度信息h和矸石系统时间之间的关系如下式：其中步骤三中的所述矸石位置坐标计算和状态参量归一化处理的具体步骤如下：第一步：按照下式，根据矸石信息标签的几何顶点计算机器人全局坐标系下的矸石位置坐标：其中，XGol和YGol分别表示矸石在机器人全局坐标系下的X、Y坐标，LxGol和LyGol分别表示矸石位置坐标计算过程中X、Y正交方向上的偏置量；第二步：按照下式，根据深度信息计算矸石的体积参数，进一步获得质量系数：其中，V为目标体积信息，VCom和MCom分别为矸石识别过程中体积参数和质量参数的偏置量；M为当前矸石的质量参数，ρn为目标标准密度，得到矸石的质量系数；其中，Vmax为各机械臂末端执行器分拣矸石的最大体积值；Mmax为最大体积值对应的最大质量值；δM为矸石的质量系数，是当前矸石的质量参数与最大质量值的比值，为0到1内的百分位小数值；第三步：根据矸石位置坐标、体积参数和质量参数的计算结果，进行归一化处理，得到矸石信息标签的结果如下：其中，XGol和YGol的单位为mm；为32位正整数值，单位ms。其中步骤四中通过机械臂寄存器值和各关节的电机编码器，获取机械臂位置坐标和状态信息，具体内容如下：其中，Mj是所匹配到多机械臂中的任意一台机械臂，包含机器人全局坐标系下的坐标值，以及该机械臂工作区余量值机械臂状态和机械臂系统时间其中步骤四中所述分拣判定是基于轨迹模拟的竞速算法实现的，具体步骤如下：第一步：当且仅当机械臂时空闲状态时，执行分拣判定。当时，继续分拣判定过程；反之，遍历下一台机械臂的状态第二步：根据带式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤矸分拣机器人多目标多机械臂协同分拣系统，其特征在于，包括识别定位子系统、主控子系统、多机械臂分拣子系统、带式输送机(5)、带速检测装置(3)和矸石回收胶带机(2)；/n所述识别定位子系统包括煤矸视觉检测单元、矸石体积检测单元、识别定位子系统接口和硬件装置；/n所述硬件装置包括机架(4-1)、固定座(4-2)、光源(4-5)、双目立体相机(4-3)和线阵列线性激光传感器(4-4)；/n所述煤矸视觉检测单元：通过双目立体相机(4-3)获取煤矸的图像信息，采用FCNN网络获取煤矸的识别结果，同时得到矸石位置信息；采用视差算法计算点云数据，得到矸石的几何信息；/n所述矸石体积检测单元：通过线阵列线性激光传感器(4-4)结合系统时间、带速检测装置(3)获取的带速参数，得到矸石的几何参数；采用传感融合方法对矸石的几何信息和几何参数进行带权计算，得到校正后的矸石体积信息；/n所述识别定位子系统接口：将所述煤矸视觉检测单元和矸石体积检测单元获取的矸石位置信息、煤矸的识别结果和矸石体积信息作为矸石信息标签，发送至主控子系统接口；/n所述主控子系统包括主控子系统接口、分配策略单元、动态分拣轨迹规划单元；/n主控子系统接口接收识别定位子系统接口发送的矸石信息标签，向分配策略单元发送矸石信息标签和机械臂单元的机械臂位置信息和状态信息；并将机械臂分拣轨迹信息发送至多机械臂分拣子系统接口；/n所述分配策略单元：接收矸石信息标签、机械臂单元的机械臂位置信息和状态信息，实现机械臂对矸石目标任务分配；/n所述动态分拣轨迹规划单元：根据机械臂对矸石目标任务分配结果，规划机械臂对矸石目标任务的分拣轨迹，发送至主控子系统接口；/n所述多机械臂分拣子系统包括多机械臂分拣子系统接口和机械臂单元；/n所述机械臂单元(1)包括多个直角坐标机械臂(1-A)，其序号为A...

【技术特征摘要】
1.一种煤矸分拣机器人多目标多机械臂协同分拣系统，其特征在于，包括识别定位子系统、主控子系统、多机械臂分拣子系统、带式输送机(5)、带速检测装置(3)和矸石回收胶带机(2)；
所述识别定位子系统包括煤矸视觉检测单元、矸石体积检测单元、识别定位子系统接口和硬件装置；
所述硬件装置包括机架(4-1)、固定座(4-2)、光源(4-5)、双目立体相机(4-3)和线阵列线性激光传感器(4-4)；
所述煤矸视觉检测单元：通过双目立体相机(4-3)获取煤矸的图像信息，采用FCNN网络获取煤矸的识别结果，同时得到矸石位置信息；采用视差算法计算点云数据，得到矸石的几何信息；
所述矸石体积检测单元：通过线阵列线性激光传感器(4-4)结合系统时间、带速检测装置(3)获取的带速参数，得到矸石的几何参数；采用传感融合方法对矸石的几何信息和几何参数进行带权计算，得到校正后的矸石体积信息；
所述识别定位子系统接口：将所述煤矸视觉检测单元和矸石体积检测单元获取的矸石位置信息、煤矸的识别结果和矸石体积信息作为矸石信息标签，发送至主控子系统接口；
所述主控子系统包括主控子系统接口、分配策略单元、动态分拣轨迹规划单元；
主控子系统接口接收识别定位子系统接口发送的矸石信息标签，向分配策略单元发送矸石信息标签和机械臂单元的机械臂位置信息和状态信息；并将机械臂分拣轨迹信息发送至多机械臂分拣子系统接口；
所述分配策略单元：接收矸石信息标签、机械臂单元的机械臂位置信息和状态信息，实现机械臂对矸石目标任务分配；
所述动态分拣轨迹规划单元：根据机械臂对矸石目标任务分配结果，规划机械臂对矸石目标任务的分拣轨迹，发送至主控子系统接口；
所述多机械臂分拣子系统包括多机械臂分拣子系统接口和机械臂单元；
所述机械臂单元(1)包括多个直角坐标机械臂(1-A)，其序号为A1，…，AN，每个直角坐标机械臂包括X、Y、Z三个关节，直角坐标机械臂设置在所述矸石回收胶带机(2)和带式输送机(5)上方，所述直角坐标机械臂末端设置多个有力敏气动机械手(1-B)，其序号为B1，…，BN；
所述多机械臂分拣子系统接口：将机械臂单元的机械臂位置信息和状态信息以及力敏气动机械手(1-B)获得的矸石检测质量发送至主控子系统接口，并接收主控子系统接口发送的机械臂分拣轨迹信息；
所述直角坐标机械臂接收多机械臂分拣子系统接口发送的机械臂分拣轨迹信息驱动力敏气动机械手(10-B)开始目标矸石的分拣动作；并将分拣的矸石放置于所述矸石回收胶带机(2)上。


2.一种煤矸分拣机器人多目标多机械臂协同分拣策略，其特征在于基于多机械臂协同煤矸分拣系统实现，且包含如下步骤：
步骤一：煤矸视觉检测单元通过双目立体相机(4-3)获取图像信息，采用FCNN网络获取煤矸的识别结果，同时得到矸石位置信息；采用视差算法计算点云数据，得到矸石的几何信息；
步骤二：矸石体积检测单元通过线阵列线性激光传感器(4-4)结合系统时间、带速检测装置(3)获取的带速参数，得到矸石的几何参数；采用传感融合方法对矸石的几何信息和几何参数进行带权计算，得到校正后的矸石体积信息；
步骤三：识别定位子系统接口将所述煤矸视觉检测单元和矸石体积检测单元获取的矸石信息标签，发送至主控子系统进行矸石信息标签预处理：包括矸石信息标签中矸石位置坐标计算，以及矸石信息标签中状态参量的归一化处理；
步骤四：多机械臂分拣子系统接口接收主控子系统接口发送的机械臂分拣轨迹信息；向主控子系统的分配策略单元发送机械臂单元的机械臂信息标签，通过分配策略单元进行分拣判定和效益匹配，得到判定矩阵和效益矩阵，计算得到机械臂-矸石任务分配矩阵；所述机械臂信息标签包括机械臂位置信息和状态信息；
步骤五：先改进机械臂-矸石任务分配矩阵为带权二分图，采用KM算法求解获得机械臂-矸石任务分组信息，于动态分拣轨迹规划单元中进行动态轨迹规划，获得机械臂-矸石任务的轨迹信息；
步骤六：动态分拣轨迹规划单元根据机械臂-目标矸石任务分配结果，规划机械臂分拣轨迹，并通过主控子系统接口发送至多机械臂控制子系统接口；
步骤七：各机械臂控制器执行动态分拣轨迹规划单元规划的机械臂分拣轨迹，完成矸石的分拣任务，驱动力敏气动机械手(10-B)实现抓取。


3.根据权利要求2所述的煤矸分拣机器人多目标多机械臂协同分拣策略，其特征在于，步骤一中所述矸石信息标签的几何顶点(x1，x2，y1，y2)，深度信息h和矸石系统时间之间的关系如下式：





4.根据权利要求2所述的煤矸分拣机器人多目标多机械臂协同分拣策略，其特征在于，步骤三中的所述矸石位置坐标计算和状态参量归一化处理的具体步骤如下：
第一步：按照下式，根据矸石信息标签的几何顶点计算机器人全局坐标系下的矸石位置坐标：



其中，XGol和YGol分别表示矸石在机器...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹现刚，马宏伟，吴旭东，王鹏，乔欢乐，郝朋英，袁娜，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61