基于物料属性的智能分选系统及其分选方法与流程

本发明涉及一种智能分选系统，特别涉及一种基于物料属性的智能分选系统及其分选方法。

背景技术：

现实生活和工业中，物料分选分离到处可见，物料分选首要任务是物料属性的识别，只有精准的属性识别才会实现精准的分选目的，其次是方便简单的入料和卸料方式。传统分选方法多利用物料的单一属性并采用特定设备进行分选，适用范围窄，且大多还会加入分选介质，导致工艺复杂、高成本分选以及分选精度差等缺点。例如煤炭洗选中的重介质分选就是仅利用了密度属性并加入重介质溶液进行分选，工艺复杂且成本极高。

近些年，激光雷达技术取得了长足的进步，已经应用于无人驾驶等诸多领域，激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如距离、方位、速度、姿态、形状轮廓、反射率以及体积等参数。

然而当前激光雷达用于物料分选的应用还比较少，急需一种结构简单、使用成本低、多属性分选、分选精度高的物料分选分离系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于物料属性的智能分选系统，该智能分选系统包括：驱动机构、所述驱动机构驱动且循环转动的多个载物机构、识别单元、带动所述载物机构自身旋转的旋转机构、入料机构、卸料机构以及控制单元。

所述驱动机构包括位于两端的主动齿轮和从动齿轮以及与所述主动齿轮和所述从动齿轮相匹配连接的柔性齿环。

所述载物机构包括位于所述驱动机构外侧的环形支架、接料容器、一端与所述柔性齿环垂直连接且另一端与所述接料容器活动旋转连接的连接杆、位于所述接料容器底部的重力传感器、位于所述接料容器上端部的接料口，此外所述环形支架上部与所述柔性齿环平行处开设有环形开口且所述连接杆穿过所述环形开口。

所述识别单元包括识别框架、位于所述识别框架上方和外侧的激光雷达以及位于所述识别框架内侧且正对所述激光雷达的反射镜。

所述旋转机构包括位于所述接料容器上部外侧的圆形齿轮以及位于所述识别框架内且水平布置在所述环形支架上的直线齿条。

所述卸料机构包括固定在所述环形支架上且位于所述环形开口下方的推杆单元以及固定所述接料容器外侧下方的弧形翘杆。

优选地，所述还包括有固定在所述环形支架上的清洗机构。

优选地，所述清洗机构包括清洗空间和位于所述清洗空间上方的喷头。

优选地，所述接料容器上部外侧还设置有转动轴承且所述连接杆直接与所述转动轴承固定连接。

优选地，所述入料机构包括皮带输送机、位于所述皮带输送机卸料端的入料溜槽以及位于所述入料溜槽侧面的感应器，所述入料溜槽位于所述驱动机构两端部外侧的正上方。

优选地，所述连接杆与所述环形开口之间还设置有滚轮。

优选地，所述接料容器外壳优选为栅格通透网状结构。

优选地，所述直线齿条的长度大于等于所述圆形齿轮的外径。

优选地，所述识别单元、所述旋转机构、所述入料机构和所述卸料机构的数量均为且分别布置在所述环形支架两侧，进一步围绕所述环形支架中心处呈中心对称布置。

此外还公开了一种基于上述智能分选系统的分选方法，该方法包括以下步骤：

a)首先所述感应器感应到下方所述接料容器到来时，则所述控制单元指令所述入料机构步进一次，物料经所述入料溜槽进入到所述接料容器；

b)其次所述接料容器进入到所述清洗机构内，完成对物料的清洗；

c)然后所述接料容器再进入到所述识别单元内，所述旋转机构带动所述接料容器自身旋转，同时所述激光雷达从上方和侧方对物料进行多方位的激光探测；

d)所述控制单元接收到来自所述重力传感器和所述激光雷达传回的数据，分析并得出物料的体积、重量以及密度等属性值，

e)最后所述控制单元根据属性值大小判断并指令相应所述推杆单元执行动作，实现物料进入到相应的所述卸料溜槽中。

所以本发明具有结构简单、使用成本低、多属性分选、分选精度高等诸多优点。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出本发明智能分选系统的整体结构示意图；

图2示意性示出本发明智能分选系统载物机构的结构示意图；

图3示意性示出本发明智能分选系统环形支架的结构示意图；

图4示意性示出本发明智能分选系统的卸料过程示意图；

图5示意性示出本发明智能分选系统的入料过程示意图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

图1示意性示出了本发明一种基于物料属性的智能分选系统，该智能分选系统包括：驱动机构1、所述驱动机构驱动且循环转动的多个载物机构2、识别单元3、带动所述载物机构2自身旋转的旋转机构4、分选目标物的入料机构5以及卸料机构6，主要用于根据物料的物理属性进行识别和分类，具有识别分类精准、结构简单紧凑、适用范围广、成本低且维护方便等优点。

驱动机构1包括位于两端的主动齿轮11和从动齿轮12以及与主动齿轮11和从动齿轮12相匹配连接的柔性齿环13，该柔性齿环13首尾无缝连接，同时与主动齿轮11和从动齿轮12相互匹配循环运动，该驱动机1构具有刚性强、定位准确、运行速度精准可控等优点。

载物机构2包括位于驱动机构1外侧的环形支架24、接料容器21、一端与柔性齿环13垂直连接且另一端与接料容器21活动旋转连接的连接杆26、位于接料容器21底部的重力传感器22、位于接料容器21上端部的接料口23，用于承载待分选的物料，如图2所示，接料容器21外壳优选为栅格通透网状结构、也可为激光可穿过的透明材料制成。接料容器21可绕连接杆26转动，此外接料容器21还可通过其上部外侧设置的转动轴承28与连接杆26相连接，从而实现接料容器21绕转动轴承28中心线旋转。

此外环形支架24上部与柔性齿环13平行处开设有环形开口25且连接杆26穿过环形开口25。柔性齿环13通过连接杆26带动接料容器21沿环形支架24外侧循环转动。更加优选地，连接杆26与环形开口25之间设置有滚轮27，从而减少运行过程中的阻力、延长部件使用寿命和保持平稳循环转动。

识别单元3包括识别框架31、位于识别框架31上方和外侧的激光雷达32以及位于识别框架31内侧且正对激光雷达32的反射镜33，识别框架31优选为一个相对封闭空间，最大程度减少自然光对激光雷达32的探测。多个激光雷达32实现了从接料容器21的上方和侧方对物料的进行全方位的目标探测，进一步得到物料的轮廓、体积以及表面反射率等物理属性。反射镜33可以显著提高激光的反射率，从而提高所获得物料轮廓的清晰度和物料体积计算的准确度。

旋转机构4包括位于接料容器21上部外侧的圆形齿轮41和位于识别框架31内且水平布置在环形支架24上的直线齿条42，当接料容器21转至直线齿条42时，圆形齿轮41在直线齿条42上转动并带动接料容器21绕转动轴承28中心线旋转，直线齿条42的长度大于等于圆形齿轮41的外径，从而实现激光雷达32对物料的360度探测，提升物料轮廓识别的精准度。

如图5所示，入料机构5包括皮带输送机51、位于皮带输送机51卸料端的入料溜槽52以及位于所述入料溜槽5侧面的感应器53，入料溜槽52位于驱动机构1两端部外侧的正上方。优选地，皮带输送机51由步进电机驱动，当感应器53向下感应到接料容器21到来时则启动步进电机驱动皮带输送机51转动一定距离，从而保证间隔供料并及时落入接料容器21中。

如图3和图4所示，卸料机构6包括固定在环形支架24上且位于环形开口25下方的多个推杆单元61、固定接料容器21外侧下方的弧形翘杆62以及位于推杆单元61侧下方的卸料溜槽63。推杆单元61可根据控制单元8的指令推出档杆阻挡接料容器21进行翻转卸料，进一步卸料至不同的卸料溜槽63中，从而实现物料分选的目的。

更加优选地，本发明智能分选系统100还包括有固定在环形支架24上且位于识别单元3来料前方的清洗机构7，主要用户物料的清洗，清洗过后的物料则进入识别单元3进行精准识别处理，其包括清洗空间71和位于清洗空间71上方的喷头72。

控制单元8接收感应器53、重力传感器22和激光雷达32传回的信息进行分析计算后直接向入料机构5和卸料机构6发出控制指令，实现分选系统的统一调度和精准控制。

本发明智能分选系统100的识别单元3、旋转机构4、入料机构5、卸料机构6以及清洗单元的数量均为2且分别布置在环形支架24两侧，进一步围绕环形支架24中心处呈中心对称布置，相当于本发明智能分选系统100具有两条一样的分选处理线，整个系统通过控制单元8进行统一调度，具有结构紧凑、维护方便、分选效率高等优点。

本发明还公开了一种基于上述智能分选系统100的分选方法，具体分选步骤如下：

a)首先感应器53感应到下方接料容器21到来时，则控制单元8指令入料机构5步进一次，物料经入料溜槽5进入到接料容器21；

b)其次接料容器21进入到清洗机构7内，完成对物料的清洗；

c)然后接料容器21再进入到识别单元3内，旋转机构4带动接料容器21自身旋转，同时激光雷达32从上方和侧方对物料进行多方位的激光探测；

d)控制单元8接收到来自重力传感器22和激光雷达32传回的数据，分析并得出物料的体积、重量以及密度等属性值，

e)最后控制单元8根据属性值大小判断并指令相应推杆单元61执行动作，实现物料进入到相应的卸料溜槽63中。

此外本发明还公开了一种基于上述智能分选系统100应用于块状煤炭分选的实施例，块状煤炭的具体分选步骤如下：

1)首先感应器53感应到下方接料容器21到来时，则控制单元8指令入料机构5步进一次，块状煤炭经入料溜槽5进入到接料容器21；

2)其次接料容器21进入到清洗机构7内，完成对块状煤炭表面细小颗粒物的清洗，进而露出光洁表面；

3)然后接料容器21再进入到识别单元3内，旋转机构4带动接料容器21自身旋转，同时激光雷达32从上方和侧方对块状煤炭进行多方位的激光探测；

4)控制单元8接收到来自重力传感器22和激光雷达32传回的数据，分析并得出块状煤炭的重量、体积、密度和表面反射光的强弱，控制单元可自主设置分选模式(包括采用哪种分选或哪几种属性综合分选、还可设置哪个是精煤卸料溜槽和哪个是矸石卸料溜槽等)；

5)最后控制单元8根据块状煤炭的体积、密度和表面激光反射度的值进行综合判断并指令相应推杆单元61执行动作，实现物料进入到相应的卸料溜槽63中。

例如，当块状煤炭的密度过大时(密度大于1.8g/cm³)则可认为是矸石；当块状煤炭的反射率过小时(反射率值受煤种和激光雷达型号影响，具体可实际现场测量并标定)则可认为是矸石，也可以根据密度和反射率属性值进行综合判断是矸石还是精煤。

以上块状煤炭智能分选方法充分利用了煤炭的物质属性进行区分精煤和矸石，分选后精煤进入到精煤的卸料溜槽63中、矸石则进入到矸石的卸料溜槽63中，从而实现块状煤炭的精准分选。

综上所述，本发明智能分选系统100创造性地提出了一种功能完善且整体可行的物料分选系统，采用多角度360度的激光雷达探测且整个系统结构简单和统一调度控制，该系统不仅可以用于块状煤炭的智能分选，还可用于其他块状的金属矿、非金属矿物以及固体垃圾等的智能分选，例如铁矿石、铜矿石、石英石等等，具有结构简单紧凑、维护方便、设计巧妙、使用成本低、驱动机构较少、统一集中控制、多属性分选、分选精度高、适用范围广等诸多优点。

所述附图仅为示意性的并且未按比例画出。虽然已经结合优选实施例对本发明进行了描述，但应当理解本发明的保护范围并不局限于这里所描述的实施例。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。