垃圾分揀機器人解放人工
http://www.debgrams.com 2020-06-11 15:09 來源：中國科學報 黃辛
超視覺垃圾分揀機器人 上海交大供圖
沒有身穿厚重工作服的工人，只有不停往返的機械手和穿插有序的輸送軌道。此刻，上海交大中英國際低碳學院研發的超視覺垃圾分揀機器人正在工作。
這款超視覺垃圾分揀機器人“眼力”很好，可以快速在大量垃圾中精準識別可回收物，每小時可分揀垃圾5400次。目前，這款機器人已進入技術推廣階段。
兩臺機器人相當于54個工人
垃圾分類是一項工程量巨大、過程重復且枯燥的工作。通常垃圾收儲后，需要工人手工將可回收的物品從大量垃圾中揀選出來。這一過程中，工人面臨一定的安全風險。要處理數量龐大的垃圾，也意味著工人需要長時間工作，對工人的體力和注意力都是很大的考驗。
生活垃圾來源廣、組成復雜、性狀不一，傳統的礦物分選技術如篩分、跳汰分選、重力分選、渦電流分選等，均具有一定的局限性，流程復雜、優化難度大，且需要較多人工參與，難以滿足垃圾分類的需求，急需有效的新技術作為補充。
如何才能提高垃圾分揀的準確率和效率呢？機器人技術和人工智能是傳統垃圾處理的好幫手。只要提供電能，機器人就能一直工作，十分適合大量、重復性、長時間的垃圾分揀工作。該項目負責人、上海交大中英國際低碳學院副教授李佳介紹，垃圾分揀機器人能保證工作質量、保障工人的健康，同時還提高了垃圾以二次原材料身份重新進入生產過程的速度和質量。
目前，一臺超視覺垃圾分揀機器人可同時分揀多種不同品類的垃圾，有效分揀率達95%，每小時最高可分揀5400次，并可以全天候工作。“生產線上布置兩臺這樣的分揀機器人，可替代54個分揀工人。” 李佳說。
打破智能分揀國際壟斷
垃圾分揀機器人的研發涉及光學、機械學、軟件等多學科，其技術門檻非常高。當前國內垃圾分揀自動化水平普遍偏低，自動化分揀設備嚴重匱乏。國產垃圾分揀設備主要集中于中低端，高端分揀機器人市場長期被國外廠商壟斷，且高端分揀機器人設備價格昂貴，一般一臺需要500萬~1000萬元。
數年來，李佳團隊通過產學研聯合攻關，相繼突破了混雜物料圖像快速識別、高速精準面激光空間定位、近紅外指紋材質識別、多維信息耦合聯用、機器人快速軌跡跟蹤等十余項關鍵技術，實現了垃圾精細分揀機器人核心技術的國產化，開發出與國外高端分揀機器人相媲美的產品，打破了垃圾智能分揀技術的國際壟斷。
李佳表示，研究團隊通過機器視覺中的三種主流識別傳感系統，即CCD視覺、激光視覺、近紅外視覺相耦合，綜合判斷目標物的顏色、形狀、紋理等外部特征與材質等內部特征，達到對垃圾的精準定位與細分判別。而后，通過超視覺技術，實現對各品類、各形狀、各表面材料物品的識別，使逐個注冊物品3D模型的時代成為過去，極大降低了分揀成本。最后，通過軌跡優化算法，讓機械臂走最優路徑，提升分揀效率；同時配合機器人軌跡跟蹤算法及抓放算法，實現對垃圾的自動分揀和人工替代。
推進行業技術升級
隨著我國持續推進垃圾分類制度，全國垃圾分類工作由點到面、逐步展開。目前，全國46個重點城市先行先試，積極施行垃圾分類，預計今年底46個重點城市將基本建成垃圾分類處理系統，2025年底前全國地級及以上城市將基本建成垃圾分類處理系統。
“這一過程中，超視覺垃圾分揀機器人可以為全國垃圾分揀工作降低成本，也可通過垃圾回收為環保企業增加收益。”李佳說。
李佳給記者算了一筆賬。以國內某中部省會城市為例，該城市的生活垃圾中，食品廢物約占60%、紙類為2%、塑料為10%、玻璃為1%。廢品價格中，紙類3500元/噸，塑料3000元/噸，玻璃800元/噸。其中，塑料與紙類的價值最高。據此數據，按每臺設備每天正常工作20小時計算，每天可挑揀200噸垃圾，挑中率按照90%計算，可挑選紙類3.6噸、塑料類18噸、玻璃1.8噸。預計回收物料價值6.8萬元。最重要的是，垃圾回收使垃圾減量約10%，減少了垃圾分類管理費用，降低了國家治理的成本。
研發過程中，李佳團隊積極與業界同行企業交流。下一步，研發團隊將與國內環保企業合作，共同開發更適合市場需要的超視覺垃圾分揀機器人。
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