智能垃圾分類回收機(jī)專利技術(shù)綜述

秦鵬+石夫雨+孟嘉琪

摘 要：垃圾分類的意義不言而喻，對(duì)垃圾進(jìn)行分類回收，可以減少占地，減少環(huán)境污染，同時(shí)變廢為寶實(shí)現(xiàn)資源化，本文旨在對(duì)智能分類垃圾回收機(jī)領(lǐng)域進(jìn)行專利技術(shù)分析和梳理以為垃圾分類這一巨大的民生工程提供一定的技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：垃圾；分類；分選；智能；回收；再生；再利用；資源化

中圖分類號(hào)：R124 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 國(guó)內(nèi)外專利申請(qǐng)量趨勢(shì)

（1）國(guó)外申請(qǐng)量趨勢(shì)：1974年-1990年處于起步萌芽期，1990年-1992年，技術(shù)生長(zhǎng)率呈上升趨勢(shì)，專利申請(qǐng)量急速增長(zhǎng)，1992年達(dá)到了最高峰；而后部分回落震蕩，在2002年達(dá)到又一個(gè)高峰，而后又部分回落震蕩，在2012年達(dá)到一個(gè)小高峰之后，申請(qǐng)量下降至較少水平，說(shuō)明1992年-2012年是該領(lǐng)域發(fā)展的黃金時(shí)期，2012年此后處于飽和穩(wěn)定期；1990年-1994年，德國(guó)和美國(guó)申請(qǐng)占主導(dǎo)地位，推定是該時(shí)段技術(shù)發(fā)展的主要領(lǐng)軍國(guó)，到1999年-2003年，日本成為主力申請(qǐng)國(guó)，德國(guó)和美國(guó)所占份額大幅下降，推定在該時(shí)段，日本是主要領(lǐng)軍國(guó)。

（2）國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量趨勢(shì)：我國(guó)該領(lǐng)域的申請(qǐng)始于1992年，起步較晚，同時(shí)期已經(jīng)是國(guó)外發(fā)展的鼎盛時(shí)期，這與我國(guó)的專利制度建立較晚有一定的關(guān)系，從2008年開(kāi)始，呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)，說(shuō)明該領(lǐng)域進(jìn)入高速發(fā)展期，這也與國(guó)家對(duì)于環(huán)境保護(hù)、資源再利用的大力提倡和政策引導(dǎo)有關(guān)。

（3）原創(chuàng)國(guó)申請(qǐng)趨勢(shì)：說(shuō)明該項(xiàng)技術(shù)的該國(guó)家的市場(chǎng)份額及發(fā)展價(jià)值越大。通過(guò)對(duì)所檢索到的專利文獻(xiàn)目標(biāo)國(guó)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，排名靠前的國(guó)家依次為日本、德國(guó)、美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)等，尤其是日本，所占份額較大，依次達(dá)到了18%，15%，13%，13%，11%，這與這些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于垃圾分類的國(guó)家層面的提倡和強(qiáng)制實(shí)施是密不可分的，國(guó)家層面的重視與推廣才是發(fā)明創(chuàng)造最大的源生動(dòng)力。

（4）國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人所處省市趨勢(shì)：申請(qǐng)量較高的省市都是一些發(fā)展速度快、人口密度大、經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快的地方，如北京、江蘇、深圳、浙江、上海等，根據(jù)環(huán)保部發(fā)布的報(bào)告，2015年，全國(guó)246各大中城市生活垃圾產(chǎn)生量約為18564萬(wàn)t，其中北京最高，為790.3萬(wàn)t，位列其后的是上海、重慶、深圳等，因?yàn)檫@些地方的垃圾產(chǎn)量很大，技術(shù)問(wèn)題更嚴(yán)峻更突出，也就更促進(jìn)了為解決該問(wèn)題所應(yīng)運(yùn)而生的發(fā)明創(chuàng)造。

2 專利技術(shù)脈絡(luò)分析

第一，智能化程度越來(lái)越高：從最開(kāi)始的人工式，到發(fā)出提醒的半自動(dòng)式，再到感應(yīng)式，其中感應(yīng)式按照感應(yīng)方式可分為材質(zhì)、顏色、成分、重量、尺寸等方面的識(shí)別，再到加載多方面信息的溯源碼的識(shí)別；按照操作方式可分為滑道式和機(jī)械手；最后發(fā)展成智能化程度很高的全自動(dòng)小型機(jī)器人型；這也是該領(lǐng)域最重要的發(fā)展方向。

第二，精細(xì)化程度越來(lái)越高：從同級(jí)的橫向細(xì)分，例如將垃圾分為有機(jī)垃圾、金屬、塑料、廢紙等不同類型，到逐級(jí)的縱向分類，例如，將塑料分為可降解的和不可降解的，金屬瓶體分為鐵瓶和鋁瓶等，同一類別逐級(jí)分級(jí)，層層深入細(xì)化，再到橫向分類和縱向分類相互結(jié)合，便于對(duì)各分支進(jìn)行針對(duì)性地回收處理，提高資源利用率。

第三，集成化程度越來(lái)越高：隨著技術(shù)的發(fā)展，垃圾分類回收機(jī)已經(jīng)不是單純的垃圾回收貯器，而是能夠集成多種其他附屬功能的一體化系統(tǒng)，例如，可以集成垃圾處理裝置對(duì)垃圾進(jìn)行預(yù)處理；常見(jiàn)的處理方式有壓縮、破袋、破碎，減量化、固液分離、廢氣處置等，還可以設(shè)置獎(jiǎng)懲措施激勵(lì)正確分類的熱情以及分類知識(shí)培訓(xùn)和推廣工作。

1990年以前，最開(kāi)始的垃圾分類，全靠人工識(shí)別，投遞進(jìn)屬于不同垃圾類型的腔室中，智能化程度很低，1990年開(kāi)始出現(xiàn)半自動(dòng)化的垃圾分類回收機(jī)，即像DE3011527A1這類，人工啟動(dòng)垃圾類型的觸發(fā)器，系統(tǒng)提示對(duì)應(yīng)的垃圾投放口，隨即由各個(gè)通道落入相應(yīng)的收集不同類型垃圾的貯器中。半自動(dòng)的通道式后期衍生出一個(gè)小的技術(shù)分支，例如，US5031829A和FR2691384A1等多篇文獻(xiàn)均是在提示投放口的基礎(chǔ)上，下方垃圾貯器改進(jìn)成旋轉(zhuǎn)對(duì)接；JPH082611A 1996在提示投放口的基礎(chǔ)上，通道下方設(shè)置可旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)流管對(duì)接下方垃圾貯器，對(duì)接的方式更靈活。

1990年-2003年是該領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)黃金時(shí)期，感應(yīng)式的垃圾分類回收機(jī)發(fā)展迅速，主要涉及滑道式和機(jī)械手兩種類型。其中，滑道式分為固定滑道如傾斜式滑道，以及移動(dòng)式滑道如輸送機(jī)等，通過(guò)在滑道上同級(jí)依次布置多個(gè)感應(yīng)識(shí)別裝置，依次對(duì)垃圾進(jìn)行分類識(shí)別，或者在滑道上逐級(jí)依次設(shè)置多個(gè)感應(yīng)識(shí)別裝置逐級(jí)對(duì)垃圾進(jìn)行分類識(shí)別，例如，DE3905231A1，在輸送帶上方設(shè)置多個(gè)顏色感應(yīng)器，通過(guò)電連接的推出器其放置的垃圾送入指定的貯器，人工只需將垃圾放在指定位置，即可實(shí)現(xiàn)同級(jí)自動(dòng)感應(yīng)分類；WO99/02430A1通過(guò)傾斜滑道上依次設(shè)置的密度分離、金屬分離、磁性分離、粒徑分離進(jìn)行多級(jí)逐步分離。但是滑道式相對(duì)而言，操作靈活度不高，分類效率不高。隨后，2002年間出現(xiàn)的機(jī)械手類型，它所依靠的智能程序和傳感器陣列則比較先進(jìn)，能夠識(shí)別不同的材料；機(jī)械手是模仿人的手部動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)和操作的自動(dòng)裝置。例如，KR20020003087A 、EP1415937A1、CN106607925A等，通過(guò)移動(dòng)的機(jī)械手結(jié)合感應(yīng)識(shí)別裝置，將垃圾運(yùn)送至對(duì)應(yīng)的貯器；機(jī)械手式，靈活自由度得以提高，但機(jī)械手部件繁多，例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在需要定期檢修維護(hù)的技術(shù)問(wèn)題。

2003年之后步入信息化時(shí)代，機(jī)械手控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，致力于操作者與機(jī)器的人機(jī)交互控制；同時(shí)，機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化，器件集成度得以提高，因而更智能更便攜；例如，US2004133484A ，JP2007015055A ，JP2010120141A的智能分類機(jī)器人，結(jié)合了計(jì)算機(jī)視覺(jué)、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能來(lái)操縱同動(dòng)機(jī)械手臂，完成垃圾揀選工作，人工智能系統(tǒng)借助金屬傳感器、3D激光掃描和光譜分析攝像機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)分揀回收垃圾。隨后，利用物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算，以垃圾分類容器智能硬件設(shè)備結(jié)合管理云平臺(tái)的模式開(kāi)始出現(xiàn)，例如，US2008044077A1，對(duì)所要分類的物品進(jìn)行全景掃描，將相關(guān)數(shù)據(jù)輸入智能處理單元形成物聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)交互界面實(shí)現(xiàn)智能化操作。

綜上所述，從開(kāi)始的純?nèi)斯し诸惖嚼糜|發(fā)按鈕等的半自動(dòng)分類；再到感應(yīng)式分類，采用固定滑道或移動(dòng)滑道和機(jī)械手的方式；再到后面集成了模塊化、人工智能化的機(jī)器人分選；以及集成了互聯(lián)網(wǎng)和云平臺(tái)的智能分類手段；分類手段越來(lái)越智能化、集成化，極大地提高了人工操作的便利性和時(shí)效性。

結(jié)語(yǔ)

垃圾分類現(xiàn)階段仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)：首先，垃圾成分越來(lái)越復(fù)雜多樣，各個(gè)地區(qū)地理自然條件、資源狀況、回收利用廢棄物的能力、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、居民生活習(xí)慣、經(jīng)濟(jì)與心理承擔(dān)能力各不相同，垃圾分類回收應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況，因地制宜；其次，垃圾分類標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)是動(dòng)態(tài)的，隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，不斷更新不斷完善垃圾分類制度，例如，當(dāng)前存在的各種電子垃圾；要加快建立分類投放、分類收集、分類運(yùn)輸、分類處理的垃圾處理系統(tǒng)，形成以法治為基礎(chǔ)、政府推動(dòng)、全民參與、城鄉(xiāng)統(tǒng)籌的垃圾分類制度，努力提高垃圾分類制度覆蓋范圍。

參考文獻(xiàn)

[1]孫曉杰，王洪濤，陸文靜.我國(guó)城市生活垃圾收集和分類方式探討[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2009（10）：201-202.endprint