一種智能分類收納桶的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳良波，邱津芳，林鴻錄，林煒杰，蔡金成，李震

（ 泉州職業(yè)技術(shù)大學(xué) 智能制造學(xué)院，福建 泉州 362268 ）

0 引言

國(guó)家發(fā)布《“十三五”全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾無(wú)害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》，要求到2020年底，直轄市、計(jì)劃單列市和省會(huì)城市生活垃圾得到有效分類，至2025年，全國(guó)地級(jí)及以上城市基本建成生活垃圾分類處理系統(tǒng)。從政策面可以看出，近年來(lái)，我國(guó)正從國(guó)家層面加速推行垃圾分類制度與實(shí)施。從智能工具角度出發(fā)，設(shè)計(jì)和制造具備智能識(shí)別以及智能分類的工具或裝置勢(shì)在必行。

1 設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)作品應(yīng)實(shí)現(xiàn)智能分類和滿載檢測(cè)等功能。首先，以樹(shù)莓派為核心控制器，通過(guò)HuskyLens攝像頭學(xué)習(xí)識(shí)別垃圾并及時(shí)反饋控制器，樹(shù)莓派根據(jù)反饋結(jié)果驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤和掃把電機(jī)進(jìn)行分揀；其次，通過(guò)紅外傳感器確定轉(zhuǎn)盤和掃把的原點(diǎn)位置和滿載檢測(cè)，將所得信息反饋至顯示屏，系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理圖

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

以鋁合金型材和亞克力板搭建垃圾桶框架；以1/4空缺圓盤和掃把組成分揀機(jī)構(gòu)；以軸承等配件為輔助支撐。經(jīng)小組討論并分析對(duì)比后，確定結(jié)構(gòu)方案如圖2所示。其分揀結(jié)構(gòu)核心部件為轉(zhuǎn)盤掃把機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)盤為1/4缺口的圓盤，當(dāng)垃圾投放后，圓盤根據(jù)系統(tǒng)識(shí)別結(jié)果，缺口轉(zhuǎn)動(dòng)至相應(yīng)垃圾桶上方，啟動(dòng)掃把將垃圾自動(dòng)歸類投放。

圖2 結(jié)構(gòu)3D造型圖

1.2 電路設(shè)計(jì)

采用樹(shù)莓派為主控，控制轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)器、掃把驅(qū)動(dòng)器，采集掃把原點(diǎn)、轉(zhuǎn)盤原點(diǎn)和4個(gè)垃圾滿載檢測(cè)信息，系統(tǒng)電源為5V/24V，采用兩種開(kāi)關(guān)電源，電路原理圖如圖3所示。

圖3 電路原理圖

1.3 程序設(shè)計(jì)

程序基于樹(shù)莓派和Python，賦予智能識(shí)別、分揀控制、滿載檢測(cè)、顯示信息、語(yǔ)音播報(bào)等功能，程序流程圖如圖4所示。

圖4 程序流程圖

2 實(shí)物制作

2.1 結(jié)構(gòu)框架

鋁型材密度小、質(zhì)量輕、可塑性強(qiáng)、易調(diào)節(jié)，故使用鋁型材作為產(chǎn)品外部框架?？蚣茉O(shè)置為雙層結(jié)構(gòu)，上層為分揀控制層，主要安排分揀機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)；下層為收納桶層，分設(shè)四個(gè)區(qū)域用于放置四種不同種類垃圾。垃圾桶型材框架圖如圖5所示。

圖5 型材框架圖

2.2 分揀機(jī)構(gòu)

分揀機(jī)構(gòu)涵蓋轉(zhuǎn)盤部分和掃把部分。轉(zhuǎn)盤包括底板和圓桶，底板通過(guò)激光切割后保留3/4部分；圓盤的圓桶部分自行采購(gòu)，膠合后通過(guò)聯(lián)軸器與電機(jī)固定。掃把結(jié)構(gòu)包括電機(jī)、聯(lián)軸器、掃把部分。分揀機(jī)構(gòu)圖如圖6所示。

圖6 分揀機(jī)構(gòu)圖

2.3 外觀設(shè)計(jì)

作品外觀包裝及四個(gè)收納桶采用亞克力板制作，預(yù)留投放口、電源進(jìn)線口、收納桶開(kāi)門裝置等，如圖7所示。

圖7 實(shí)物圖

3 結(jié)語(yǔ)

提出一種智能分類垃圾收納設(shè)計(jì)方案，以轉(zhuǎn)盤和掃把作為分揀機(jī)構(gòu)。垃圾投放時(shí)，轉(zhuǎn)盤依據(jù)智能識(shí)別結(jié)果，將掃入口調(diào)整至相應(yīng)的收納桶上方，啟動(dòng)掃把完成收納過(guò)程。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于量產(chǎn)，基于樹(shù)莓派（Raspberry Pi，RPi）、視覺(jué)傳感器和python程序等機(jī)電一體產(chǎn)品技術(shù)，確保智能分類系統(tǒng)高效可靠。

［4］王玥,劉葦,崔昊.基于STC89C52單片機(jī)的智能分類垃圾桶的設(shè)計(jì)[J].工程科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，2019,27（16）∶66.