智能分類垃圾桶設(shè)計

隨著城市化進程的加快和人們生活水平的不斷提高，各種多元化的商品及生活用品蜂擁而至，使生活垃圾的日益增多，從而導(dǎo)致環(huán)境的污染問題日益嚴重

。目前生活垃圾沒有完全實現(xiàn)分類且主要處理方式為填埋，這種處理方式不但處理費用較高，而且還會對環(huán)境造成很大的影響

。根據(jù)研究表明，城市居民的垃圾分類意愿和行為存在較大的差異，愿意參與垃圾分類的比例（82.5%）明顯高于實際參與垃圾分類行為的比例（13%）

。人們不清楚明確分類的標準，很難實現(xiàn)理想中的垃圾分類。如何實現(xiàn)垃圾的自動分類成為目前亟需解決的問題。

1 智能分類垃圾桶設(shè)計的現(xiàn)狀及存在問題分析

1.1 設(shè)計現(xiàn)狀

隨著新結(jié)構(gòu)、新材料和新技術(shù)的出現(xiàn)，為分類垃圾桶的設(shè)計提供了更廣闊的空間，尤其隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在越來越多的領(lǐng)域運用到人工智能，極大地便利了人們的生活

。將人工智能與日常生活中的產(chǎn)品相結(jié)合，成為高科技的智能產(chǎn)品目前設(shè)計的主流。智能分類垃圾桶可以利用智能技術(shù)幫助人們進行垃圾的自動分類，引領(lǐng)行業(yè)的新趨勢。

目前垃圾分類所涉及的計算機視覺技術(shù)包括圖像拍攝、圖像處理、圖像識別、圖像分類、控制分揀、實時查看等

。當前的研究現(xiàn)狀是計算機視覺技術(shù)已經(jīng)相當成熟，一些公司在計算機視覺領(lǐng)域已經(jīng)有了深厚的積累，美國 Intuitive AI 公司推出的Oscar智能垃圾分類系統(tǒng)，在進行垃圾識別后會告知用戶如何處理，并對用戶的行為進行判斷，如果正確則會有一定的激勵措施，使人們形成良好的垃圾分類意識

。

一個好的導(dǎo)入方式，就像一部電影的開頭，導(dǎo)演用寥寥幾個鏡頭就將觀眾的注意力抓住，讓你不自覺地跟著看下去。我們語文在課堂教學(xué)中，也可以利用這樣的手段，用學(xué)生喜歡的、新穎別致的開頭，來吸引學(xué)生的注意力，讓他們將更多的精力投入到學(xué)習(xí)這堂課的知識上來。

1.2 問題分析

目前分類垃圾桶受到容量和功能的影響，外形普遍較大，使用場所絕大部分設(shè)置在室外，產(chǎn)品造型精細性較差；一些垃圾桶為了防異味，會在投放口處設(shè)置蓋子，有些蓋子會安放把手，但這樣增加了接觸細菌的概率。放置于室外的垃圾桶還會受到自然天氣的影響使表面被污染，金屬殼體在沒有來得及清理的情況下可能會被腐蝕，利用人工經(jīng)常清理并不合理。另外，一些帶有電子屏幕的設(shè)備長期放置在室外會增加維修成本，例如更換電池、日常檢修等?，F(xiàn)在使用的分類垃圾桶如圖1 所示。

2 智能分類垃圾桶設(shè)計原則

2.1 人性化原則

3.2.2 色彩

2.2 實用性原則

材料選擇上要與功能搭配，例如，內(nèi)膽需要選擇能夠抗腐蝕、有一定承重能力的材料，保證產(chǎn)品的使用壽命。公共垃圾桶在設(shè)計時應(yīng)便于投放或者清除垃圾，防止有液體流出，室外的垃圾桶要有防曬措施，防止日曬雨淋使其內(nèi)部垃圾變質(zhì)散發(fā)臭味，影響環(huán)境

。

2.3 系統(tǒng)性原則

產(chǎn)品的每個功能之間都要有聯(lián)系，完成指令的時候需要多個功能配合，這些功能和承載功能的結(jié)構(gòu)就形成了一個系統(tǒng)，一個產(chǎn)品中由多個子系統(tǒng)構(gòu)成整體。產(chǎn)品之間的功能都具有依存關(guān)系和主次關(guān)系，例如識別裝置，上方的攝像頭負責識別功能，整體可以在軌道上移動完成運送功能，到指定位置后小門開啟使垃圾掉落。

2.4 語義性原則

產(chǎn)品語義可以傳遞信息，表達出產(chǎn)品的象征性。產(chǎn)品外觀一般都會有覆蓋面積比較大的一個基礎(chǔ)色，還會有幾個裝飾色對產(chǎn)品進行美化，可以利用不同的顏色、形狀來區(qū)分不同的結(jié)構(gòu)。重要操作部位可以用鮮艷明亮的或者是與基礎(chǔ)色對比強烈的顏色來突出，例如箱體上的四個分類標識和觸控按鍵都可以選用明黃色，相同功能的部件也可以用相同的顏色和材料，增強整體感。

學(xué)校通過構(gòu)建“嶺南藝術(shù)”特色課程，推動藝術(shù)特色辦學(xué)，為學(xué)生構(gòu)筑了一條通往藝術(shù)殿堂的“跑道”，幫助學(xué)生放飛人生夢想，取得了顯著的育人立校成效。

3 智能分類垃圾桶設(shè)計的思路

實現(xiàn)垃圾的智能分類，可以將投入的垃圾進行自主識別分類并按照標準收集，實現(xiàn)無接觸投放垃圾，保證衛(wèi)生安全，沒有異味散發(fā)，同時附帶自動收集和換袋的功能，主要在機場、車站等大型的室內(nèi)公共場所供人們使用。

3.1 功能與結(jié)構(gòu)

3)儲存功能。儲存功能是垃圾桶的基本功能之一，內(nèi)膽的大小和材料都會影響儲存功能。

3.1.1 功能

3.1.2 結(jié)構(gòu)

3.3.1 材料

2)分類功能。垃圾桶的內(nèi)部設(shè)計有多個內(nèi)膽，每個內(nèi)膽對應(yīng)儲存不同種類的垃圾，當識別出所屬種類后，機器會將物品運送到對應(yīng)位置完成垃圾的投放。

茄子由營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵期為開花坐果期，對營養(yǎng)物質(zhì)需求十分強烈。要切實做好溫室大棚灌溉施肥工作，灌溉應(yīng)該堅持少量多次的原則，注意做好田間排水工作，及時通風換氣，避免大棚的濕度溫度過高而引起土傳病害。茄子果實坐穩(wěn)之后，植株生長、開花和結(jié)果對營養(yǎng)需求量更大，茄子植株上下很容易出現(xiàn)爭奪養(yǎng)分現(xiàn)象，應(yīng)該進一步增加施肥量，確保養(yǎng)分供給平衡，供給充足[1]。

功能和結(jié)構(gòu)是設(shè)計過程中需要重點推敲的部分，產(chǎn)品是功能的載體，結(jié)構(gòu)是功能的保障。有穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)才能有優(yōu)良的功能，安排內(nèi)部零件之間的關(guān)系是基礎(chǔ)。

4)收袋、放袋功能。有小型加熱棒，按下按鈕后加熱棒通電加熱，到一定溫度時開始緩慢移動，使垃圾袋因為受熱粘連在一起，形成密封、打包好的袋子。通過負壓吸入的形式進行放袋，當?shù)撞康娘L扇工作時，風從內(nèi)膽下方的通風口排出，使其內(nèi)部形成負壓的狀態(tài)，將垃圾袋吸進，并貼附在內(nèi)壁上，省時省力。

筆者采用線上、線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式：首先開始上課時，我們對線上內(nèi)容進行測驗或課前問題答案展示，這樣做可以監(jiān)督學(xué)生線上自覺進行微課視頻的學(xué)習(xí)，增強了同學(xué)們的成就感和滿足感，激發(fā)了同學(xué)們學(xué)習(xí)編程的興趣和自信心，同時也給學(xué)生提供了鍛煉自我的機會。

《橋隧施工與養(yǎng)護》課程的培養(yǎng)目標是通過引領(lǐng)教學(xué)活動，使學(xué)生具備鐵道工程專業(yè)高技能人才所必需的橋隧構(gòu)造方面的基本理論知識，橋隧施工、橋隧養(yǎng)護維修的基本技能和職業(yè)素養(yǎng)。

5)密封功能。密封帶連接在殼體內(nèi)部的軸上，可以隨著識別裝置的移動而移動。此外，在材質(zhì)中添加活性炭，可以吸附異味。

3)收袋結(jié)構(gòu)。上方有軌道供小型加熱裝置左右移動，可以將塑料垃圾袋開口處進行適當?shù)募訜幔敿訜嵫b置移動到盡頭時，垃圾袋開口就會粘到一起達到收口的作用，如圖7 所示。

6)移動功能?？紤]到開門方式的便捷程度，門的范圍延伸到曲面，并且在底部加上滑輪，使滑輪直接和地面接觸，減少摩擦，打開門的時候更加方便、省力。

智能分類垃圾桶幫助人們解決了不知如何分類的難題。目前智能分類垃圾桶雖然部分帶有智能助手幫助用戶識別出垃圾的種類，但是還需要用戶進行一些操作，不夠便利，并且大部分的產(chǎn)品造型都過于生硬，不能帶來良好的用戶體驗，且與環(huán)境融合度較低。為了解決目前存在的問題，此次智能分類垃圾桶設(shè)計的主要功能如下。

結(jié)構(gòu)合理才能保證產(chǎn)品的正常使用，應(yīng)該合理地安排內(nèi)部零件的位置、互相之間的關(guān)系、連接方式等。

復(fù)合材料和模具兩者之間的匹配程度在很大程度將會影響復(fù)合材料構(gòu)件固化發(fā)生變形的程度，并且在這個成型過程當中發(fā)生應(yīng)變還會引起其他構(gòu)件固化之后的翹曲變形的情況發(fā)生，因此，相關(guān)工作人員一定要掌握好復(fù)合材料和模具之間的匹配程度。

1)識別裝置。識別裝置上方有可以自由旋轉(zhuǎn)的攝像頭，能更全面地掃描垃圾；前后兩端有突出的結(jié)構(gòu)，配合外殼上的軌道電機驅(qū)動進行移動；下方是可以自由開合的門，當識別裝置確定垃圾所屬種類后移動到對應(yīng)的內(nèi)膽上方，門開啟、垃圾自由落下，如圖3 所示。識別裝置的移動功能原理利用感應(yīng)自動門的結(jié)構(gòu)，如圖4 所示，主要有電機、齒輪、驅(qū)動皮帶等。主要原理是電機驅(qū)動帶動齒輪，齒輪旋轉(zhuǎn)帶動皮帶運動，皮帶與突出結(jié)構(gòu)相連，一系列的聯(lián)動使識別裝置能夠進行左右移動，如圖5 所示。

2)滾輪結(jié)構(gòu)。在門的邊緣處與地面接觸的地方設(shè)置滾輪，減輕移動的阻力。滾輪嵌在門的外殼底部上，與側(cè)壁相連。為了不破壞整體效果，輪子不是全部裸露在殼體外，如圖6 所示。

根據(jù)“沒有免費的午餐(NFL)”定理，在任何優(yōu)化問題中都優(yōu)于其他算法的算法是不存在的。每個問題都有其獨特性，包括搜索空間、約束條件、目標函數(shù)等;不同的問題需要不同的算法，這取決于問題的性質(zhì)和可用于計算的資源。同時，每個優(yōu)化算法在整個搜索過程中的不同階段表現(xiàn)也不同，有些算法在優(yōu)化過程的初始階段探索能力強，收斂速度快，但易陷入局部極小值；有些算法在優(yōu)化過程的后期具有更好的挖掘能力，搜索范圍全面，但收斂速度慢；有些算法的探索能力、挖掘能力比較均衡，但算法本身穩(wěn)定性欠佳。

4)負壓吸入。底部有風扇連在底板上，風扇位置處于底板和內(nèi)膽之間。內(nèi)膽角落有通風口，外殼底部有排風口。風扇排風使內(nèi)膽內(nèi)部形成負壓狀態(tài)吸附垃圾袋。將內(nèi)膽的通風口設(shè)置在角落，這樣在吸附垃圾袋的時候可以使其貼附在內(nèi)壁上，節(jié)省人力，操作更方便，如圖8 所示。

5)把手設(shè)計。門上的透明區(qū)域與豎直面有一定的夾角，會與外殼形成一個空間，既能起到裝飾作用又能充當把手。隱蔽的位置也能防止非工作人員開門，影響產(chǎn)品工作，如圖9 所示。

3.2 造型與色彩

現(xiàn)在人們對于產(chǎn)品的要求不僅是能夠?qū)崿F(xiàn)某種功能，還包括產(chǎn)品帶來的心理感受。造型和色彩是產(chǎn)品外觀的表現(xiàn)形式，通過二者的配合能使產(chǎn)品的外觀給人賞心悅目的感覺。

3.2.1 造型

產(chǎn)品的造型設(shè)計在保證產(chǎn)品功能正常發(fā)揮的情況下，對產(chǎn)品進行美化處理。包括整體大小、形狀、各部件所在的位置，以及相對關(guān)系，最終確定的造型如圖10 所示。

從用戶角度出發(fā)，考慮產(chǎn)品使用中可能存在的問題，并針對突出的痛點進行解決。在智能分類垃圾桶的設(shè)計中，從垃圾投入、分類、收集到打包清理這一整個過程中都要考慮使用者的感受，優(yōu)化使用體驗，令使用者能夠輕松上手并掌握基本的使用方法。應(yīng)將垃圾投放口的位置設(shè)定在合適的高度，使用者投放垃圾時能夠快速找到投放口，不需要彎腰或抬舉胳膊就能將垃圾投入。還可以設(shè)置觸控面板，但需要選擇明亮的字符顏色，使工作人員操作時能夠看得清楚，防止誤觸。

在公共場所，暗淡的顏色會減弱產(chǎn)品的存在感，所以整體采用淡灰色，門和按鈕需要操控的部位采用白色，這樣能夠和其他部分區(qū)分開。側(cè)面的藍色燈帶增加了產(chǎn)品的科技感，與門邊上的燈帶相呼應(yīng)。上下兩端的曲面顏色保持一致，屏幕上的圖標采用明亮的黃色，能突出顯示的文字，識別裝置改成黑色，這樣整體效果會更好。色彩方案采用土黃色、深藍色及深綠色，對識別裝置也采用對應(yīng)的顏色，如圖11 所示。

3.3 材料與工藝

1)識別功能。智能分類功能是此設(shè)計的亮點，利用AI 識別技術(shù)及圖像數(shù)據(jù)進行實驗，系統(tǒng)以Gary Thung 和Mindy Yang 開發(fā)的垃圾圖像數(shù)據(jù)集為測試對象，在該數(shù)據(jù)集上能夠達到87%的準確率

，實驗數(shù)據(jù)結(jié)果如圖2 所示。配合攝像頭多方位旋轉(zhuǎn)，能夠更全面地掃描物體，從而得到清晰、真實的圖像，使識別準確率更高。

不同濃度地桃花提取物表現(xiàn)出對刺莧和稗生長初期不同程度的抑制作用。地桃花在我國分布廣泛且具有較強的生長能力和繁殖力，對地桃花提取物除草活性化合物的進一步研究，可為其作為一種天然的除草劑和生長抑制劑提供更科學(xué)的依據(jù)。

阿里捧著骨灰上了汽車。隨車上山安葬的只是親戚近鄰。羅爹爹去不了，讓羅四強替他去了。羅爹爹說：“你去幫老巴和阿東招呼阿里。也代我和你姆媽給巴嫂子上一炷香?！?/p>

考慮到垃圾桶整體外觀較大，需要外殼的材料強度較高，所以選擇ABS 作為外殼的材料。ABS 塑料有強度高、輕便、硬度大等優(yōu)點，同時易清理，解決了垃圾桶容易臟、需要經(jīng)常清理的麻煩；內(nèi)膽采用鍍鋅板能夠防腐蝕、耐酸堿，能夠延長內(nèi)膽使用壽命；軌道和軸需要采用碳素鋼，其鋼度強、硬度大；密封袋附加活性炭，其吸附能力強，能夠保證不散發(fā)異味，如表1 所示。

3.3.2 工藝

因為ABS 塑料的成型加工性好，可以采用注射成型的工藝，外殼上的孔洞可以采用側(cè)抽式的加工模具，或者在整體成型后再鉆孔打磨。成型方法是將原料和色母粒同時加熱，待材料到熔融狀態(tài)時再利用壓力把流動的材料注射到模具中，冷卻一段時間后再脫模，如圖12 所示。由于內(nèi)膽壁厚較厚，將原材料直接沖壓成筒狀的容器會造成材料破裂，成品的物理性能不穩(wěn)定，所以需要先將原材料沖壓或切削成片狀后再焊接在一起，表面經(jīng)處理去除油污之后再鍍鋅，提高材料的抗腐蝕能力和使用壽命。

(4)重金屬元素基準值最高值分布在德州、淄博和棗莊3市，As，Cd在德州市最高，分別是全省土壤基準值的1.29，1.25倍；Hg，Zn在淄博市最高，分別是全省土壤基準值的1.38倍和1.14倍；其余重金屬元素(Cr，Cu，Ni，Pb)在棗莊市土壤中的基準值最高；Hg，Zn在青島市最低，Pb在東營市最低，其余重金屬元素(As，Cd，Cr，Cu，Ni)在威海市土壤中最低。雖然煙臺市重金屬元素含量相比較而言處于中等或偏低水平，但多數(shù)重金屬元素(As，Cd，Cr，Cu，Hg和Ni)的變異系數(shù)接近或大于0.4，說明重金屬元素含量分布不均，局部土壤含量高。

3.4 人機關(guān)系

在設(shè)計階段，還要考慮“人—機—環(huán)境”之間的交互，外形大小是否符合人體功能尺寸、人們在使用時是否方便操作、使用的條件是否與所處的環(huán)境符合、需要使用者操作的部分是否便于抓握或使用等問題，也要確保產(chǎn)品在使用過程中能夠滿足人們的心理需要?？紤]到使用者扔垃圾的形式及立姿人機尺寸中的肘高，保證使用者稍微抬手就可以將垃圾扔到指定位置，將整體高度設(shè)置在這兩個尺寸區(qū)間范圍內(nèi)，如表2、表3 所示。

考慮人在站立雙手自然下垂的高度來確定把手的高度范圍，方便使用者將門拉開，立姿人體尺寸如圖13 所示。

作為武漢市促進科技和金融結(jié)合改革創(chuàng)新的一項重要舉措，引導(dǎo)基金進入了快速發(fā)展期，在基金管理、基金定位、特色發(fā)展、讓利機制等方面積累了豐富的實踐經(jīng)驗。但在發(fā)展過程中也存在規(guī)模過小、資金閑置、投后管理薄弱等影響基金效率的問題，下一步建議拓寬資金來源渠道，進一步擴大引導(dǎo)基金規(guī)模；優(yōu)化基金設(shè)立流程、完善績效考核和激勵約束機制，提高資金使用效率；引進專業(yè)人才、強化投后管理，整合資源，提升增值服務(wù)水平。

通過數(shù)據(jù)調(diào)查，并參考實際垃圾桶尺寸和容量的關(guān)系，綜合產(chǎn)品外觀以及部件之間的關(guān)系，最后將產(chǎn)品的整體總高度定位980mm，把手高度為770mm。

4 結(jié)語

隨著國家逐步在試點城市推廣垃圾分類之后，部分人群對垃圾分類有一定的抗拒，最主要的問題就是不知道如何分類，經(jīng)常被如何扔垃圾困擾。智能分類垃圾桶能夠解決垃圾分類的困擾，同時也緩解了生活垃圾處理難的問題，將棘手的問題交給人工智能處理，通過圖像識別達到自動分類，利用技術(shù)極大地減少了人力，實現(xiàn)真正的智能。因此，智能分類垃圾桶是順應(yīng)當下環(huán)保政策的綠色設(shè)備。

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