自走式智慧垃圾收集箱的主體結構設計

羅金武 趙威蕤 焦萬均 趙唯屹 馬超 杜亮

摘要：為解決體育館這類大型場館對館內(nèi)垃圾進行智慧收集的需求，節(jié)省勞力成本，對垃圾收集裝置進行主體結構設計。研究設計了一種自走式智慧垃圾收集箱，用以代替人工在場館內(nèi)進行巡視，實現(xiàn)對垃圾的收集與分類，為大型場所的智慧垃圾收集裝置提供一種設計思路。

關鍵詞：大型場館;自走式;垃圾收集，分類，結構設計

諸如體育館、大禮堂等大型場館具有較大的人流量，產(chǎn)生著大量垃圾。固定于場館各處的垃圾箱可對一部分垃圾進行有效收集[1]。但仍有部分垃圾會散落在場館內(nèi)（特別是觀眾座椅周圍和人流過道上），這增加了場館的人工清潔成本且費時費力[2]。對此，本文設計了一種可以自動巡視的智慧垃圾收集裝置，來解決對場館內(nèi)散落垃圾的收集和分類，從而提高場館運行管理效率，節(jié)省勞力成本。

1 整體設計思路

自走式智慧垃圾收集箱按照設定路線巡視場館，自主對沿途垃圾進行撿拾、收集。其中，撿拾主體采用吸盤式結構，并利用機器視覺模塊完成對垃圾的識別和分類，依據(jù)垃圾類型的不同，收集臂自動進行收縮、旋轉將垃圾放入到收集主體中。收集主體為內(nèi)置式垃圾存儲空間結構，分為三個區(qū)域：可回收區(qū)、不可回收區(qū)與有害區(qū)。

2 結構設計

2.1 撿拾主體結構

如圖1所示，撿拾主體采用可伸縮旋轉式吸盤臂，安置于撿收基座上的伸縮軸可以控制垃圾拾取高度，利用前臂的旋轉來控制整個吸盤臂的拾取角度，在驅(qū)動電機作用下，吸盤軸與吸盤聯(lián)動，利用負壓原理完成對垃圾的吸附。吸盤軸與吸盤之間有一個電機，此電機可以調(diào)整吸盤轉動方向，以最佳方向吸住垃圾。吸盤底部存在一個機器視覺模塊，可以有效分析垃圾的類型。整個結構可以讓垃圾在被識別吸附后放入不同的垃圾收集區(qū)域。

2.2 收集主體結構

收集主體為內(nèi)置式垃圾存儲空間結構，如圖2所示，不同類型的垃圾被分別收集在三個區(qū)域中?？紤]到場館中不可回收垃圾的數(shù)量遠高于其他兩類垃圾，在不可回收區(qū)域裝有兩個同步伸縮裝置，推動壓縮板產(chǎn)生擠壓作用，實現(xiàn)對不可回收垃圾的壓縮，使得垃圾的后續(xù)處理更加方便。各區(qū)域均配置有一個滑動門，是傾倒垃圾的出口。

2.3 整體運動支撐結構

如圖3所示，自走式智慧垃圾收集箱的整體構型為箱體形式，在垃圾箱外側前后共設計有4個輪輻式車輪，并配置有4個電機，利用4輪驅(qū)動技術，帶動整體裝置的前進、后退與轉向。

3 垃圾收集箱的三維模型

完成主體部件設計，需進一步應用計算機輔助設計軟件，對垃圾收集箱進行一個更加細致的建模，用于分析和評判結構設計的合理性和適配性，從中發(fā)現(xiàn)不足并加以改正。為體現(xiàn)自走式智慧垃圾收集箱的設計思路，對外殼等零件進行了透明處理，基于SOLIDWORKS軟件，對各主要部分零件進行三維建模，依據(jù)一定的幾何約束關系完成智能垃圾收集小車結構的裝配。圖4展現(xiàn)了垃圾收集箱在智能化運行中的兩種工作狀態(tài)。三維模型的搭建為后續(xù)開展對整機的機電一體化設計以及仿真分析提供了模型基礎。

4 結語

將大型場館散落垃圾的收集過程實現(xiàn)智能化，提出了一種自走式智慧垃圾收集箱的設計思路，研究設計了該機械的主體結構，并采用SOLIDWORKS完成了三維建模，為后續(xù)研究做好準備。該裝置不僅可以提高大型場館清潔的高效性，還有助于垃圾分類與環(huán)保，同時也能有效降低勞力成本。

【參考文獻】

[1] 王培明.城鎮(zhèn)垃圾分類評價及管理機制探討[J].廣東化工，2021，48（16）：185-186.

[2] 張蒙新.基于IPA分析法的臨汾市體育場館服務質(zhì)量研究[D].山西師范大學，2020.

基金項目：2018年度成都工業(yè)學院“青苗計劃”項目（2018QM020）;成都工業(yè)學院校級科研項目（2020ZR024）。

第一作者：羅金武（1993—），男，湖北天門人，碩士，講師，研究方向：CAD/CFD技術應用，機電一體化。

通訊作者：趙威蕤（2002—），男，四川巴中人，本科（在讀），研究方向：機械設計。