■劉策 柳楊（通化師范學院）

生活垃圾作為一項增長型資源，其具有基數(shù)大、品類多等特點，且部分垃圾含有一定的危險物質(zhì)，如未對垃圾進行正確分類與處理，將對周邊環(huán)境造成嚴重的威脅。反之，采取科學處理工藝，對大量生活垃圾進行加工在利用，可帶來大量的經(jīng)濟效益，例如，利用垃圾燃燒來進行火力發(fā)電，可有效減輕電力企業(yè)的運行成本。*

一、生活垃圾智能分揀系統(tǒng)的設(shè)計

（一）系統(tǒng)框架設(shè)計

本文生活垃圾智能分揀系統(tǒng)主要由運行導向線、自動分揀裝置等組成。運行導向線是分揀系統(tǒng)的引導裝置，一般分為紅色、藍色、綠色、灰色四類，以保證裝置在運行過程中，可依據(jù)顏色將信息反饋到操作系統(tǒng)中，以得出正確的操控指令。自動分揀裝置則由電機、攝像裝置、抓取裝置、垃圾桶、集成電路平臺等組成，其在運行過程中，依托于攝像裝置，對外界顏色信息進行獲取，將信息反饋到集成模塊，然后由操控平臺發(fā)送相應的指令需求，令裝置完成自動化運行。

（二）硬件設(shè)計

在對硬件進行設(shè)計時，應以電路操控板、攝像傳感裝置、電機驅(qū)動三部分為主體進行分析。在對電路操控板進行設(shè)計時，采用XS128 型號的單片機作為主系統(tǒng)，其具有多模塊運行的優(yōu)勢，在運行過程中主要是對外界傳感器接收到的信息進行采集與分析，然后再依據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對系統(tǒng)下位的操作單元進行軌跡指令傳輸，以確定各操作部件的空間位置。在對電源系統(tǒng)進行選擇時，考慮到單片機的工作形態(tài)，其電路供給模式應包含內(nèi)部供電形式、外部供電形式兩種，以確保芯片、攝像頭、分揀裝置可正確執(zhí)行程序指令。

在對攝像傳感裝置進行設(shè)計時，為保證傳感器的動態(tài)化運行模式，應將其分為連續(xù)型、隔行型兩種工作模式，且圖像生成格式應為VGA，數(shù)據(jù)格式為YUV，幀頻傳輸速率為36fp，以滿足設(shè)備自身的運行需求。

電機驅(qū)動是以BTS8780 芯片為主體，內(nèi)部支持的最大電流為74A，并具備邏輯性、有序性數(shù)據(jù)輸入功能。選用此類芯片主要目的由于應用形式簡便，只需在芯片處接出引腳，然后由PWM 波便可實現(xiàn)自動化操控。如電機驅(qū)動系統(tǒng)只需單項運行的話，則可將電機進行接地控制，而另一端內(nèi)與芯片的第三引腳相連接便可。如電機驅(qū)動系統(tǒng)需進行雙向控制時，則需采取全橋的連接形式。在正確的硬件系統(tǒng)設(shè)計下，極大增強設(shè)備自身的機動性，同時電路操控板與電機驅(qū)動應形成一種嵌套形式，以保證數(shù)據(jù)信息可及時在兩個系統(tǒng)間進行傳遞，進而令電機實現(xiàn)單轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的實時轉(zhuǎn)變，進而滿足生活垃圾智能分揀系統(tǒng)的自動化運行。

（三）軟件設(shè)計

在對軟件系統(tǒng)進行設(shè)計時，內(nèi)控程序控制是分揀裝置的上位模塊系統(tǒng)，為保證軟件程序運行的精準性，本文采取的設(shè)計形式是以開源式系統(tǒng)為主，其支持多語言開發(fā)、交互界面統(tǒng)一的特點。軟件在運行過程中分揀裝置一般執(zhí)行下列指令，第一，系統(tǒng)在啟動以后，進行初始化自檢，通過攝像傳感裝置對外界信息進行確認，并將景象信息映射到數(shù)據(jù)層內(nèi)，當所有信息采集完畢以后作為數(shù)據(jù)基準參數(shù)貫穿于整個運行系統(tǒng)中。第二，當裝置運行到固定位置后，攝像頭將對外界信息進行采集，然后進行顏色識別，此時數(shù)據(jù)信息回傳到整體主模塊操作系統(tǒng)中，然后系統(tǒng)依據(jù)顏色信息對零部件進行指令操控，如操控機械爪夾取垃圾桶。第三，待裝置將垃圾桶進行傾倒后，則源數(shù)據(jù)參數(shù)將執(zhí)行復位操控，以此來實現(xiàn)整體化操控。

（四）機械手控制設(shè)計

智能分揀系統(tǒng)中的機械手作為驅(qū)動裝置，在接受系統(tǒng)操作指令后，正確執(zhí)行指令來完成操作任務。在對機械手的空間位置設(shè)定時，圖像坐標系是攝像裝置的采集信息為主，在單個像素中，圖像空間位置則代表坐標起始點，且應將圖像架構(gòu)的左頂角位置作為像素中心點，圖像整體寬度為170x140，即橫軸水平與原點之間的距離最大值為170，縱軸豎直與原點之間的距離最大值140?？刂茩C械手運動的上位傳輸系統(tǒng)的固定初始距離，應以靜態(tài)機械手的位置為基準，一般設(shè)定在傳送帶的邊緣位置。從工作原理來講，機械手在運行過程中，依據(jù)攝像裝置對外界信息進行采集，經(jīng)由內(nèi)部數(shù)據(jù)信息處理由控制中心直接發(fā)送相關(guān)指令，令機械手完成垃圾分揀工作。數(shù)據(jù)信息在傳遞到處理模塊時，需經(jīng)歷數(shù)據(jù)緩存區(qū)，通過圖像中顯示的空間節(jié)點信息來進行計算，如目標與機械手的相對空間位置、機械手的運動路徑及角速度等。在精密算法的控制下，機械手對垃圾進行拾取，此類運動過程中產(chǎn)生的時間段分為指令傳輸時間、緩沖計算時間、驅(qū)動執(zhí)行時間三部分，其中承接攝像裝置信息傳輸及坐標定位的時間屬于系統(tǒng)內(nèi)的向量型空間信息。

此外，在具體程序設(shè)定時，應對數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)的信息進行分析，如在進行數(shù)據(jù)緩沖計算時，攝像裝置內(nèi)有新的成像目標時，則應將目標信息納入到抓取機械手的指令范圍內(nèi)，然后按照先進先出模式，執(zhí)行第一個目標抓取指令。

（五）末端執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計

機械臂終端操控系統(tǒng)屬于嵌套式鋼性連接結(jié)構(gòu)，其運行功能與起重機的升降機械臂相符，在執(zhí)行分揀指令時，機械臂按照系統(tǒng)的參數(shù)實現(xiàn)軌跡運行，此時，機械臂的空間運動范圍與垃圾本身具有一定的活動空間，以此來對運行中的機械臂進行空間位置調(diào)整，增強冗余精度。然而垃圾分揀裝置要想實現(xiàn)商用，設(shè)備外界環(huán)境因素將極大影響設(shè)備本身的工作屬性，如周邊工作條件無法與預期運動參數(shù)相契合，則在機械臂軌跡運行時，易與外界障礙物發(fā)生碰撞，當碰撞產(chǎn)生的作用力大于機械設(shè)備的鋼性力時，則必然加大設(shè)備自身的損耗。鑒于此，應對設(shè)備進行緩沖區(qū)域設(shè)定，確保末端執(zhí)行機構(gòu)在緩沖保護區(qū)域內(nèi)，考慮到垃圾重量、機械臂運行強度等，應將末端執(zhí)行設(shè)備的重量限值設(shè)定為50kg，且同一工作環(huán)節(jié)中的空間自由度應為6項，最大擴張半徑應小于120mm，氣動內(nèi)控壓強應高于1.2MPa，允許最大的柔性形變量為30mm。采用上述設(shè)計形式，可保證設(shè)備在運行過程中，可有效減少外界環(huán)境的干擾，令設(shè)備自身可精準執(zhí)行指令。

二、生活垃圾智能分揀系統(tǒng)的實踐

智能分揀系統(tǒng)在對顏色進行識別時，由于本次設(shè)計采用的紅色、藍色、綠色、灰色四類顏色，識別過程應以灰度測量數(shù)據(jù)值為主，每一種顏色所代表的灰度值具有較大偏差，在實際確認過程中，攝像裝置應精準的將數(shù)據(jù)值信息傳輸?shù)较到y(tǒng)模塊中，然后依據(jù)系統(tǒng)參數(shù)的比對，即閾值、灰度值之間的成比情況來對顏色進行選取，進而精準分析出與顏色相對應的垃圾種類。除顏色識別外，軌跡精準識別的形式也作為系統(tǒng)本身的工作特性，在系統(tǒng)接到數(shù)據(jù)成像信息時，依托于視覺技術(shù)，將芯片內(nèi)的信息進行掃描識別，并將信息的產(chǎn)生點與顏色灰度值進行比對，如灰度值遠遠小于閾值時，則可將實際中心線作為導向，來將數(shù)據(jù)信息整合為定向參數(shù)值，進而為后續(xù)設(shè)備的運行提供精準數(shù)據(jù)服務支持。裝置在運行過程中，依托于集成操控模塊可實現(xiàn)分化處理，令不同工作指令在同一時間下運行，如夾取環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)、軌跡預算環(huán)節(jié)等，在內(nèi)部精確算法的作用下，可對各類各環(huán)節(jié)的操作軌跡進行精準確認，在內(nèi)部參數(shù)基準的限定下，令系統(tǒng)實現(xiàn)自動化、智能化操控。

在對系統(tǒng)尋跡的形式路徑進行檢測時，生活垃圾智能分揀系統(tǒng)的運行依托于整體各模塊之間的銜接形式，在外部攝像裝置對環(huán)境信息進行監(jiān)測后，依據(jù)閾值與系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)定參數(shù)進行比對，以分析出當前分揀裝置所處的中心位置與各驅(qū)動環(huán)節(jié)的中心坐標點，然后系統(tǒng)內(nèi)的邏輯程序?qū)χ噶钸M行順位發(fā)送，以制定出當前分揀裝置各系統(tǒng)的運行路徑。在對裝置的工作誤差進行分析時，需采用多數(shù)據(jù)綜合的方式，即將紅色、藍色、綠色、灰色四類顏色的垃圾進行基準參數(shù)設(shè)定，保證光線強度、攝像頭空間參數(shù)信息的一致，然后令生活垃圾智能分揀裝置進行周期運動，保證運行周期大于15 圈，以此來對數(shù)據(jù)進行綜合測量。智能分揀裝置在運行過程中，運行軌跡線的最大波動范圍應不超過1.5cm，以保證在攝像裝置的成像區(qū)域內(nèi)，機械手的指令運行模式可將垃圾精準的投放到存儲裝置中。

三、結(jié)語

在計算機技術(shù)、信息技術(shù)的支持下，令垃圾智能分揀系統(tǒng)可實現(xiàn)智能化運行，在內(nèi)部多模塊的設(shè)定下，可為系統(tǒng)本身提供獨立式操控系統(tǒng)，以滿足系統(tǒng)的操控需求。通過硬件與軟件的設(shè)計形式，分揀系統(tǒng)自身可實現(xiàn)多元化操控，令整體操作工藝滿足設(shè)備的各項操作行為。