危郭先 陳鑫

摘 要：隨著5G 時(shí)代的來臨，萬物互聯(lián)的浪潮已經(jīng)悄然遍布我們的生活。智能化的終端設(shè)備必然成為未來到來的鋪墊。因此，對于垃圾桶智能化方案的研究，提供一種與掃地機(jī)器人結(jié)合的智能化解決方案十分有必要，通過設(shè)計(jì)垃圾桶的結(jié)構(gòu)，使其能自動(dòng)感應(yīng)開蓋，鋪設(shè)和封裝垃圾袋，提醒清倒垃圾和作為掃地機(jī)器人的充電座。新型智能掃地機(jī)器人提高家居智能化水平，讓生活更加智能。

關(guān)鍵詞：垃圾桶;智能化;掃地機(jī)器人

0 引言

隨著城市人口的增長，家居生活的質(zhì)量需求也在逐步提高，對于垃圾桶這樣的工具來說，已經(jīng)是人類生活的必須品。在科技的進(jìn)步下，智能化的家居產(chǎn)品是市場發(fā)展的趨勢，通過對智能垃圾桶市場前景的分析，多數(shù)傳統(tǒng)垃圾桶行業(yè)都推出了各自的智能感應(yīng)垃圾桶，這必將是智能垃圾桶發(fā)展的趨勢。購買家用智能感應(yīng)垃圾桶也必將成為老百姓的消費(fèi)習(xí)慣。對垃圾桶的容量、防止異味逸出和回收都是對垃圾桶亟需創(chuàng)新和改進(jìn)的方向，為此我們研究性的提出關(guān)于智能垃圾桶與掃地機(jī)器人的結(jié)合，開發(fā)新的改進(jìn)思路。

1 外觀設(shè)計(jì)

1.1 整體外觀

通過掃地機(jī)器人和智能垃圾桶相結(jié)合，在已經(jīng)智能化的掃地機(jī)器人的基礎(chǔ)上讓垃圾桶的外觀設(shè)計(jì)更具有現(xiàn)代感和科技感。簡潔扼要的造型，讓產(chǎn)品于環(huán)境中不顯得突兀。硬朗的風(fēng)格體現(xiàn)出干凈利落的風(fēng)格，也更能凸顯家居設(shè)計(jì)的科技感。

1.2 結(jié)構(gòu)組成

由圖2所示，整體功能集中在內(nèi)桶和蓋子上，將垃圾桶設(shè)計(jì)成兩層的結(jié)構(gòu)方便清理和隔離元件。在外殼下端有掃地機(jī)器人充電樁和灰塵托盤。主要由以下三個(gè)模塊構(gòu)成：

1.吸風(fēng)罩、鋪袋風(fēng)扇組成自動(dòng)鋪袋模塊;

2.熱塑封壓桿、滑動(dòng)壓縮塊、驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成封口模塊;

3.桶體集成充電裝置組成掃地機(jī)器人充電模塊。

2創(chuàng)新功能設(shè)計(jì)

2.1自動(dòng)開關(guān)桶蓋

在桶體上集成有紅外感應(yīng)模塊和語音識(shí)別，在有人靠近想要扔垃圾或者發(fā)出語音指令的時(shí)候，主控系統(tǒng)通過紅外模塊將識(shí)別到的數(shù)據(jù)，傳送給MCU進(jìn)行處理，將數(shù)據(jù)傳送給舵機(jī)模塊控制舵機(jī)的運(yùn)動(dòng)。就會(huì)快速的響應(yīng)并打開垃圾桶蓋，可以在遠(yuǎn)處喚醒投入垃圾桶，垃圾桶蓋邊緣斜面內(nèi)滑的設(shè)計(jì)也讓垃圾更方便準(zhǔn)確的入桶。紅外識(shí)別器的高度差不多到一般人的膝蓋處，在雙手無法使用時(shí)，彎腿就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開蓋。

2.2自動(dòng)打包換袋

垃圾桶內(nèi)部左側(cè)設(shè)置了一個(gè)風(fēng)扇，在自動(dòng)換袋時(shí)，開始工作把桶內(nèi)空氣由背部的出風(fēng)口抽出，抽出過程中，垃圾袋會(huì)因?yàn)闅鈮涸砝鼤?huì)這個(gè)貼到垃圾桶內(nèi)壁上完成自動(dòng)換袋操作。

2.3掃地機(jī)器人

掃地機(jī)器人完成清掃任務(wù)之后，或是在低電量的情況下，根據(jù)自動(dòng)尋路，回到垃圾桶的底部，通過充電座進(jìn)行充電。并且在充電的過程中可以將已經(jīng)收集的垃圾轉(zhuǎn)到灰塵托盤中，進(jìn)而方便用戶清理。而且將一部分的連網(wǎng)模塊集成到垃圾桶的電池芯片盒內(nèi)，可降低掃地機(jī)器人的功耗比，也能簡化兩者的操作。

還可以將掃地機(jī)器人進(jìn)行模塊化個(gè)性定制設(shè)計(jì)。滿足不同家庭的需求。實(shí)現(xiàn)更多功能。

2.4智能聯(lián)網(wǎng)

本產(chǎn)品通過物聯(lián)網(wǎng)模式進(jìn)行手機(jī)操作可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，可以出門在外用手機(jī)設(shè)定掃地機(jī)器人的工作時(shí)段，接收垃圾桶的信息提示、垃圾桶電池、垃圾容量和掃地機(jī)器人等信息。

數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸模塊傳送到平臺(tái)，然后再由平臺(tái)傳送到手機(jī)APP。智能垃圾桶上電后開始初始化，檢測各個(gè)設(shè)備是否正常，然后發(fā)送指令，然后通過數(shù)據(jù)傳輸模塊連接云平臺(tái)。紅外檢測模塊開始工作，如果檢測到紅外信號(hào)，紅外傳感器將數(shù)據(jù)傳送到MCU，MCU再將處理的數(shù)據(jù)傳送到舵機(jī)，實(shí)現(xiàn)開蓋與關(guān)蓋功能，如果桶內(nèi)傳感器檢測到垃圾桶桶裝滿，將會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)到手機(jī)APP端進(jìn)行通知，同時(shí)關(guān)閉桶蓋。

2.5創(chuàng)新結(jié)構(gòu)

此產(chǎn)品由兩層桶構(gòu)成，主要的功能實(shí)現(xiàn)需要空間，兩層結(jié)構(gòu)剛好能夠?yàn)檫@一問題提供良好的解決方案。第一提供了元器件的安裝及工作空間也能夠起到很好的隔離作用，不會(huì)讓異味逸出，獨(dú)立的垃圾存儲(chǔ)倉也更方便后期的清潔。

垃圾桶的活動(dòng)蓋分為兩層，一層是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開蓋功能的，還有一層留有垃圾袋存儲(chǔ)空間，省去頻繁更換垃圾袋的步驟。這樣也能更好的防止異味逸出。

下部的掃地機(jī)器人充電處，結(jié)合灰塵托盤，在掃地機(jī)器人多次工作后才需要進(jìn)行一次清理，大大減少了掃地機(jī)器人人工清理的次數(shù)，同時(shí)也節(jié)省了部分空間。

3實(shí)現(xiàn)流程

智能垃圾桶具體硬件模塊分為單片機(jī)最小系統(tǒng)、人體感應(yīng)電路模塊、紅外感應(yīng)模塊、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電源電路模塊。對整個(gè)系統(tǒng)起邏輯控制作用的是本設(shè)計(jì)的主控模塊，它是整個(gè)系統(tǒng)最重要的組成部分，也是整個(gè)系統(tǒng)的核心。

采用比較可靠的芯片搭載系統(tǒng)，提供紅外感應(yīng)和語音識(shí)別功能模塊，包括Wi-Fi智聯(lián)。連接云平臺(tái)，由云平臺(tái)傳輸信息到手機(jī)APP。同樣通過手機(jī)APP也能將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_(tái)，再由云平臺(tái)對智能硬件發(fā)出指令。在人機(jī)直接交互時(shí)，直接命令具有優(yōu)先性。信號(hào)通過芯片處理對舵機(jī)進(jìn)行命令使其進(jìn)行工作。從而達(dá)到命令的目的。

4 總結(jié)

一般常見的掃地機(jī)器人和垃圾桶在日生活的使用上存在一些問題，為探究解決這些問題，為我們帶來全新的智能化家居簡單新體驗(yàn)，就需要對原有的進(jìn)行創(chuàng)新。物聯(lián)網(wǎng)是未來幾年的發(fā)展趨勢，抓住物聯(lián)網(wǎng)才能在將來有所發(fā)展。本文對智能垃圾桶做了細(xì)致全面的分析和介紹，幫助人們更好地了解智能垃圾桶的功能。提供的這些創(chuàng)新解決方案應(yīng)該能為傳統(tǒng)垃圾桶的智能起到作用。

在網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展的時(shí)代，跟隨它的浪潮，改變生活改變自我，未來的世界必將在這浪潮之中沖刷，留下的必定是創(chuàng)新和品質(zhì)。

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[作者簡介] 危郭先（1999-），男，湖北荊州人，本科，武漢商學(xué)院機(jī)器人工程專業(yè);主要研究方向：工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成;

[通訊作者] 陳鑫（1988-），男，湖北武漢人，碩士，武漢商學(xué)院教師，工程師;主要研究方向：工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)仿真，視覺識(shí)別。

[基金項(xiàng)目] 武漢商學(xué)院2020年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃，項(xiàng)目號(hào)202011654020 名稱：智能掃地機(jī)器人。

（武漢商學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 ?湖北 ?武漢 ?430056）