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

國家發(fā)布《“十三五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》，要求到2020年底，直轄市、計劃單列市和省會城市生活垃圾得到有效分類，至2025年，全國地級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，我國正從國家層面加速推行垃圾分類制度與實施。從智能工具角度出發(fā)，設(shè)計和制造具備智能識別以及智能分類的工具或裝置勢在必行。

1 設(shè)計方案

設(shè)計作品應(yīng)實現(xiàn)智能分類和滿載檢測等功能。首先，以樹莓派為核心控制器，通過HuskyLens攝像頭學(xué)習(xí)識別垃圾并及時反饋控制器，樹莓派根據(jù)反饋結(jié)果驅(qū)動轉(zhuǎn)盤和掃把電機進行分揀；其次，通過紅外傳感器確定轉(zhuǎn)盤和掃把的原點位置和滿載檢測，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

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構(gòu)；以軸承等配件為輔助支撐。經(jīng)小組討論并分析對比后，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)識別結(jié)果，缺口轉(zhuǎn)動至相應(yīng)垃圾桶上方，啟動掃把將垃圾自動歸類投放。

圖2 結(jié)構(gòu)3D造型圖

1.2 電路設(shè)計

采用樹莓派為主控，控制轉(zhuǎn)盤驅(qū)動器、掃把驅(qū)動器，采集掃把原點、轉(zhuǎn)盤原點和4個垃圾滿載檢測信息，系統(tǒng)電源為5V/24V，采用兩種開關(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

程序基于樹莓派和Python，賦予智能識別、分揀控制、滿載檢測、顯示信息、語音播報等功能，程序流程圖如圖4所示。

圖4 程序流程圖

2 實物制作

2.1 結(jié)構(gòu)框架

鋁型材密度小、質(zhì)量輕、可塑性強、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，主要安排分揀機構(gòu)和控制系統(tǒng)；下層為收納桶層，分設(shè)四個區(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 分揀機構(gòu)

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

圖6 分揀機構(gòu)圖

2.3 外觀設(shè)計

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

圖7 實物圖

3 結(jié)語

提出一種智能分類垃圾收納設(shè)計方案，以轉(zhuǎn)盤和掃把作為分揀機構(gòu)。垃圾投放時，轉(zhuǎn)盤依據(jù)智能識別結(jié)果，將掃入口調(diào)整至相應(yīng)的收納桶上方，啟動掃把完成收納過程。設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單易于量產(chǎn)，基于樹莓派（Raspberry Pi，RPi）、視覺傳感器和python程序等機電一體產(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單片機的智能分類垃圾桶的設(shè)計[J].工程科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，2019,27（16）∶66.