一种智能环卫垃圾桶的设计及其应用

赖泽长+郑锦辉+李兵

摘要：该文通过对传统垃圾桶进行改造和设计，实现了全自动换袋及开袋功能，并能智能提醒环卫人员及时收走装满的垃圾袋。该文通过对智能环卫垃圾桶结构设计及工作原理的分析，实现了垃圾桶换袋功能且管理可控性更强，方便了人工操作，为智能环卫垃圾桶的未来发展导出新的方向。

关键词：垃圾桶；真空吸盘；超声波传感器；传送带；全自动换袋

中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）06-0207-02

随着国家人口数量的增多，垃圾也在与日俱增。生活垃圾与工业垃圾是垃圾的两个重大来源，其中又以生活垃圾为主要源头，2011年3月23日，国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，把城市垃圾处理作为一个重点问题加以研究探讨，垃圾的处理问题越来越受到重视。随着垃圾的回收越来越受到重视，垃圾回收技术的研发和推广将成为“十二五”期间解决垃圾问题的当务之急。本文对我们设计的智能环卫垃圾桶智能了设计原理和结构的分析及其未来发展进行了综述。

1 智能环卫垃圾桶设计思路

1.1 智能垃圾桶的现状

垃圾桶是人们的生活中所谓的“藏污垢”的容器。同时，垃圾桶也成了某种意义上说的社会文化地折射。而目前市场上面的垃圾桶有各种各样的类型，但是我们总是很容易看到由于环卫的工人来不及清理时的垃圾桶的杯盘狼藉。

再看看国内研发出来的智能垃圾桶却常被报道成鸡肋。人体无需触碰垃圾桶便可实现桶盖自动开关；观赏的价值很高，可以轻松的融入家装风格中；具有桶内杀菌功能，可以随时杀灭细菌，有助于家居环境健康；可以通过手机app直接控制，操控简单、易上手，符合当下潮流；封闭式螺旋开关，可以防止有害气体散发出去，并且能够实现常开状态，用户体验更好。”目前，最智能的垃圾桶宣传称能具备上述功能，但细细一看，哪一条都似乎可有可无，加上高昂的售价，很难引起人们的购买欲望。

1.2 智能垃圾桶的想法提出和设计思路

根据各种垃圾桶设计不合理的现状，有一些方案是可以真正去解决这些问题。利用Solidword进行建模并运动仿真。垃圾袋整卷放置在垃圾桶上设定的位置。新的垃圾袋首先需要人工上袋，电动推杆带动吸盘吸住垃圾袋的两侧后往两侧拉开，使垃圾袋张口。当张口达到设定大小后，开袋组件上的夹紧电机夹紧袋口。当完成开袋动作后，垃圾桶上方的超声波传感器将对塑料袋里的垃圾量进行检测。

对于自动换袋，把塑料袋整圈安装到垃圾桶的侧边。当一个塑料袋装满后，超声波传感器会检测出来，垃圾桶底部的传送装置开始运作。旧垃圾袋被运到储存位置，新的垃圾袋紧接着被带出，开袋组件和夹紧组件的同时运作实现了垃圾袋开袋，这也就完成了整个自动换袋的过程，自动分离装满的塑料袋并重新装好一个新的塑料袋。

STC单片机作为主控芯片，利用C语言编写算法让步进电机联动，通过开袋组件即由夹紧组件、真空吸盘等组成可开始对新的垃圾袋进行开袋动作。当传感器检测到塑料袋被提出时，主控芯片即控制步进电机进行全自动换袋动作。

2 智能环卫垃圾桶创新设计

2.1 智能环保垃圾桶设计的目的

本次设计的目的提供一种智能环卫垃圾桶，它可以检测垃圾的装载量。而且能够在垃圾装载满时，自动更换垃圾袋，并显示明显的标志提醒环卫人员及时收走装满的垃圾袋。

2.2 智能环保垃圾桶的技术方案

在垃圾袋的选购上，选择侧边开口的垃圾袋。垃圾袋整卷放置在垃圾桶上设定的位置。新的垃圾袋首先需要人工上袋，电动推杆带动吸盘吸住垃圾袋的两侧后往两侧拉开，使垃圾袋张口。当张口达到设定大小后，开袋组件上的夹紧电机夹紧袋口。当完成开袋动作后，垃圾桶上方的超声波传感器将对塑料袋里的垃圾量进行检测。

电机选型方式：

根据的要求，从产品目录查出所需的电动机。

当检测出垃圾量大于设定值时，下方的传送带将带动已经装满的垃圾袋移动到垃圾桶的一侧，并在垃圾桶外侧亮起回收提醒灯。在移动装满垃圾的塑料袋的同时会拖出新的垃圾袋。

皮带轮输送带的负载计算：

P1：输送带空载功率

P2：输送带上物品的水平做功

P3：输送带上物品的垂直做功

L：输送带长度（m）μ：摩擦系数

W：输送带比重（kfg/m）

Q：输送能力（kfg/n）V：输送带速度（m/s）

η：效率H：输送带两端的高度差（m）

开袋组件返回原始位置，准备进行下一次开袋动作。此时，位于垃圾桶上方的夹子将夹紧垃圾袋口往上提升，当开袋组件上的光电传感器被遮挡时，塑料袋口位于正确的开袋高度。开袋组件即可开始对新的垃圾袋进行开袋动作，达到自动换袋的目的。

真空气泵抽气量（抽气速率）选型计算：

2.3 智能环保垃圾桶的工作原理

整个侧边开口的塑料袋放置如图1，在塑料袋放置组件的位置。检测垃圾量是通过垃圾桶上方的垃圾量检测组件检测。当垃圾量达到一定程度时，将会进行自动换袋动作。

开袋组件通过滑轨组件带动进行水平滑动，并且位于塑料袋袋下部的传送带组件也开始同步运动，带动装满垃圾的塑料袋向一边滑动。随后，开袋组件返回初始位置，并进行开袋动作。

开袋动作首先是夹紧组件夹紧塑料袋开口的一边，提升袋口的高度。当袋口遮挡住光电开关如图4时，袋口高度达到开袋要求。此时电动推杆如图4带动开袋组件基板伸出。吸盘连接负压气管，通过两边吸盘在塑料袋两边对吸，从而使塑料袋张开口。当吸住塑料袋袋口两侧后，电动推杆收回到原始位置。装在开袋组件基板上的舵机带动夹紧板夹紧塑料袋袋口，防止使用过程中塑料袋口脱离。整个开袋动作到此结束。当垃圾量再次达到一定程度时，重复上面的换袋动作。

3 结论

本文分析了我们设计的智能环卫垃圾桶的设计思路，及其设计的原理、产品的组成結构跟工作原理。与传统的垃圾桶对比，本文设计的垃圾桶成为了真正意义上的全自动智能垃圾桶，即不需要人力，便可以自动完成换袋的功能，本文的研究思路为智能垃圾桶的研究开辟出一条新的道路。机械的传送运输以及夹紧等装置加上电子的超声波传感器让环卫工人可以系统化的作业，大大缩短了作业的时间。

因此，在这个越来越重视环保的时代下，解放人力又可以将环卫工作变得更有效率，这也是智能环卫垃圾桶的市场竞争力，是区域性环卫工作的理想选择，市场前景很广阔。

参考文献：

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