一种智能分类收纳桶的设计与实现

陈良波，邱津芳，林鸿录，林炜杰，蔡金成，李震

（ 泉州职业技术大学 智能制造学院，福建 泉州 362268 ）

0 引言

国家发布《“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》，要求到2020年底，直辖市、计划单列市和省会城市生活垃圾得到有效分类，至2025年，全国地级及以上城市基本建成生活垃圾分类处理系统。从政策面可以看出，近年来，我国正从国家层面加速推行垃圾分类制度与实施。从智能工具角度出发，设计和制造具备智能识别以及智能分类的工具或装置势在必行。

1 设计方案

设计作品应实现智能分类和满载检测等功能。首先，以树莓派为核心控制器，通过HuskyLens摄像头学习识别垃圾并及时反馈控制器，树莓派根据反馈结果驱动转盘和扫把电机进行分拣；其次，通过红外传感器确定转盘和扫把的原点位置和满载检测，将所得信息反馈至显示屏，系统原理如图1所示。

图1 系统原理图

1.1 结构设计

以铝合金型材和亚克力板搭建垃圾桶框架；以1/4空缺圆盘和扫把组成分拣机构；以轴承等配件为辅助支撑。经小组讨论并分析对比后，确定结构方案如图2所示。其分拣结构核心部件为转盘扫把机构，转盘为1/4缺口的圆盘，当垃圾投放后，圆盘根据系统识别结果，缺口转动至相应垃圾桶上方，启动扫把将垃圾自动归类投放。

图2 结构3D造型图

1.2 电路设计

采用树莓派为主控，控制转盘驱动器、扫把驱动器，采集扫把原点、转盘原点和4个垃圾满载检测信息，系统电源为5V/24V，采用两种开关电源，电路原理图如图3所示。

图3 电路原理图

1.3 程序设计

程序基于树莓派和Python，赋予智能识别、分拣控制、满载检测、显示信息、语音播报等功能，程序流程图如图4所示。

图4 程序流程图

2 实物制作

2.1 结构框架

铝型材密度小、质量轻、可塑性强、易调节，故使用铝型材作为产品外部框架。框架设置为双层结构，上层为分拣控制层，主要安排分拣机构和控制系统；下层为收纳桶层，分设四个区域用于放置四种不同种类垃圾。垃圾桶型材框架图如图5所示。

图5 型材框架图

2.2 分拣机构

分拣机构涵盖转盘部分和扫把部分。转盘包括底板和圆桶，底板通过激光切割后保留3/4部分；圆盘的圆桶部分自行采购，胶合后通过联轴器与电机固定。扫把结构包括电机、联轴器、扫把部分。分拣机构图如图6所示。

图6 分拣机构图

2.3 外观设计

作品外观包装及四个收纳桶采用亚克力板制作，预留投放口、电源进线口、收纳桶开门装置等，如图7所示。

图7 实物图

3 结语

提出一种智能分类垃圾收纳设计方案，以转盘和扫把作为分拣机构。垃圾投放时，转盘依据智能识别结果，将扫入口调整至相应的收纳桶上方，启动扫把完成收纳过程。设计结构简单易于量产，基于树莓派（Raspberry Pi，RPi）、视觉传感器和python程序等机电一体产品技术，确保智能分类系统高效可靠。

［4］王玥,刘苇,崔昊.基于STC89C52单片机的智能分类垃圾桶的设计[J].工程科技与产业发展，2019,27（16）∶66.