一种智慧社区垃圾分拣站设计

彭建兴，卢春，郭贞景，何顺洋，蒋萍，熊流水，田金木

（贵州师范大学机械与电气工程学院，贵州 贵阳 550000）

0 引言

中国目前是世界上垃圾产量最大的国家[1]，更加有效地对垃圾进行分选处理，让生活生产垃圾减量化、资源化和无害化，是中国环保企业的一项重大任务。

经研究调查发现，我国很多小区在对垃圾处理方面没有较好的实施方案，很多情况下居民将各种类型不同的垃圾丢弃在一个大垃圾箱里面，由环卫工人将垃圾运输到一次垃圾转运站，再由工作人员将垃圾运输到大型垃圾二次转运站，最后运输到垃圾处理厂，其过程耗时、运输成本大并且垃圾在运输过程会被其他无用垃圾侵蚀和污染，降低可回收垃圾的回收率和循环使用率。

2018年中国再生资源回收总量2.97亿吨[2]，从回收结果来看并不是那么可观。垃圾处理厂不能够将人们丢弃的垃圾及时进行一个较为细化的分类，许多可回收垃圾都随着不可回收垃圾一起进行焚烧或填埋，可回收垃圾资源被浪费掉。

2019年，全国地级及以上城市全方位展开生活垃圾分类工作，要求46个重点城市到2020年底基本完成垃圾分类处理系统[3]。垃圾分类系统的建成就需要在垃圾分类系统技术及设计上做出改进，从而高效地为城市垃圾分类做贡献。

随着我国城镇社区垃圾分类意识的提高[4]，做好区域卫生规划是推进新型城镇化建设的重要组成部分。在新型城镇化建设中，卫生资源配置应坚持四条基本原则，即：坚持有“求”先“配”的原则；坚持总体适度有所侧重的原则；坚持合理配置与优化配置相统一的原则；坚持卫生资源配置的“底线”原则[5]。该项目主要讲述的是怎样合理地将垃圾进行分拣和利用，国内小区垃圾一般都是设置特定垃圾堆放处，再由物业联系垃圾站专业回收垃圾。国外以日本为例是进行垃圾分类再投放到垃圾回收处。国内的优点是不用自己垃圾分类，缺点是垃圾回收站垃圾分类繁琐，所耗资源过大。国外缺点是虽然分类回收了，但是需要人工分类。本项目结合了国内外的垃圾分类方式，设计一款集合多种识别方式和独特的机械结构的垃圾分拣站，实现在社区、垃圾分拣站等小型范围内自动进行垃圾分类，及时对垃圾进行分类，减少可回收垃圾的损坏，提高可回收垃圾的回收和循环使用。可以在垃圾产生地就近进行垃圾分类，既不用人工分类垃圾，也不用运输到垃圾回收站统一分类垃圾，在源头上将垃圾分类，减少分类时所需的人力物力和财力，节约资源并且符合我国可持续发展的战略性要求，相较于前两者，具有研究意义。

1 垃圾分拣站设计

本作品的设计模型如图1所示，主要分为三个部分，分别为投料箱1、分拣机械人2和四类垃圾箱3（干垃圾、湿垃圾、可回收垃圾、有害垃圾）。其中，投料箱由分散箱和S型的传送带组成。

1.1 投料箱

在其内部，设有圆滚筒式的分散箱4以及S型的传送带5。垃圾投入投料口后，投料口自动关闭，这时垃圾进入分散箱中进行打散分散，最后导入在履带上进行传送（图2）。

1.2 分散箱

采用滚筒式结构设计[6]，内部为螺旋式滚筒[7]，有助于将集中成团的垃圾打散，并由出料口均匀地将垃圾导到S型传送带起始处（图3）。

1.3 S型传送带

采用S型结构，可以节省空间，还能让特殊的未识别到的垃圾再次接受识别，可容纳更多垃圾，且垃圾不易重叠，便于分拣车的识别，提高分拣车识别准确性以及提高工作效率（图4）。

1.4 四类垃圾箱

在里面装有信号发生器，当检测到垃圾装满时，发送指令到终端，让运输人清理已经分类好的垃圾。

1.5 分拣车

分拣车上设有机械臂和各类识别模块，当垃圾由履带传送过时，经多类模块的识别判定，结合数据库内的信息，给出最准确的判断，后由机械臂进行对应抓取与投放到后方相应的垃圾箱内。

2 识别方式的设计

利用机器视觉、热成像分析、物相分析、传感器分析四种识别方式[8]进行数据收集，分别得到分类结果与收集好的数据集进行对比，得到垃圾分类结果。然后对多种识别方式的分类结果应用投票算法，计算出最符合的判断结论。这种综合多种识别方式结果考虑的方式，能够有效提升垃圾分类判断的精度，提高垃圾分类的结果的准确性（图5）。

当四种方式的识别分类结果与数据库相同时，可直接获得分类结果。而当分类结果不同时，则引入AHP层次分析法[9]的一种投票算法进行表决,计算出可信度最高的结果。图6是垃圾分类的整个工作流程图。

3 技术特点与优势

3.1 特点

拥有一套成熟的智慧社区感应系统，能够将垃圾进行分散处理，避免垃圾识别时成堆成团，同时拥有四种识别方式，再结合数据库对比与投票算法能够准确识别各个种类的垃圾，从而极大程度地提高了识别的准确率。

3.2 优势

（1）相比于大多数单一识别技术来进行分类的系统，我们的垃圾分类系统通过四种方式一同进行识别和判断，提高了识别的准确率。

（2）在源头处理垃圾，不必像其他分类系统需要专程运输到垃圾处理厂进行分类，有效防止可回收垃圾被堆腐物污染，提高回收率与经济效益。

（3）较小的体型可以投入使用于各类社区，不会占用太大的场地。

（4）相对人工分类：我们能更准确地识别，低于人工的成本。

4 推广前景

垃圾分类是制约我国环保产业发展的瓶颈之一,也是造成环境污染、资源再利用困难的根源之一[10]。中国智能垃圾分类行业处于发展初期阶段，分类智能化水平相比已达到规模化商用的日本、芬兰等国家较低。而且随着居民生活垃圾量、社会厨余垃圾量以及智能化垃圾分类技术的提升，同时在环保政策持续发布的背景下，中国智慧垃圾处理行业需求增大，智慧垃圾分拣站将满足人们垃圾处理的需求，具有良好的发展前景，值得推广。

5 结语

本文设计了一项智慧社区垃圾分拣站模型，其各部分的机械结构，采用多种识别方式对垃圾进行分类，分拣机器人控制机械臂进行对应垃圾的抓取和分类。整个系统运行模式为模拟人工和机械控制分类，可以持续、有条理地进行垃圾分类。整个垃圾分类系统可以在社区等小型范围内进行垃圾分类，及时高效处理人们产生的垃圾，提高可回收垃圾的回收和循环利用，避免浪费和污染环境，符合我国可持续发展战略。