一種智能環(huán)衛(wèi)垃圾桶的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用

賴澤長+鄭錦輝+李兵

摘要：該文通過對(duì)傳統(tǒng)垃圾桶進(jìn)行改造和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)換袋及開袋功能，并能智能提醒環(huán)衛(wèi)人員及時(shí)收走裝滿的垃圾袋。該文通過對(duì)智能環(huán)衛(wèi)垃圾桶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理的分析，實(shí)現(xiàn)了垃圾桶換袋功能且管理可控性更強(qiáng)，方便了人工操作，為智能環(huán)衛(wèi)垃圾桶的未來發(fā)展導(dǎo)出新的方向。

關(guān)鍵詞：垃圾桶；真空吸盤；超聲波傳感器；傳送帶；全自動(dòng)換袋

中圖分類號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）06-0207-02

隨著國家人口數(shù)量的增多，垃圾也在與日俱增。生活垃圾與工業(yè)垃圾是垃圾的兩個(gè)重大來源，其中又以生活垃圾為主要源頭，2011年3月23日，國務(wù)院總理溫家寶主持召開國務(wù)院常務(wù)會(huì)議，把城市垃圾處理作為一個(gè)重點(diǎn)問題加以研究探討，垃圾的處理問題越來越受到重視。隨著垃圾的回收越來越受到重視，垃圾回收技術(shù)的研發(fā)和推廣將成為“十二五”期間解決垃圾問題的當(dāng)務(wù)之急。本文對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)的智能環(huán)衛(wèi)垃圾桶智能了設(shè)計(jì)原理和結(jié)構(gòu)的分析及其未來發(fā)展進(jìn)行了綜述。

1 智能環(huán)衛(wèi)垃圾桶設(shè)計(jì)思路

1.1 智能垃圾桶的現(xiàn)狀

垃圾桶是人們的生活中所謂的“藏污垢”的容器。同時(shí)，垃圾桶也成了某種意義上說的社會(huì)文化地折射。而目前市場上面的垃圾桶有各種各樣的類型，但是我們總是很容易看到由于環(huán)衛(wèi)的工人來不及清理時(shí)的垃圾桶的杯盤狼藉。

再看看國內(nèi)研發(fā)出來的智能垃圾桶卻常被報(bào)道成雞肋。人體無需觸碰垃圾桶便可實(shí)現(xiàn)桶蓋自動(dòng)開關(guān)；觀賞的價(jià)值很高，可以輕松的融入家裝風(fēng)格中；具有桶內(nèi)殺菌功能，可以隨時(shí)殺滅細(xì)菌，有助于家居環(huán)境健康；可以通過手機(jī)app直接控制，操控簡單、易上手，符合當(dāng)下潮流；封閉式螺旋開關(guān)，可以防止有害氣體散發(fā)出去，并且能夠?qū)崿F(xiàn)常開狀態(tài)，用戶體驗(yàn)更好?！蹦壳?，最智能的垃圾桶宣傳稱能具備上述功能，但細(xì)細(xì)一看，哪一條都似乎可有可無，加上高昂的售價(jià)，很難引起人們的購買欲望。

1.2 智能垃圾桶的想法提出和設(shè)計(jì)思路

根據(jù)各種垃圾桶設(shè)計(jì)不合理的現(xiàn)狀，有一些方案是可以真正去解決這些問題。利用Solidword進(jìn)行建模并運(yùn)動(dòng)仿真。垃圾袋整卷放置在垃圾桶上設(shè)定的位置。新的垃圾袋首先需要人工上袋，電動(dòng)推桿帶動(dòng)吸盤吸住垃圾袋的兩側(cè)后往兩側(cè)拉開，使垃圾袋張口。當(dāng)張口達(dá)到設(shè)定大小后，開袋組件上的夾緊電機(jī)夾緊袋口。當(dāng)完成開袋動(dòng)作后，垃圾桶上方的超聲波傳感器將對(duì)塑料袋里的垃圾量進(jìn)行檢測。

對(duì)于自動(dòng)換袋，把塑料袋整圈安裝到垃圾桶的側(cè)邊。當(dāng)一個(gè)塑料袋裝滿后，超聲波傳感器會(huì)檢測出來，垃圾桶底部的傳送裝置開始運(yùn)作。舊垃圾袋被運(yùn)到儲(chǔ)存位置，新的垃圾袋緊接著被帶出，開袋組件和夾緊組件的同時(shí)運(yùn)作實(shí)現(xiàn)了垃圾袋開袋，這也就完成了整個(gè)自動(dòng)換袋的過程，自動(dòng)分離裝滿的塑料袋并重新裝好一個(gè)新的塑料袋。

STC單片機(jī)作為主控芯片，利用C語言編寫算法讓步進(jìn)電機(jī)聯(lián)動(dòng)，通過開袋組件即由夾緊組件、真空吸盤等組成可開始對(duì)新的垃圾袋進(jìn)行開袋動(dòng)作。當(dāng)傳感器檢測到塑料袋被提出時(shí)，主控芯片即控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行全自動(dòng)換袋動(dòng)作。

2 智能環(huán)衛(wèi)垃圾桶創(chuàng)新設(shè)計(jì)

2.1 智能環(huán)保垃圾桶設(shè)計(jì)的目的

本次設(shè)計(jì)的目的提供一種智能環(huán)衛(wèi)垃圾桶，它可以檢測垃圾的裝載量。而且能夠在垃圾裝載滿時(shí)，自動(dòng)更換垃圾袋，并顯示明顯的標(biāo)志提醒環(huán)衛(wèi)人員及時(shí)收走裝滿的垃圾袋。

2.2 智能環(huán)保垃圾桶的技術(shù)方案

在垃圾袋的選購上，選擇側(cè)邊開口的垃圾袋。垃圾袋整卷放置在垃圾桶上設(shè)定的位置。新的垃圾袋首先需要人工上袋，電動(dòng)推桿帶動(dòng)吸盤吸住垃圾袋的兩側(cè)后往兩側(cè)拉開，使垃圾袋張口。當(dāng)張口達(dá)到設(shè)定大小后，開袋組件上的夾緊電機(jī)夾緊袋口。當(dāng)完成開袋動(dòng)作后，垃圾桶上方的超聲波傳感器將對(duì)塑料袋里的垃圾量進(jìn)行檢測。

電機(jī)選型方式：

根據(jù)的要求，從產(chǎn)品目錄查出所需的電動(dòng)機(jī)。

當(dāng)檢測出垃圾量大于設(shè)定值時(shí)，下方的傳送帶將帶動(dòng)已經(jīng)裝滿的垃圾袋移動(dòng)到垃圾桶的一側(cè)，并在垃圾桶外側(cè)亮起回收提醒燈。在移動(dòng)裝滿垃圾的塑料袋的同時(shí)會(huì)拖出新的垃圾袋。

皮帶輪輸送帶的負(fù)載計(jì)算：

P1：輸送帶空載功率

P2：輸送帶上物品的水平做功

P3：輸送帶上物品的垂直做功

L：輸送帶長度（m）μ：摩擦系數(shù)

W：輸送帶比重（kfg/m）

Q：輸送能力（kfg/n）V：輸送帶速度（m/s）

η：效率H：輸送帶兩端的高度差（m）

開袋組件返回原始位置，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次開袋動(dòng)作。此時(shí)，位于垃圾桶上方的夾子將夾緊垃圾袋口往上提升，當(dāng)開袋組件上的光電傳感器被遮擋時(shí)，塑料袋口位于正確的開袋高度。開袋組件即可開始對(duì)新的垃圾袋進(jìn)行開袋動(dòng)作，達(dá)到自動(dòng)換袋的目的。

真空氣泵抽氣量（抽氣速率）選型計(jì)算：

2.3 智能環(huán)保垃圾桶的工作原理

整個(gè)側(cè)邊開口的塑料袋放置如圖1，在塑料袋放置組件的位置。檢測垃圾量是通過垃圾桶上方的垃圾量檢測組件檢測。當(dāng)垃圾量達(dá)到一定程度時(shí)，將會(huì)進(jìn)行自動(dòng)換袋動(dòng)作。

開袋組件通過滑軌組件帶動(dòng)進(jìn)行水平滑動(dòng)，并且位于塑料袋袋下部的傳送帶組件也開始同步運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)裝滿垃圾的塑料袋向一邊滑動(dòng)。隨后，開袋組件返回初始位置，并進(jìn)行開袋動(dòng)作。

開袋動(dòng)作首先是夾緊組件夾緊塑料袋開口的一邊，提升袋口的高度。當(dāng)袋口遮擋住光電開關(guān)如圖4時(shí)，袋口高度達(dá)到開袋要求。此時(shí)電動(dòng)推桿如圖4帶動(dòng)開袋組件基板伸出。吸盤連接負(fù)壓氣管，通過兩邊吸盤在塑料袋兩邊對(duì)吸，從而使塑料袋張開口。當(dāng)吸住塑料袋袋口兩側(cè)后，電動(dòng)推桿收回到原始位置。裝在開袋組件基板上的舵機(jī)帶動(dòng)夾緊板夾緊塑料袋袋口，防止使用過程中塑料袋口脫離。整個(gè)開袋動(dòng)作到此結(jié)束。當(dāng)垃圾量再次達(dá)到一定程度時(shí)，重復(fù)上面的換袋動(dòng)作。

3 結(jié)論

本文分析了我們?cè)O(shè)計(jì)的智能環(huán)衛(wèi)垃圾桶的設(shè)計(jì)思路，及其設(shè)計(jì)的原理、產(chǎn)品的組成結(jié)構(gòu)跟工作原理。與傳統(tǒng)的垃圾桶對(duì)比，本文設(shè)計(jì)的垃圾桶成為了真正意義上的全自動(dòng)智能垃圾桶，即不需要人力，便可以自動(dòng)完成換袋的功能，本文的研究思路為智能垃圾桶的研究開辟出一條新的道路。機(jī)械的傳送運(yùn)輸以及夾緊等裝置加上電子的超聲波傳感器讓環(huán)衛(wèi)工人可以系統(tǒng)化的作業(yè)，大大縮短了作業(yè)的時(shí)間。

因此，在這個(gè)越來越重視環(huán)保的時(shí)代下，解放人力又可以將環(huán)衛(wèi)工作變得更有效率，這也是智能環(huán)衛(wèi)垃圾桶的市場競爭力，是區(qū)域性環(huán)衛(wèi)工作的理想選擇，市場前景很廣闊。

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