淺談垃圾分揀機(jī)器人

王玉

摘 要：隨著城市人口迅速增加和居民生活水平的提高，城市生活垃圾越來(lái)越多，為保護(hù)環(huán)境提高回收利用率，垃圾分揀的工作量也不斷提高，目前國(guó)外一些公司已經(jīng)研制垃圾分揀機(jī)器人，讓機(jī)器人代替人工進(jìn)行垃圾分揀工作，并取得了一些成果。

關(guān)鍵詞：生活垃圾；垃圾分揀；機(jī)器人

1 垃圾分揀概述

隨著全球城市規(guī)模的擴(kuò)大和城市人口的迅速增加，城市生活垃圾越來(lái)越多，已經(jīng)嚴(yán)重影響到了城市居民的正常生活環(huán)境。通過(guò)無(wú)害化、減量化處理，把垃圾作為資源加以利用，是我國(guó)長(zhǎng)期的指導(dǎo)方針。目前，已經(jīng)相繼研究出一些生活垃圾的處理方案，如衛(wèi)生填埋、堆肥和焚燒等。不論何種處理方式，在目前的垃圾焚燒、填埋、堆肥、綜合利用處理方法中，均存在對(duì)垃圾進(jìn)行分揀處理，并對(duì)垃圾中的資源進(jìn)行回收的問(wèn)題。如果垃圾處理前不對(duì)垃圾進(jìn)行分揀處理，城市生活垃圾中可回收的資源將被白白銷毀，造成了資源的重大浪費(fèi)。

因此，垃圾分揀是實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾資源化處理的關(guān)鍵技術(shù)，是取得垃圾處理環(huán)境、社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益最大化所必須采用的技術(shù)。同時(shí)垃圾分揀作為垃圾填埋、焚燒、堆肥的前處理工序，也是實(shí)現(xiàn)垃圾減量化處理的最好工藝。垃圾分揀設(shè)備的開(kāi)發(fā)，是實(shí)現(xiàn)垃圾資源化的基本前提，也是垃圾無(wú)害化、減量化處理達(dá)到理想效果的基本保證。

目前，在垃圾分揀上，主要有人工分揀、機(jī)械分揀、人工分揀與機(jī)械分揀相組合3種垃圾分揀方法。以人工分揀最為普遍，人工分揀法是垃圾分揀法中最簡(jiǎn)單分揀方法，分揀人員在分揀輸送帶兩側(cè)，從輸送帶上將所需分揀的有用物質(zhì)分揀出來(lái)，放入回收桶或另一條輸送帶。某些物質(zhì)的回收，人工分揀是唯一的方法。如紙類的分類回收、玻璃瓶按顏色回收等。人工分揀的優(yōu)點(diǎn)是可達(dá)到很高的分揀精度和分揀質(zhì)量，而僅需要較小的設(shè)備投入。對(duì)垃圾情況及回收資源品種的變化有很強(qiáng)的適應(yīng)性。但是，缺點(diǎn)是勞動(dòng)強(qiáng)度大，人員費(fèi)用高，潛在的因人員疲勞產(chǎn)生的質(zhì)量波動(dòng)，此外由于工作環(huán)境惡劣，還會(huì)對(duì)工作人員的健康和安全產(chǎn)生影響。

2 垃圾分揀機(jī)器人研發(fā)現(xiàn)狀

2.1 世界上第一臺(tái)垃圾分揀機(jī)器人 ZRR

ZenRobotics公司宣傳其ZenRobotics Recycler（ZRR）為世界上第一個(gè)機(jī)器人垃圾分類系統(tǒng)。通過(guò)機(jī)器人對(duì)固體垃圾流（金屬、木材、礦石、塑料、硬紙板等）進(jìn)行精確的分離揀選。利用機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)和同步的機(jī)器人手臂從移動(dòng)的皮帶輸送機(jī)中區(qū)分和揀選可回收材料，人工智能可以自主學(xué)習(xí)分揀的材料類型。通過(guò)應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用來(lái)訓(xùn)練整個(gè)系統(tǒng)，借助其連接的近紅外光譜儀（NIR-near infrared spectrum sensors）、可見(jiàn)光譜儀（VIS-visual light spectrum sensor）、高解析RGB相機(jī)（Hi-res RGB camera）、3D激光掃描儀（3D sensor system）、金屬探測(cè)傳感器（Imaging metal detector），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋和快速挑選材料。

ZenRobotics的雙機(jī)器人每小時(shí)最多可進(jìn)行4000次抓取，三機(jī)器人單元可以24/7的三班制工作。ZRR最多可處理8組材料。產(chǎn)品應(yīng)用于日本Shitara（設(shè)楽町）、瑞士Eberhard、芬蘭Suez、荷蘭Baetsen。

工作流程：①ZRR傳感器單元掃描垃圾流；②ZenRobotics控制軟件分析數(shù)據(jù)控制機(jī)器人；③識(shí)別材料、物體和抓取點(diǎn)；④Zen Robotics智能抓手拾取目標(biāo)物體；⑤機(jī)器人分類多組分的垃圾并集中。

2.2 WALL-B垃圾分揀系統(tǒng)

Sadako Technologies的WALL-B設(shè)備類似于ZenRobotics，從垃圾流中識(shí)別和分揀固體垃圾，包括PET樹(shù)脂材料，HDPE（高密度聚乙烯），磚塊，食品罐頭等。

WALL-B類似于ZRR，應(yīng)用人工智能（Artificial Intelligence ）和計(jì)算機(jī)視覺(jué)（Computer Vision），采用專有的算法，連接到云端的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。深度學(xué)習(xí)計(jì)算平臺(tái)能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)傳感器實(shí)時(shí)處理和識(shí)別可回收材料。WALL-B的拾取速度最高可達(dá)20次/min，一年可進(jìn)行約200噸的垃圾分揀。

2.3 AMP Robotics研發(fā)低成本解決方案

AMP Robotics的產(chǎn)品還未上市。據(jù)AMP Robotics網(wǎng)站介紹，該公司解決方案使用最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)、路徑規(guī)劃和分類的技術(shù)。通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的使用，AMP能夠提供一個(gè)較低成本的解決方案。方案中集成了現(xiàn)成的機(jī)器人硬件和傳感器單元。

2.4 智能回收垃圾機(jī)器人

日本大阪大學(xué)和三菱電機(jī)工程公司合作設(shè)計(jì)了一款智能回收垃圾機(jī)器人，它利用激光傳感技術(shù)，能夠從所有其他垃圾中區(qū)分6種不同類型的可回收塑料垃圾。

該機(jī)器人身高1.7～2.1m，有一個(gè)機(jī)械手臂用于分揀垃圾，身上安裝了一些激光束和傳感器，可分析垃圾中5種不同波長(zhǎng)的激光反射率，從而識(shí)別不同用途的可回收塑料垃圾。一旦確定了是塑性材料，就將它們進(jìn)行分類和壓縮，就相當(dāng)于一個(gè)垃圾自動(dòng)分揀機(jī)。使用該機(jī)器人的目的是為了簡(jiǎn)化垃圾分類程序，提高回收可再次利用的塑料垃圾數(shù)量。

回收垃圾原型機(jī)器人目前正在測(cè)試階段，2011年在大阪和奈良的商店進(jìn)行示范試驗(yàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

目前一些國(guó)家在垃圾分揀機(jī)器人研究方面已取得了一些成果，但國(guó)內(nèi)在此領(lǐng)域還是空白，國(guó)內(nèi)的機(jī)器人應(yīng)用專家也正積極探索相關(guān)技術(shù)，攻克技術(shù)難題，開(kāi)發(fā)適用于我國(guó)的垃圾分揀機(jī)器人。

參考文獻(xiàn)

[1]舒清.機(jī)器人幫你分揀垃圾[J].今日科苑，2011，（12）：57.

[2]賀雅琴.自動(dòng)物料分揀機(jī)器人系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].華南理工大學(xué)，2011.

（作者單位：哈爾濱新智達(dá)自動(dòng)化成套裝備有限公司）