智能家居自動打包垃圾桶設計

花士林 陳雪嬌 陳果

摘? 要：探究智能化技術在家居產品設計中的應用，從而提高產品的實際可操作性和便捷性。以智能家居自動打包垃圾桶設計為例，從功能、工作原理、人機工學和產品結構四個方面進行設計實踐。基于使用者的生理和心理需求，提出智能化技術在家居產品中的實用性。智能化技術為家居產品設計提供了新的設計方向，智能化家居產品從使用者需求出發，使智能化技術更好的為人們服務。

關鍵詞：智能化技術;家居產品;自動打包垃圾桶設計;需求定位

中圖分類號：X705? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）25-0039-03

Abstract： The application of intelligent technology in the design of home products is explored， thereby improving the practical operability and convenience of the product. Taking the smart home automatic packaging garbage bin design as an example， the design is carried out in four aspects： function， working principle， ergonomics and product structure. Based on the physiological and psychological needs of users， the practicality of intelligent technology in household products is proposed. A new design direction for home product design is also provided. Based on user needs， intelligent technology will be improved to better serve people.

Keywords： intelligent technology; household products; automatic packaging garbage bin design; demand positioning

引言

智能化設計一直是研究的熱門話題，其應用也在生活中隨處可見。隨著智能化家居產品越來越多地出現在人們的生活環境中，家居產品的智能化設計也越來越受到人們的關注。本次研究的方向便是針對目前的家居智能垃圾桶產品，設計出一款基于垃圾收集處理的自動化，減少人在存取垃圾過程中接觸細菌的可能性的自動打包垃圾桶，從而方便使用者處理垃圾。

1 智能技術在垃圾桶中的應用

目前智能垃圾桶的智能化程度并不高，本質上還是一個用來儲存垃圾的桶。其智能的方面是在原有的垃圾桶基礎上加上了紅外線感應開蓋和密封功能。

紅外線感應功能的原理很簡單，運用紅外線感應技術，當人的手處在感應范圍內時（比如10cm左右）垃圾桶蓋便會自動打開，以此延伸的也有多種開蓋模式，如翻蓋式、側拉式等。密封功能就是采用全密封設計，防止垃圾異味發散。

目前國內智能化最高的垃圾桶便是小米的“拓牛”智能垃圾桶，它在現有智能垃圾桶的基礎上，增加了自動打包功能。具體的工作原理便是通過運用垃圾袋的塑料特性，加熱熱封垃圾袋口。

2 現有的自動打包技術分析

自動打包技術的研究是近些年才開始的，目前已有的技術大多可以歸為三類：借助輔助工具的半自動打包、旋轉打包和熱封打包。

2.1 借助輔助工具的半自動打包

傳統形式上的手動打包僅僅是靠人力將垃圾袋打包，但經過開發，目前也研究出了除依靠手完成部分動作外，主要靠機械部件將垃圾桶打包的技術。

比如，中國在之前有一項專利是垃圾桶桶口具有收口缺口、雙面膠帶和刀片，當需要清理垃圾時，將垃圾袋的邊口向上提起，拉動垃圾桶內桶的收束裝置，在拉動的同時旋轉袋口，而使該袋口束緊于缺口內，并有刀片切割出一段雙面膠帶，粘貼在袋口后，通過雙面膠特性，旋轉封住袋口，完成打包工作。

2.2 旋轉打包

旋轉式打包垃圾桶發展較早，尤其是在國外，技術已相當成熟，但隨著中國在這方面越來越關注，國內也已有部分研發。其主要原理是，固定袋口或者袋身，然后通過機械傳動，旋轉其中一方實現打包。

如，德國的一項技術是在筒口設置壓緊環，當環轉動時帶動垃圾袋袋口轉動，實現打包。不過，這種打包方式效率十分的低;中國早期的一項發明專利為，在桶口設置半圓鐵環，通過兩鐵環的相對轉動，可帶動垃圾袋的扭轉。

2.3 熱封打包

當手動打包與旋轉打包已無法滿足現代人的需求時，于是更加智能化、便捷的熱封打包垃圾桶便應運而生。熱封打包主要依靠一對熱封部件，依據塑料袋特性將垃圾袋袋口熱封。

德國發明了一款自動打包垃圾桶，該垃圾桶中安裝有抽氣裝置，當垃圾袋到達一定量后，抽氣裝置將垃圾袋抽真空，然后通過設置在垃圾袋袋口兩邊的熱切片熱封，使得能最小空間限度的打包垃圾。而日本的一項研究發明則為，在垃圾桶底部設置重力感應裝置，當垃圾袋中的垃圾到達一定重量時，位于垃圾桶內桶中間的熱切片便相向運動，將垃圾袋口熱封。

不過，無論是半自動打包還是旋轉打包，包括目前打包效率最高的熱封打包技術，都存在著一定的局限性，前兩者要求人參與的動作較多，而熱封打包則需要考慮塑料垃圾袋特性以及其他等諸多因素，因此也會有不少的缺點。

3 運用形態分析法進行方案研制

形態分析法是一種常用的組合發明法，是把所需要解決的問題分解成若干個彼此獨立的要素，然后用網絡圖解方式進行排列組合，以產生解決問題的系統方案或創造發明設想的方法。

通過對家居自動打包垃圾桶各功能組件的多個可行性預想方法的拆解，建立形態矩陣圖，如表1所示。

根據自動打包垃圾桶的功能特點，以及結合產品的經濟性、實用性、安全性和可行性等設計要素，最后得到最佳的方案：A1+B1+C3+D2+E3+F3。

4 自動打包垃圾桶工作原理

圖1自動打包垃圾桶的結構剖視圖。當按下自動打包鍵1后，內桶5的機械夾4會先將垃圾袋夾緊，然后底部帶傳動8帶動內桶5的旋轉，將垃圾袋旋轉封口（袋口壓板2用來固定垃圾袋袋口，防止旋轉打包時打滑）。最后頂部的熱封裝置3工作，熱切片加熱，由帶傳動帶向中間移動，加熱袋口完成打包。

5 主要功能結構設計

5.1 按鈕高度與人機要素分析

使用者在輸入打包指令和處理垃圾袋時，大多都需要進行彎腰動作（少部分半自動打包垃圾桶采用踏板式機械結構，這里不做研究），而頸椎是這個動作的承受者，研究表明當人的頸椎處于平直狀態時對腰椎的傷害最小。腰椎的活動范圍在脊柱中處于中等，比頸椎小但比胸椎大，使用者常見的動作為前屈動作，最佳范圍為30°～45°之間。參考站立時臂及范圍：

假設立姿手高高度H=75，前屈角度α=45°，設操作臺界面高為Χ，則：

同理，當前屈角度α=30°時，

5.2 紅外線感應開蓋

家居自動打包垃圾桶的設計中采用LS-2W微功耗紅外線反射型感應開關，當感知到15cm范圍內有東西存在時，會發射并接收信號，通過控制電板做出開蓋反應。并且有兩種開蓋模式，長按打包按鍵，聽到“叮”一聲為長時間開蓋模式，再次長按打包按鍵會關閉蓋子并回到正常模式。

5.3 重力感應裝置

考慮到垃圾過滿會影響打包效率，并且用戶在垃圾桶的使用過程中容易忽視這點，所以在垃圾桶底部安裝有重力感應開關，當桶內垃圾積攢到一定重量后，會自動觸發電路開關然后，進行自動打包并且會報警提示使用者。

5.4 旋轉結構

該結構運用帶傳動原理，小型電機提供動能，通過履帶帶動軸承的旋轉（軸承頂部焊接有齒輪），頂部的齒輪與垃圾桶內桶底部契合，從而帶動內桶的旋轉，如圖2所示。

5.5 機械夾結構

機械夾放置在內桶里面，靠緊內桶內壁，底部由荷葉結構連接。當發出自動打包指令后，機械夾會首先夾住垃圾袋，防止旋轉時出現打滑現象，如圖3所示。

5.6 熱封打包結構設計

熱封打包同樣運用帶傳動原理，小型電機提供動能，履帶帶動兩個熱切片向中間移動。熱切片由耐熱塑料包裹，頭部為導熱鋁片，當發出打包指令后，熱切片加熱，同時帶傳動帶動兩個熱切片向中間移動，熱封垃圾袋袋口，如圖4所示。

6 結束語

隨著技術的發展，智能產品充斥人們日常生活，創造了一種更美好、舒適、便捷的生活方式。利用智能化技術，生活上可以給使用者帶來更多的便利。目前家居自動打包垃圾桶產品雖仍存在一些問題，但隨著未來技術的更新，垃圾桶會向著更方便和衛生的方向發展，結合目前的掃地機器人，實現掃垃圾和處理垃圾一體化;與智能語音結合，使其更具智能化等等，相信在不久的以后這些都是可以實現的。

參考文獻：

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