基于智能有償回收的干電池收集裝置設(shè)計(jì)

賈明軍　佟海東　張超

摘要：為了解決小規(guī)模回收廢舊電池難的問題，設(shè)計(jì)研究了一種智能有償回收干電池的收集裝置，對該裝置結(jié)構(gòu)、工作流程進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)分析了新電池置換機(jī)構(gòu)的原理。

關(guān)鍵詞：智能;有償回收;干電池收集裝置

0 引言

電池作為日常生活中小型電器主要的能量來源，可以獲得穩(wěn)定的電壓、電流，且電池結(jié)構(gòu)簡單，攜帶方便，充放電操作簡便易行，在現(xiàn)代社會生活中發(fā)揮著巨大作用，應(yīng)用范圍十分廣泛，為人們的生產(chǎn)和生活提供了便利。日常生活中常見的電池有蓄電池、鋰電池（如相機(jī)電池等）和干電池，電池消耗量越來越大。

由于廢舊電池內(nèi)含有重金屬和酸堿物質(zhì)，混入生活垃圾中的廢舊電池一旦發(fā)生泄漏，就會對環(huán)境、土壤和水源造成嚴(yán)重的污染。因此，國內(nèi)外都比較重視對蓄電池等大型二次廢舊電池的回收，并且已有日趨成熟的技術(shù)（如瑞士的熱處理、德國的真空熱處理等），基本解決了二次污染問題。鋰電池通常在電子商城或者手機(jī)銷售處均有回收點(diǎn)。但對于干電池來說，因其體積小、種類繁多、需求量大且回收成本低，國內(nèi)尚未建立相應(yīng)的回收治理體系。目前，市面上也沒有集中回收廢舊電池的裝置，亟需解決小規(guī)模回收廢舊電池難的問題，以減少廢舊電池對環(huán)境的污染。

1 裝置結(jié)構(gòu)介紹

針對上述問題，本文設(shè)計(jì)研究了一種智能有償回收干電池的收集裝置，該收集裝置外觀整潔大方，設(shè)有LED顯示屏和移動(dòng)輪，其中LED顯示屏安裝在機(jī)體外殼的上部外側(cè)，用于顯示兌換進(jìn)程、播放普及宣傳本裝置的視頻以及廣告位招商;移動(dòng)輪安裝在機(jī)體外殼底部，且設(shè)置固定鎖，方便本裝置的整體移動(dòng)與固定。

裝置內(nèi)部包括舊電池收集機(jī)構(gòu)、新電池儲存箱、新電池置換機(jī)構(gòu)和安裝板，其中舊電池收集機(jī)構(gòu)傾斜設(shè)置在機(jī)體外殼的內(nèi)部一側(cè)，由滑道連接舊電池投入口與舊電池收集箱，舊電池投入口安裝在機(jī)體外殼上部，舊電池投入口頂部裝有視覺識別模塊的攝像頭，舊電池收集裝置設(shè)置在安裝板頂部且與舊電池投入口同側(cè);新電池儲存箱形狀如長方體鐵箱，在最下端挖出符合對應(yīng)電池大小的孔方便其彈出，設(shè)置在安裝板的頂部且靠近新電池彈出口處，新電池彈出口設(shè)置在機(jī)體外殼的下部;新電池置換機(jī)構(gòu)安裝在安裝板的頂部。該收集裝置的外觀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 裝置的工作流程簡介

廢舊電池通過舊電池投入口，經(jīng)視覺識別模塊的攝像頭識別出電池的型號、數(shù)量等信息并反饋給新電池置換機(jī)構(gòu)中的控制器，同時(shí)廢舊電池通過滑道暫存到舊電池收集箱，新電池置換機(jī)構(gòu)接收到信號后，將相對應(yīng)的新電池彈出至新電池彈出口，即完成一次廢舊電池有償回收。

3 新電池置換機(jī)構(gòu)介紹

新電池置換機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)工作原理如圖2（a）所示，應(yīng)用星瞳OpenMV4 H7 Cam的視覺識別模塊來識別投入的舊電池，提高電池型號識別準(zhǔn)確性，區(qū)分雜物，并將識別信息反饋給控制器。控制器主控板采用Arduino多路舵機(jī)控制板（電源供電），接收到視覺識別模塊的信號并經(jīng)控制器判斷處理后，向舵機(jī)和LED顯示屏同時(shí)發(fā)出信號，舵機(jī)接收到電信號后，使四連桿機(jī)構(gòu)與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)，滑塊推動(dòng)儲存在新電池儲存箱中的電池在滑軌上滑動(dòng)至新電池彈出口，兌換者即可領(lǐng)取新電池，新電池置換機(jī)構(gòu)工作示意圖如圖2（b）所示;LED顯示屏即可向兌換者展示兌換進(jìn)程，同時(shí)利用LED廣告版面可以吸引到資金，實(shí)現(xiàn)資金循環(huán)，為本裝置的普及提供了條件。其中，該四連桿機(jī)構(gòu)與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)使用Solidworks軟件設(shè)計(jì)，并用motion插件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真模擬，充分考慮材料屬性及質(zhì)量、慣性后才加工實(shí)物，確保在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的同時(shí)節(jié)約材料以及加工成本。其中，還可根據(jù)資金流轉(zhuǎn)情況對控制器進(jìn)行投入與彈出量的設(shè)置，列舉其中一種情況：當(dāng)兌換者投入廢舊電池后（排除投入非電池的廢物情況），投入m1節(jié)廢舊n1號干電池，控制器對信號進(jìn)行處理后發(fā)出相應(yīng)的電信號，使滑塊彈出m2節(jié)新n2號干電池，因不同型號的電池儲存在不同的儲存箱內(nèi)，所以采用不同的傳動(dòng)系統(tǒng)彈出相對應(yīng)型號的干電池，其中m1、m2、n1和n2代表阿拉伯?dāng)?shù)字，可以根據(jù)不同時(shí)間、環(huán)境、地區(qū)和使用條件等情況進(jìn)行自定義設(shè)置。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的智能有償回收干電池收集裝置，一方面緩解了因公共場合無回收處理廢舊電池裝置導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境遭受嚴(yán)重污染的狀況，解決了小規(guī)模回收廢舊電池難的問題，另一方面降低了需要保潔人員撿拾廢舊電池的人工成本，節(jié)能環(huán)保。針對目前市面上無集中回收廢舊干電池裝置，且現(xiàn)有的電池回收多是無償回收的問題，本裝置采用以舊換新的方式，可以充分調(diào)動(dòng)人們回收廢舊干電池的積極性。

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收稿日期：2020-03-03

作者簡介：賈明軍（1998—），男，天津人，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。