基于深度學(xué)習(xí)的智能垃圾桶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

周 鑫，路 賽，王露露，付文鳳

（鄭州科技學(xué)院信息工程學(xué)院 河南 鄭州 450064）

1 引言

近些年國家大力推進(jìn)垃圾分類的實(shí)行，垃圾分類被提上生活日程[1]。認(rèn)識(shí)垃圾、識(shí)別垃圾、投放垃圾成了日常的生活之一，在這個(gè)過程中垃圾桶的作用凸現(xiàn)出來。

2 垃圾桶的現(xiàn)狀

垃圾桶是生活中不可缺少的一個(gè)工具，人們制造的垃圾都通過它來裝載，進(jìn)而再整合分類。制造一個(gè)體積小空間利用率高同時(shí)又具有自主分類學(xué)習(xí)的垃圾桶具有很高的現(xiàn)實(shí)意義。

3 社會(huì)用戶的需求分析

3.1 分類投放需求

以一桶多分為前提，在空間中進(jìn)行分割，形成多個(gè)空間，滿足對(duì)垃圾分類的需求，同時(shí)設(shè)置有自主分類功能，為使用者進(jìn)行分類識(shí)別，對(duì)應(yīng)分類模塊響應(yīng)，打開對(duì)應(yīng)的蓋子，使用者只需要將垃圾放到識(shí)別攝像頭前，識(shí)別后進(jìn)行投放即可。

3.2 審美需求分析

外觀設(shè)置為圓筒狀，大幅降低占地面積。垃圾桶設(shè)置內(nèi)外兩層，內(nèi)外桶壁形成單獨(dú)的回收倉，運(yùn)用套娃的思想對(duì)整體桶部結(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.3 資源需求

針對(duì)國家的需求，提出功能的需求，減少垃圾桶的占地面積，提高桶內(nèi)空間利用率。且提出相關(guān)設(shè)計(jì)方法，一桶多分，并可根據(jù)桶內(nèi)各模塊垃圾填充狀態(tài)，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)桶內(nèi)空間分配布局。

3.4 生理需求

針對(duì)使用人群的需求，提出功能需求，準(zhǔn)確識(shí)別快速分類。且提出相關(guān)設(shè)計(jì)方法，自動(dòng)識(shí)別，自動(dòng)打開，語音播報(bào)，危險(xiǎn)辨識(shí)，實(shí)時(shí)信息反饋網(wǎng)端。

3.5 安全需求

針對(duì)環(huán)衛(wèi)工人的需求，提出功能需求，易清潔夜晚可視。且提出相關(guān)設(shè)計(jì)方法，壓環(huán)和鉤子相配合，桶部可發(fā)光照明。

3.6 社會(huì)需求

針對(duì)制造商的需求，提出功能需求，易加工，可持續(xù)（回收率高）。提出相關(guān)設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)為拼裝結(jié)構(gòu)，易加工回收率高。

3.7 尊重需求

針對(duì)拾荒者的需求，提出功能需求，環(huán)境清潔，易拾取。且提出相關(guān)設(shè)計(jì)方法，設(shè)置單獨(dú)回收瓶子箱子的模塊，且設(shè)計(jì)的特殊模塊易識(shí)別分辨，拾荒者不必再在所有垃圾中翻尋。

4 垃圾桶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新穎點(diǎn)

4.1 套娃思想的運(yùn)用

整體空間由內(nèi)外桶壁和桶蓋包裹構(gòu)成，分內(nèi)外兩個(gè)桶。內(nèi)桶進(jìn)行分隔設(shè)計(jì)，將圓形的內(nèi)筒分隔成多個(gè)扇形格子，滿足垃圾的分類需求，格子的個(gè)數(shù)可以根據(jù)需要進(jìn)行自我調(diào)整，最大分隔的格子數(shù)為6格，也就是可以分成6格扇形，同時(shí)也是6種分類，完全滿足日常的分類需求。外桶則套在內(nèi)桶外，內(nèi)外筒壁構(gòu)成圓環(huán)狀單獨(dú)回收倉。

4.2 分桶葉片的卡點(diǎn)以及角度移動(dòng)設(shè)置[2]

當(dāng)分類模塊的其中之一，因垃圾填充過度達(dá)到傳感器反饋范圍，進(jìn)而作用于舵機(jī)控制分桶葉片在內(nèi)桶的移動(dòng)，達(dá)到根據(jù)實(shí)時(shí)填充狀態(tài)，進(jìn)行桶內(nèi)空間自動(dòng)調(diào)控功能。

4.3 桶底空間設(shè)計(jì)

在桶的底部用來放制垃圾桶的中樞即智能控制裝置,它就像人的腦殼一樣保護(hù)著腦子內(nèi)的一切，即使不小心碰倒也不必?fù)?dān)心會(huì)因高度造成的硬件損傷，因?yàn)樗母叨葍H幾厘米。

4.4 桶蓋設(shè)計(jì)

桶蓋分內(nèi)桶蓋和外桶蓋兩部分，內(nèi)桶蓋和桶蓋骨架是一體，外桶蓋采用拼接的方式放到桶蓋骨架上，并環(huán)繞在內(nèi)桶蓋周圍。內(nèi)桶蓋上有與的分類模塊對(duì)應(yīng)的桶口，當(dāng)垃圾桶處于休眠時(shí)是閉合的，工作時(shí)喚醒，對(duì)應(yīng)的垃圾口打開。針對(duì)改變桶內(nèi)垃圾分格后，桶口和相應(yīng)垃圾分類模塊對(duì)應(yīng)的問題，設(shè)置在垃圾桶上的主控面板進(jìn)行人工調(diào)節(jié)。外桶蓋的滑軌只有180°的空間是可以隨意移動(dòng)的，當(dāng)對(duì)應(yīng)的空間裝滿后，外桶蓋滑軌骨架會(huì)調(diào)整180°方向。

4.5 外觀設(shè)計(jì)

外觀上采用圓柱體的外形，在側(cè)面加上一個(gè)控制面板，用液晶的顯示屏。底部加上四個(gè)輪子，平時(shí)可以進(jìn)行固定，需要移動(dòng)時(shí)可以方便移動(dòng)。

4.6 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整體上采用拼接的設(shè)計(jì)，由多個(gè)部分拼接而成，這樣避免安裝和遠(yuǎn)距離移動(dòng)帶來的裝卸以及運(yùn)輸困難，隨時(shí)能拆卸，提高了報(bào)廢后的利用率，降低了廠家制造的難度。

4.7 風(fēng)光互補(bǔ)輔助設(shè)計(jì)

增加風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電的輔助設(shè)計(jì)，使它不需要人工充電也能長久工作，不占用城鎮(zhèn)生活公共能源。

5 各結(jié)構(gòu)選材

內(nèi)、外桶材料選擇，戶外或者城鎮(zhèn)馬路上采用不銹鋼材質(zhì)或者玻璃鋼，可以防止在戶外被腐蝕，同時(shí)也不易變形。不銹鋼的選型：常規(guī)的304不銹鋼即可，使用年限長久，滿足城鎮(zhèn)的變化需求。室內(nèi)的放置則根據(jù)地區(qū)的不同選用304、201或者塑料材質(zhì)。

扇葉采用玻璃鋼或鍍鋅板進(jìn)行加工，硬度相對(duì)高也不易變形，工作溫度能滿足需求。底座、桶蓋可以通過3D打印技術(shù)進(jìn)行打印。

其余部分均可采用標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行組裝。

6 設(shè)計(jì)路線

6.1 實(shí)用性為前提

加入智能化的功能使得設(shè)計(jì)的本身更符合現(xiàn)代生活進(jìn)步的需求。通過圖像識(shí)別進(jìn)行分類，以STM32為主控，運(yùn)用NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建一個(gè)智能化的設(shè)備。結(jié)構(gòu)上通過套娃思想的一桶多分式，配置可調(diào)節(jié)桶內(nèi)分類模塊的空間的分桶葉片，進(jìn)行空間分配調(diào)控。

6.2 空間利用為主要目的

將內(nèi)桶進(jìn)行劃分，加入空間“均衡”分配功能，增大空間利用率，能夠自動(dòng)調(diào)整。

7 總結(jié)

生活中垃圾分類是不得不重視的一部分，減輕垃圾分類的負(fù)擔(dān)，做好垃圾的回收與處理已經(jīng)是必不可少的課題研究。智能垃圾桶的出現(xiàn)能做到識(shí)別-分類-投放-回收，最后人工進(jìn)行特殊處理。只有識(shí)別與分類做好，后面的步驟才能更加方便[3]。