以物換物智能設備結構的設計★

楊王杰， 陳劍欽， 楊鈺泳， 張惠明， 汪 泓， 曾浩彬， 何穎祺，盧文彰， 張東升

（華南理工大學廣州學院 機械工程學院， 廣東 廣州 510800）

引言

現在全球都處于資源緊張的狀態，為了節約資源，保護植被已經成為當前社會的重要課題，回收再利用舊紙皮為新的紙制產品可以有效地解決這個問題。目前紙皮的回收有兩種形式，第一種是上門回收，這種形式使工作人員的勞動強度比較大，而且效率低；第二種是定點回收，有些居民會覺得將回收物帶到指定地點太麻煩，就會隨意丟棄，對資源造成浪費[1-2]。本論文擬設計一種設備，該設備可以在城市中的居民小區中投入使用，一方面可以方便工作人員進行回收物的收集；另一方面在回收紙箱的同時，設備可以自動派發貓糧，對家里的貓進行喂養。以物換物的概念和設備相結合，不但可以減少紙皮的隨意丟棄，也會更好地對紙箱進行回收。

1 以物換物智能設備的總體設計

為了達到自助回收已經用過的紙皮，并等量換取一些貓糧的目的，本文設計了一種以物換物智能設備[3]，該設備需要同步完成紙皮的自動收納和貓糧的等量派發功能，其外部設計如圖1 所示，包含柜體、紙皮入口、貓糧出口三個部分。

該設備設置安裝在各生活小區，方便就近小區居民可以隨時投遞舊的紙皮，其工作原理為：人們可以將家里的廢紙皮從柜體上的紙皮入口投入到設備中，再由紙皮收納裝置收納并稱出其重量，導入控制系統，算出可更換的貓糧的量，再由貓糧派發裝置按照控制系統要求派發相應數量的貓糧流入貓糧出口，由交換人拿走。

圖1 以物換物智能設備外部設計圖

整套設備擬采用鋁型材構建機身，密度小、質量輕，便于產品的投放和搬運，有很強的耐腐蝕能力，可提高產品的使用周期。以物換物設備主要有PLC系統控制、采用圖像采集裝置（攝像頭）、可回收檢測裝置（紅外傳感器）、升降臺裝置電機、貓糧派發通電控制等控制元件，其系統工作原理圖如圖2 所示。

圖2 系統工作原理圖

紙皮入口處的傳感器可以檢測是否有東西投入，攝像頭判斷放入的東西是否為可回收物，頂部的紅外傳感器檢測可探測回收物是否放滿，裝滿則升降平臺下降。攝像頭檢測到為可回收物并稱重，將信號傳回PLC，PLC 再將信號傳給下方電機帶動貓糧派發裝置工作，進行貓糧的派發。

2 紙皮收納裝置的設計

根據設計要求，為了滿足以紙皮換取貓糧的目的，以物換物設備內部結構主要由紙皮收納裝置和貓糧派發裝置兩大部分組成，分別完成紙皮的收納和貓糧的派發功能。

為了解決以物換物智能設備中以物（紙皮）換物（貓糧）時，紙皮的自動收納問題，這里專門設計了一種以物換物智能設備紙皮收納裝置[4]，如圖3、圖4所示。

圖3 以物換物智能設備紙皮收納裝置的設計圖

圖4 以物換物智能設備紙皮收納裝置的俯視圖

當居民將回收紙皮從紙皮入口投入后，會落在帶稱重功能的工作臺上，從而稱重，并將增加的重量錄入控制系統，為貓糧派發裝置提供交換數據；為了保證紙皮收納裝置里內紙皮的存儲量，帶稱重功能的工作臺需要可以不斷下移，空出更多的存儲空間，所以整個設備支架上安裝了平臺上下滑動光桿和上下移動平臺，而帶稱重功能的工作臺則安裝在上下移動平臺上，當上下移動平臺上下移動時便可帶動帶稱重功能的工作臺上下移動，以方便以物換物設備可以存儲更多的回收紙皮。

如圖4 所示，以物換物智能設備紙皮收納裝置頂端安裝了電機，電機旋轉時會通過聯軸器驅動軸轉動，進而帶動皮帶輪及固定支座中的皮帶輪轉動，然后兩個皮帶同步傳動，再由固定在上下移動平臺上皮帶夾緊裝置帶動上下移動平臺上下滑動，另外，支架上安裝上限位開關和下限位開關對上下移動平臺進行了上下限位，保證上下移動平臺在規定范圍內滑動，但整套設備的收納空間還是有限的，故需要工作人員定時過來拿走回收的紙皮，為后續紙皮的回收騰出空間。

需要強調的是支架上紙皮入口附件還安裝了位置感應開關，用來感應柜內紙皮的收納高度，當感應到紙皮較高時，便會將信號傳給控制系統，進而控制上下移動平臺向下移動，騰出更多收納空間。

3 貓糧派發裝置的設計

為了解決以物換物智能設備中以物（紙皮）換物（貓糧）時，貓糧如何派發的問題，本設備設計了一種以物換物智能設備貓糧派發裝置[5]，如圖5 所示，其由4 大部分組成，分別為：貓糧收納箱、貓糧收納盤、電磁鐵貓糧流量控制裝置、貓糧存儲箱。

圖5 貓糧派發裝置設計圖

其工作原理為：工作人員需實現將貓糧存儲于貓糧存儲箱，并定時添加，當控制系統將根據紙皮的質量算出的貓糧派發量向電磁鐵貓糧流量控制裝置發出信號后，電磁鐵貓糧流量控制裝置就會打開貓糧存儲箱的出口，貓糧便會由貓糧存儲箱出口流出，流入貓糧收納箱內的貓糧收納盤上，以供交換人取出貓糧。

需要強調的是，貓糧的數量是由電磁鐵貓糧流量控制裝置控制的，如圖6 所示，電磁鐵貓糧流量控制裝置由電磁鐵開關、貓糧存儲箱出口門板、貓糧出口滑道3 個部分組成，電磁鐵開關是由供電開關控制，當其通電后，電磁鐵開關會產生強磁性，便會將由不銹鋼制成的貓糧存儲箱出口門板吸起來，從而封閉貓糧存儲箱出口；反之，當其關電后，電磁鐵開關會失去磁性，由不銹鋼制成的貓糧存儲箱出口門板在重力作用下便會落下，從而打開貓糧存儲箱出口，貓糧便會由貓糧存儲流出，經過貓糧出口滑道流入貓糧收納箱內的貓糧收納盤上，以供交換人取出貓糧。而貓糧流出的數量則由關電的時間長短來控制，而關電時間的長短則由回收的紙皮重量決定，即控制系統可以根據回收紙皮的重量算出需要派發的貓糧的數量，再根據貓糧流出的效率算出關電的時間。

圖6 電磁鐵貓糧流量控制裝置設計圖

4 結論

本文設計的以物換物智能設備，其結構主要包括紙皮收納裝置和貓糧派發裝置，可以解決以物（紙皮）換物（貓糧）時，紙皮的自動收納和貓糧的等量派發問題，實現節約資源，避免浪費的目的，同時可以減少隨意丟棄紙皮的現象，更好地進行紙箱回收，真正實現紙皮的再次回收利用。需要強調的是該設備也可以根據需要將貓糧換成其他物品，比如狗糧、魚糧等，實現其功能的多樣性。