自走式智慧垃圾收集箱的主體結構設計

羅金武 趙威蕤 焦萬均 趙唯屹 馬超 杜亮

摘要：為解決體育館這類大型場館對館內垃圾進行智慧收集的需求，節省勞力成本，對垃圾收集裝置進行主體結構設計。研究設計了一種自走式智慧垃圾收集箱，用以代替人工在場館內進行巡視，實現對垃圾的收集與分類，為大型場所的智慧垃圾收集裝置提供一種設計思路。

關鍵詞：大型場館;自走式;垃圾收集，分類，結構設計

諸如體育館、大禮堂等大型場館具有較大的人流量，產生著大量垃圾。固定于場館各處的垃圾箱可對一部分垃圾進行有效收集[1]。但仍有部分垃圾會散落在場館內（特別是觀眾座椅周圍和人流過道上），這增加了場館的人工清潔成本且費時費力[2]。對此，本文設計了一種可以自動巡視的智慧垃圾收集裝置，來解決對場館內散落垃圾的收集和分類，從而提高場館運行管理效率，節省勞力成本。

1 整體設計思路

自走式智慧垃圾收集箱按照設定路線巡視場館，自主對沿途垃圾進行撿拾、收集。其中，撿拾主體采用吸盤式結構，并利用機器視覺模塊完成對垃圾的識別和分類，依據垃圾類型的不同，收集臂自動進行收縮、旋轉將垃圾放入到收集主體中。收集主體為內置式垃圾存儲空間結構，分為三個區域：可回收區、不可回收區與有害區。

2 結構設計

2.1 撿拾主體結構

如圖1所示，撿拾主體采用可伸縮旋轉式吸盤臂，安置于撿收基座上的伸縮軸可以控制垃圾拾取高度，利用前臂的旋轉來控制整個吸盤臂的拾取角度，在驅動電機作用下，吸盤軸與吸盤聯動，利用負壓原理完成對垃圾的吸附。吸盤軸與吸盤之間有一個電機，此電機可以調整吸盤轉動方向，以最佳方向吸住垃圾。吸盤底部存在一個機器視覺模塊，可以有效分析垃圾的類型。整個結構可以讓垃圾在被識別吸附后放入不同的垃圾收集區域。

2.2 收集主體結構

收集主體為內置式垃圾存儲空間結構，如圖2所示，不同類型的垃圾被分別收集在三個區域中。考慮到場館中不可回收垃圾的數量遠高于其他兩類垃圾，在不可回收區域裝有兩個同步伸縮裝置，推動壓縮板產生擠壓作用，實現對不可回收垃圾的壓縮，使得垃圾的后續處理更加方便。各區域均配置有一個滑動門，是傾倒垃圾的出口。

2.3 整體運動支撐結構

如圖3所示，自走式智慧垃圾收集箱的整體構型為箱體形式，在垃圾箱外側前后共設計有4個輪輻式車輪，并配置有4個電機，利用4輪驅動技術，帶動整體裝置的前進、后退與轉向。

3 垃圾收集箱的三維模型

完成主體部件設計，需進一步應用計算機輔助設計軟件，對垃圾收集箱進行一個更加細致的建模，用于分析和評判結構設計的合理性和適配性，從中發現不足并加以改正。為體現自走式智慧垃圾收集箱的設計思路，對外殼等零件進行了透明處理，基于SOLIDWORKS軟件，對各主要部分零件進行三維建模，依據一定的幾何約束關系完成智能垃圾收集小車結構的裝配。圖4展現了垃圾收集箱在智能化運行中的兩種工作狀態。三維模型的搭建為后續開展對整機的機電一體化設計以及仿真分析提供了模型基礎。

4 結語

將大型場館散落垃圾的收集過程實現智能化，提出了一種自走式智慧垃圾收集箱的設計思路，研究設計了該機械的主體結構，并采用SOLIDWORKS完成了三維建模，為后續研究做好準備。該裝置不僅可以提高大型場館清潔的高效性，還有助于垃圾分類與環保，同時也能有效降低勞力成本。

【參考文獻】

[1] 王培明.城鎮垃圾分類評價及管理機制探討[J].廣東化工，2021，48（16）：185-186.

[2] 張蒙新.基于IPA分析法的臨汾市體育場館服務質量研究[D].山西師范大學，2020.

基金項目：2018年度成都工業學院“青苗計劃”項目（2018QM020）;成都工業學院校級科研項目（2020ZR024）。

第一作者：羅金武（1993—），男，湖北天門人，碩士，講師，研究方向：CAD/CFD技術應用，機電一體化。

通訊作者：趙威蕤（2002—），男，四川巴中人，本科（在讀），研究方向：機械設計。