一種校園快遞箱回收裝置的設計*

柳海兵 馬世文 林奇陽

北方民族大學機電工程學院 寧夏 銀川 750021

引言

近年來，現代年輕人對網上購物的需求量日漸增大，快遞行業迅猛發展。因為網上購物的選擇性很多，可以貨比三家找到便宜又適合自己的商品，真正做到足不出戶就可以買到自己想要的東西，現代網上購物量甚至已經碾壓了實體店購物量，但是網上購物的商品要經過漫長的路程才能到達自己的手中，必不可少的就是包裝盒了，一些易碎的物品更是要更加細心和精致的包裝。據統計，2020年9月快遞業務量預計完成76億件，收入達764億元。快遞的業務量暴漲伴隨著紙箱資源的浪費和環境問題的突出，校園快遞箱的智能回收是解決這一問題的重要方式和發展方向[1]。根據調研，保守估計每天每個校園將產生1000件紙箱，這些紙箱大多都被隨意丟棄，垃圾桶和垃圾箱旁紙箱堆積隨處可見[2]。目前針對物流行業中的包裝問題，國內外的紙箱包裝均發展迅猛[3-4]，根據實地考察，大量快遞箱的產生與堆積，影響校園外觀，對紙箱的利用率低，垃圾箱附近由于紙箱占用空間大導致散落的垃圾隨處可見無人清理，隨著物流業的日漸發展這種現象會更加嚴重。

我們國家還沒有建立完善的快遞垃圾回收管理體系，快遞箱回收利用率低資源浪費嚴重。據統計，快遞包裝箱的回收成本高，快遞包裝盒在中國的回收利用率還達不到20%，而在一些發達國家，紙箱類回收利用率達45%左右。大量快遞箱的產生與堆積，影響校園外觀，對紙箱的利用率低，環境的污染問題也日漸增重，智能手機和網絡的普遍運用，網購慢慢取代了以前的實體購物。網購成交數量驚人，也就造成了快遞盒浪費情況。為提倡低碳環保，建設綠色環境和諧校園，讓快遞包裝再次煥發出新活力。所以推行“校園快遞箱回收”項目，把廢棄的快遞箱重新利用，減少浪費，推進“綠色快遞”的行程。本文提到的設計主要是解決紙箱占用空間大，在回收利用中耗費的運輸成本大導致回收效率低下的問題，將快遞紙箱包裝進行粉碎打包起來便于下一步的回收，推動可持續發展的綠色的模式。

針對以上問題，本文提出了一種快遞紙箱自動回收裝置的設計，分為3個步驟：第一步驟是圖像識別與稱重。利用圖像識別裝置，分析識別物品類型，通過識別物體的大致形狀，來獲取紙箱的尺寸信息，并將數據傳輸給數據處理系統完成后續相關處理；采用稱重設備、接線盒、信號變換電路，實現快遞箱的稱重；通過濕度傳感器測量濕度，利用物體質量與濕度來確定紙箱價格。第二是傳送與粉碎。通過履帶傳送把紙箱壓扁輸送到兩個滾輪之間進行粉碎。利用單片機、傳感器、伺服電機實現機構的運動控制和識別系統控制等。第三是打包。粉碎后的紙箱碎屑通過傾斜擋板劃入液壓機內，再通過液壓機構和壓力傳感器將碎紙屑壓實打包。

1 整體設計方案

圖2 回收裝置另一側面

該裝置的工作流程上遵循著“識別-稱重-傳送-粉碎-打包”的順序。當快遞投入裝置時，首先通過平臺上的電子秤稱重，圖形識別系統識別，濕度測試儀測濕獲得數據，然后將數據發送給數據處理器，用以判斷用戶所投物是否符合要求，如果數據符合要求，處理器給控制器發送指令。否則報錯，系統提示用戶所投物體不符，請檢查后重試。控制器接收到正確指令后驅動伺服電機帶動絲桿旋轉，將紙箱下落至傳送裝置，通過傳送擠壓落入粉碎裝置粉碎，然后紙屑下落至壓縮箱里壓縮，當回收的紙箱達到一定數量時會進行統一打包如圖1所示。

圖1 回收裝置側面圖

打包好的垃圾減少空間占用，減輕工人的工作負擔，提高回收效率，美化了周邊環境，能方便運輸，減少了運輸過程中的資源浪費，減少了垃圾箱對環境的污染。該裝置回收的主要目的是解決紙箱回收中的紙箱占用空間大不易運輸問題，通過機械裝置將比較簡單的人工工作機械化，減輕工人的勞動，實現機械化的系統回收。

2 傳送與粉碎裝置

傳送與粉碎裝置主要有兩種的功能。當被投入的紙箱被進行稱重識別后，達到回收標準的被送入到傳送機構中，如圖3所示，其原理為利用滾軸帶動柔性皮帶，皮帶上應布有橫紋，用于增大摩擦。在傳送過程中將紙箱壓扁輸送至粉碎機構，如圖4所示，另一種功能是用來粉碎快遞紙箱，采用的是相互嚙合的齒輪來實現粉碎的功能，傳送機構的作用就是將占用空間大的紙箱進行粉碎送入液壓打包機構中，便于后續的打包回收。

圖3 V型傳送帶

圖4 粉碎機構

3 打包裝置

粉碎后的紙屑通過裝置底部斜坡滑入壓縮機內如圖5所示，通過控制程序發送控制指令給液壓泵增壓驅動液壓機將紙屑壓縮如圖6所示，從而節省空間利于后續的運輸和存儲。

圖5 紙屑收集斜坡及壓縮裝置

圖6 壓縮機正面圖

4 回收箱設計的特色

相對市場上現有回收箱來說，該回收箱更具可靠性、方便性、實用性、智能化，它更符合現今市場的需要[5]。

4.1 可靠性

為保護個人信息不被泄露，該回收箱設有碎紙機，能銷毀個人隱私，如電話、地址等。

4.2 方便

當取完快遞時就可將快遞箱放入此機器中回收，還提供拆包工作臺，不用隨手扔掉。

4.3 實用

直接粉碎打包一體化，該回收箱減少了后期分類處理的工作量。不占體積不需要人看管，節省了管理，更加的實用。

4.4 智能化

回收箱設有顯示屏，還是以一種積分的激勵機制吸引學生來使用，不用人工折疊打包，相對于其他回收箱而言，該回收箱更智能化。

5 結束語

本文所設計的快遞回收箱裝置，能集中收集紙箱垃圾，較少校園垃圾污染，做到回收再利用，解決垃圾箱隨手亂扔的問題。該裝置改變以往的清潔人員去打掃、收集資源垃圾的模式，從源頭上改善問題，吸引受眾人員主動將紙箱資源垃圾投入此裝置，也同時改善校園文明和清潔人員過度工作情況。以智能機械裝置代替人工收集模式，可隨時進行紙箱資源垃圾的回收，增強可回收垃圾的經濟效益，促進社會資源經濟的提升。

我們的設計理念側重于收集階段和粉碎階段，操作簡單，可供學生自主使用，可以最大化地提高紙箱回收率。能集中收集紙箱垃圾，減少校園垃圾污染，做到回收再利用，解決垃圾箱隨手亂扔的問題。其主要優點是實用性和便捷性，該裝置將投入的紙箱直接一體化流程快速打包，然后在系統化回收，對現在大量的紙箱垃圾再處理有一定的意義。

快遞回收裝置的回收設計主要是解決日常快遞的回收問題，但識別和稱重還有一些技術問題有待解決，該模型只是一個概念模型，實際打包機比模型大許多，體積也是一個很大問題，還需綜合考慮，提高傳感技術，簡化打包機構，整體優化。