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)識垃圾、識別垃圾、投放垃圾成了日常的生活之一，在這個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。制造一個體積小空間利用率高同時又具有自主分類學(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，形成多個空間，滿足對垃圾分類的需求，同時設(shè)置有自主分類功能，為使用者進(jìn)行分類識別，對應(yīng)分類模塊響應(yīng)，打開對應(yīng)的蓋子，使用者只需要將垃圾放到識別攝像頭前，識別后進(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)用套娃的思想對整體桶部結(jié)進(jìn)行設(shè)計。

3.3 資源需求

針對國家的需求，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)行自動調(diào)節(jié)桶內(nèi)空間分配布局。

3.4 生理需求

針對使用人群的需求，提出功能需求，準(zhǔn)確識別快速分類。且提出相關(guān)設(shè)計方法，自動識別，自動打開，語音播報，危險辨識，實(shí)時信息反饋網(wǎng)端。

3.5 安全需求

針對環(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)計方法，壓環(huán)和鉤子相配合，桶部可發(fā)光照明。

3.6 社會需求

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

3.7 尊重需求

針對拾荒者的需求，提出功能需求，環(huán)境清潔，易拾取。且提出相關(guān)設(shè)計方法，設(shè)置單獨(dú)回收瓶子箱子的模塊，且設(shè)計的特殊模塊易識別分辨，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)外兩個桶。內(nèi)桶進(jìn)行分隔設(shè)計，將圓形的內(nèi)筒分隔成多個扇形格子，滿足垃圾的分類需求，格子的個數(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，達(dá)到根據(jù)實(shí)時填充狀態(tài)，進(jìn)行桶內(nèi)空間自動調(diào)控功能。

4.3 桶底空間設(shè)計

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

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應(yīng)的桶口，當(dāng)垃圾桶處于休眠時是閉合的，工作時喚醒，對應(yīng)的垃圾口打開。針對改變桶內(nèi)垃圾分格后，桶口和相應(yīng)垃圾分類模塊對應(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的，當(dāng)對應(yīng)的空間裝滿后，外桶蓋滑軌骨架會調(diào)整180°方向。

4.5 外觀設(shè)計

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

4.6 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

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

4.7 風(fēng)光互補(bǔ)輔助設(shè)計

增加風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電的輔助設(shè)計，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)計路線

6.1 實(shí)用性為前提

加入智能化的功能使得設(shè)計的本身更符合現(xiàn)代生活進(jìn)步的需求。通過圖像識別進(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)能做到識別-分類-投放-回收，最后人工進(jìn)行特殊處理。只有識別與分類做好，后面的步驟才能更加方便[3]。