智能家居自動(dòng)打包垃圾桶設(shè)計(jì)

花士林 陳雪嬌 陳果

摘? 要：探究智能化技術(shù)在家居產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，從而提高產(chǎn)品的實(shí)際可操作性和便捷性。以智能家居自動(dòng)打包垃圾桶設(shè)計(jì)為例，從功能、工作原理、人機(jī)工學(xué)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)四個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)踐?；谑褂谜叩纳砗托睦硇枨?，提出智能化技術(shù)在家居產(chǎn)品中的實(shí)用性。智能化技術(shù)為家居產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了新的設(shè)計(jì)方向，智能化家居產(chǎn)品從使用者需求出發(fā)，使智能化技術(shù)更好的為人們服務(wù)。

關(guān)鍵詞：智能化技術(shù);家居產(chǎn)品;自動(dòng)打包垃圾桶設(shè)計(jì);需求定位

中圖分類號(hào)：X705? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）25-0039-03

Abstract： The application of intelligent technology in the design of home products is explored， thereby improving the practical operability and convenience of the product. Taking the smart home automatic packaging garbage bin design as an example， the design is carried out in four aspects： function， working principle， ergonomics and product structure. Based on the physiological and psychological needs of users， the practicality of intelligent technology in household products is proposed. A new design direction for home product design is also provided. Based on user needs， intelligent technology will be improved to better serve people.

Keywords： intelligent technology; household products; automatic packaging garbage bin design; demand positioning

引言

智能化設(shè)計(jì)一直是研究的熱門話題，其應(yīng)用也在生活中隨處可見。隨著智能化家居產(chǎn)品越來越多地出現(xiàn)在人們的生活環(huán)境中，家居產(chǎn)品的智能化設(shè)計(jì)也越來越受到人們的關(guān)注。本次研究的方向便是針對(duì)目前的家居智能垃圾桶產(chǎn)品，設(shè)計(jì)出一款基于垃圾收集處理的自動(dòng)化，減少人在存取垃圾過程中接觸細(xì)菌的可能性的自動(dòng)打包垃圾桶，從而方便使用者處理垃圾。

1 智能技術(shù)在垃圾桶中的應(yīng)用

目前智能垃圾桶的智能化程度并不高，本質(zhì)上還是一個(gè)用來儲(chǔ)存垃圾的桶。其智能的方面是在原有的垃圾桶基礎(chǔ)上加上了紅外線感應(yīng)開蓋和密封功能。

紅外線感應(yīng)功能的原理很簡單，運(yùn)用紅外線感應(yīng)技術(shù)，當(dāng)人的手處在感應(yīng)范圍內(nèi)時(shí)（比如10cm左右）垃圾桶蓋便會(huì)自動(dòng)打開，以此延伸的也有多種開蓋模式，如翻蓋式、側(cè)拉式等。密封功能就是采用全密封設(shè)計(jì)，防止垃圾異味發(fā)散。

目前國內(nèi)智能化最高的垃圾桶便是小米的“拓牛”智能垃圾桶，它在現(xiàn)有智能垃圾桶的基礎(chǔ)上，增加了自動(dòng)打包功能。具體的工作原理便是通過運(yùn)用垃圾袋的塑料特性，加熱熱封垃圾袋口。

2 現(xiàn)有的自動(dòng)打包技術(shù)分析

自動(dòng)打包技術(shù)的研究是近些年才開始的，目前已有的技術(shù)大多可以歸為三類：借助輔助工具的半自動(dòng)打包、旋轉(zhuǎn)打包和熱封打包。

2.1 借助輔助工具的半自動(dòng)打包

傳統(tǒng)形式上的手動(dòng)打包僅僅是靠人力將垃圾袋打包，但經(jīng)過開發(fā)，目前也研究出了除依靠手完成部分動(dòng)作外，主要靠機(jī)械部件將垃圾桶打包的技術(shù)。

比如，中國在之前有一項(xiàng)專利是垃圾桶桶口具有收口缺口、雙面膠帶和刀片，當(dāng)需要清理垃圾時(shí)，將垃圾袋的邊口向上提起，拉動(dòng)垃圾桶內(nèi)桶的收束裝置，在拉動(dòng)的同時(shí)旋轉(zhuǎn)袋口，而使該袋口束緊于缺口內(nèi)，并有刀片切割出一段雙面膠帶，粘貼在袋口后，通過雙面膠特性，旋轉(zhuǎn)封住袋口，完成打包工作。

2.2 旋轉(zhuǎn)打包

旋轉(zhuǎn)式打包垃圾桶發(fā)展較早，尤其是在國外，技術(shù)已相當(dāng)成熟，但隨著中國在這方面越來越關(guān)注，國內(nèi)也已有部分研發(fā)。其主要原理是，固定袋口或者袋身，然后通過機(jī)械傳動(dòng)，旋轉(zhuǎn)其中一方實(shí)現(xiàn)打包。

如，德國的一項(xiàng)技術(shù)是在筒口設(shè)置壓緊環(huán)，當(dāng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)垃圾袋袋口轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)打包。不過，這種打包方式效率十分的低;中國早期的一項(xiàng)發(fā)明專利為，在桶口設(shè)置半圓鐵環(huán)，通過兩鐵環(huán)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，可帶動(dòng)垃圾袋的扭轉(zhuǎn)。

2.3 熱封打包

當(dāng)手動(dòng)打包與旋轉(zhuǎn)打包已無法滿足現(xiàn)代人的需求時(shí)，于是更加智能化、便捷的熱封打包垃圾桶便應(yīng)運(yùn)而生。熱封打包主要依靠一對(duì)熱封部件，依據(jù)塑料袋特性將垃圾袋袋口熱封。

德國發(fā)明了一款自動(dòng)打包垃圾桶，該垃圾桶中安裝有抽氣裝置，當(dāng)垃圾袋到達(dá)一定量后，抽氣裝置將垃圾袋抽真空，然后通過設(shè)置在垃圾袋袋口兩邊的熱切片熱封，使得能最小空間限度的打包垃圾。而日本的一項(xiàng)研究發(fā)明則為，在垃圾桶底部設(shè)置重力感應(yīng)裝置，當(dāng)垃圾袋中的垃圾到達(dá)一定重量時(shí)，位于垃圾桶內(nèi)桶中間的熱切片便相向運(yùn)動(dòng)，將垃圾袋口熱封。

不過，無論是半自動(dòng)打包還是旋轉(zhuǎn)打包，包括目前打包效率最高的熱封打包技術(shù)，都存在著一定的局限性，前兩者要求人參與的動(dòng)作較多，而熱封打包則需要考慮塑料垃圾袋特性以及其他等諸多因素，因此也會(huì)有不少的缺點(diǎn)。

3 運(yùn)用形態(tài)分析法進(jìn)行方案研制

形態(tài)分析法是一種常用的組合發(fā)明法，是把所需要解決的問題分解成若干個(gè)彼此獨(dú)立的要素，然后用網(wǎng)絡(luò)圖解方式進(jìn)行排列組合，以產(chǎn)生解決問題的系統(tǒng)方案或創(chuàng)造發(fā)明設(shè)想的方法。

通過對(duì)家居自動(dòng)打包垃圾桶各功能組件的多個(gè)可行性預(yù)想方法的拆解，建立形態(tài)矩陣圖，如表1所示。

根據(jù)自動(dòng)打包垃圾桶的功能特點(diǎn)，以及結(jié)合產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、安全性和可行性等設(shè)計(jì)要素，最后得到最佳的方案：A1+B1+C3+D2+E3+F3。

4 自動(dòng)打包垃圾桶工作原理

圖1自動(dòng)打包垃圾桶的結(jié)構(gòu)剖視圖。當(dāng)按下自動(dòng)打包鍵1后，內(nèi)桶5的機(jī)械夾4會(huì)先將垃圾袋夾緊，然后底部帶傳動(dòng)8帶動(dòng)內(nèi)桶5的旋轉(zhuǎn)，將垃圾袋旋轉(zhuǎn)封口（袋口壓板2用來固定垃圾袋袋口，防止旋轉(zhuǎn)打包時(shí)打滑）。最后頂部的熱封裝置3工作，熱切片加熱，由帶傳動(dòng)帶向中間移動(dòng)，加熱袋口完成打包。

5 主要功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.1 按鈕高度與人機(jī)要素分析

使用者在輸入打包指令和處理垃圾袋時(shí)，大多都需要進(jìn)行彎腰動(dòng)作（少部分半自動(dòng)打包垃圾桶采用踏板式機(jī)械結(jié)構(gòu)，這里不做研究），而頸椎是這個(gè)動(dòng)作的承受者，研究表明當(dāng)人的頸椎處于平直狀態(tài)時(shí)對(duì)腰椎的傷害最小。腰椎的活動(dòng)范圍在脊柱中處于中等，比頸椎小但比胸椎大，使用者常見的動(dòng)作為前屈動(dòng)作，最佳范圍為30°～45°之間。參考站立時(shí)臂及范圍：

假設(shè)立姿手高高度H=75，前屈角度α=45°，設(shè)操作臺(tái)界面高為Χ，則：

同理，當(dāng)前屈角度α=30°時(shí)，

5.2 紅外線感應(yīng)開蓋

家居自動(dòng)打包垃圾桶的設(shè)計(jì)中采用LS-2W微功耗紅外線反射型感應(yīng)開關(guān)，當(dāng)感知到15cm范圍內(nèi)有東西存在時(shí)，會(huì)發(fā)射并接收信號(hào)，通過控制電板做出開蓋反應(yīng)。并且有兩種開蓋模式，長按打包按鍵，聽到“叮”一聲為長時(shí)間開蓋模式，再次長按打包按鍵會(huì)關(guān)閉蓋子并回到正常模式。

5.3 重力感應(yīng)裝置

考慮到垃圾過滿會(huì)影響打包效率，并且用戶在垃圾桶的使用過程中容易忽視這點(diǎn)，所以在垃圾桶底部安裝有重力感應(yīng)開關(guān)，當(dāng)桶內(nèi)垃圾積攢到一定重量后，會(huì)自動(dòng)觸發(fā)電路開關(guān)然后，進(jìn)行自動(dòng)打包并且會(huì)報(bào)警提示使用者。

5.4 旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)運(yùn)用帶傳動(dòng)原理，小型電機(jī)提供動(dòng)能，通過履帶帶動(dòng)軸承的旋轉(zhuǎn)（軸承頂部焊接有齒輪），頂部的齒輪與垃圾桶內(nèi)桶底部契合，從而帶動(dòng)內(nèi)桶的旋轉(zhuǎn)，如圖2所示。

5.5 機(jī)械夾結(jié)構(gòu)

機(jī)械夾放置在內(nèi)桶里面，靠緊內(nèi)桶內(nèi)壁，底部由荷葉結(jié)構(gòu)連接。當(dāng)發(fā)出自動(dòng)打包指令后，機(jī)械夾會(huì)首先夾住垃圾袋，防止旋轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，如圖3所示。

5.6 熱封打包結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

熱封打包同樣運(yùn)用帶傳動(dòng)原理，小型電機(jī)提供動(dòng)能，履帶帶動(dòng)兩個(gè)熱切片向中間移動(dòng)。熱切片由耐熱塑料包裹，頭部為導(dǎo)熱鋁片，當(dāng)發(fā)出打包指令后，熱切片加熱，同時(shí)帶傳動(dòng)帶動(dòng)兩個(gè)熱切片向中間移動(dòng)，熱封垃圾袋袋口，如圖4所示。

6 結(jié)束語

隨著技術(shù)的發(fā)展，智能產(chǎn)品充斥人們?nèi)粘Ｉ?，?chuàng)造了一種更美好、舒適、便捷的生活方式。利用智能化技術(shù)，生活上可以給使用者帶來更多的便利。目前家居自動(dòng)打包垃圾桶產(chǎn)品雖仍存在一些問題，但隨著未來技術(shù)的更新，垃圾桶會(huì)向著更方便和衛(wèi)生的方向發(fā)展，結(jié)合目前的掃地機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)掃垃圾和處理垃圾一體化;與智能語音結(jié)合，使其更具智能化等等，相信在不久的以后這些都是可以實(shí)現(xiàn)的。

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