一種新型智能掃地機器人的設計方案

危郭先 陳鑫

摘 要：隨著5G 時代的來臨，萬物互聯的浪潮已經悄然遍布我們的生活。智能化的終端設備必然成為未來到來的鋪墊。因此，對于垃圾桶智能化方案的研究，提供一種與掃地機器人結合的智能化解決方案十分有必要，通過設計垃圾桶的結構，使其能自動感應開蓋，鋪設和封裝垃圾袋，提醒清倒垃圾和作為掃地機器人的充電座。新型智能掃地機器人提高家居智能化水平，讓生活更加智能。

關鍵詞：垃圾桶;智能化;掃地機器人

0 引言

隨著城市人口的增長，家居生活的質量需求也在逐步提高，對于垃圾桶這樣的工具來說，已經是人類生活的必須品。在科技的進步下，智能化的家居產品是市場發展的趨勢，通過對智能垃圾桶市場前景的分析，多數傳統垃圾桶行業都推出了各自的智能感應垃圾桶，這必將是智能垃圾桶發展的趨勢。購買家用智能感應垃圾桶也必將成為老百姓的消費習慣。對垃圾桶的容量、防止異味逸出和回收都是對垃圾桶亟需創新和改進的方向，為此我們研究性的提出關于智能垃圾桶與掃地機器人的結合，開發新的改進思路。

1 外觀設計

1.1 整體外觀

通過掃地機器人和智能垃圾桶相結合，在已經智能化的掃地機器人的基礎上讓垃圾桶的外觀設計更具有現代感和科技感。簡潔扼要的造型，讓產品于環境中不顯得突兀。硬朗的風格體現出干凈利落的風格，也更能凸顯家居設計的科技感。

1.2 結構組成

由圖2所示，整體功能集中在內桶和蓋子上，將垃圾桶設計成兩層的結構方便清理和隔離元件。在外殼下端有掃地機器人充電樁和灰塵托盤。主要由以下三個模塊構成：

1.吸風罩、鋪袋風扇組成自動鋪袋模塊;

2.熱塑封壓桿、滑動壓縮塊、驅動電機組成封口模塊;

3.桶體集成充電裝置組成掃地機器人充電模塊。

2創新功能設計

2.1自動開關桶蓋

在桶體上集成有紅外感應模塊和語音識別，在有人靠近想要扔垃圾或者發出語音指令的時候，主控系統通過紅外模塊將識別到的數據，傳送給MCU進行處理，將數據傳送給舵機模塊控制舵機的運動。就會快速的響應并打開垃圾桶蓋，可以在遠處喚醒投入垃圾桶，垃圾桶蓋邊緣斜面內滑的設計也讓垃圾更方便準確的入桶。紅外識別器的高度差不多到一般人的膝蓋處，在雙手無法使用時，彎腿就可以實現自動開蓋。

2.2自動打包換袋

垃圾桶內部左側設置了一個風扇，在自動換袋時，開始工作把桶內空氣由背部的出風口抽出，抽出過程中，垃圾袋會因為氣壓原理垃圾袋會這個貼到垃圾桶內壁上完成自動換袋操作。

2.3掃地機器人

掃地機器人完成清掃任務之后，或是在低電量的情況下，根據自動尋路，回到垃圾桶的底部，通過充電座進行充電。并且在充電的過程中可以將已經收集的垃圾轉到灰塵托盤中，進而方便用戶清理。而且將一部分的連網模塊集成到垃圾桶的電池芯片盒內，可降低掃地機器人的功耗比，也能簡化兩者的操作。

還可以將掃地機器人進行模塊化個性定制設計。滿足不同家庭的需求。實現更多功能。

2.4智能聯網

本產品通過物聯網模式進行手機操作可以實現遠程控制，可以出門在外用手機設定掃地機器人的工作時段，接收垃圾桶的信息提示、垃圾桶電池、垃圾容量和掃地機器人等信息。

數據通過數據傳輸模塊傳送到平臺，然后再由平臺傳送到手機APP。智能垃圾桶上電后開始初始化，檢測各個設備是否正常，然后發送指令，然后通過數據傳輸模塊連接云平臺。紅外檢測模塊開始工作，如果檢測到紅外信號，紅外傳感器將數據傳送到MCU，MCU再將處理的數據傳送到舵機，實現開蓋與關蓋功能，如果桶內傳感器檢測到垃圾桶桶裝滿，將會發送數據到手機APP端進行通知，同時關閉桶蓋。

2.5創新結構

此產品由兩層桶構成，主要的功能實現需要空間，兩層結構剛好能夠為這一問題提供良好的解決方案。第一提供了元器件的安裝及工作空間也能夠起到很好的隔離作用，不會讓異味逸出，獨立的垃圾存儲倉也更方便后期的清潔。

垃圾桶的活動蓋分為兩層，一層是實現自動開蓋功能的，還有一層留有垃圾袋存儲空間，省去頻繁更換垃圾袋的步驟。這樣也能更好的防止異味逸出。

下部的掃地機器人充電處，結合灰塵托盤，在掃地機器人多次工作后才需要進行一次清理，大大減少了掃地機器人人工清理的次數，同時也節省了部分空間。

3實現流程

智能垃圾桶具體硬件模塊分為單片機最小系統、人體感應電路模塊、紅外感應模塊、舵機驅動模塊和電源電路模塊。對整個系統起邏輯控制作用的是本設計的主控模塊，它是整個系統最重要的組成部分，也是整個系統的核心。

采用比較可靠的芯片搭載系統，提供紅外感應和語音識別功能模塊，包括Wi-Fi智聯。連接云平臺，由云平臺傳輸信息到手機APP。同樣通過手機APP也能將數據傳輸到云平臺，再由云平臺對智能硬件發出指令。在人機直接交互時，直接命令具有優先性。信號通過芯片處理對舵機進行命令使其進行工作。從而達到命令的目的。

4 總結

一般常見的掃地機器人和垃圾桶在日生活的使用上存在一些問題，為探究解決這些問題，為我們帶來全新的智能化家居簡單新體驗，就需要對原有的進行創新。物聯網是未來幾年的發展趨勢，抓住物聯網才能在將來有所發展。本文對智能垃圾桶做了細致全面的分析和介紹，幫助人們更好地了解智能垃圾桶的功能。提供的這些創新解決方案應該能為傳統垃圾桶的智能起到作用。

在網絡飛速發展的時代，跟隨它的浪潮，改變生活改變自我，未來的世界必將在這浪潮之中沖刷，留下的必定是創新和品質。

參考文獻：

[1]劉洪吉， 王金容， 柯子昂. 全方位智能家居垃圾桶的研究和設計[J]. 大眾標準化， 2019， 000（012）：16，18.

[2] 葛曉彤， 陳西凝， 王睿，等. 淺談智能垃圾桶的發展與工作原理[J]. 科技創新導報， 2019， 000（004）：240-240.

[3]賈博文.室內智能垃圾桶設計[J].電子技術與軟件工程，2018（23）：95.

[4]朱鈺磊，程曉茜，莊瑤.基于家居式的智能垃圾桶設計[J].農村經濟與科技，2017，28（04）：278+280.

[5]周慧珺，許錦標.新型智能垃圾桶的設計方案[J].廣東工業大學學報，2006（03）：85-88+94.

[6]秋葉夏風.版權聲明：CSDN博客.基于物聯網的智能垃圾桶設計

[作者簡介] 危郭先（1999-），男，湖北荊州人，本科，武漢商學院機器人工程專業;主要研究方向：工業機器人系統集成;

[通訊作者] 陳鑫（1988-），男，湖北武漢人，碩士，武漢商學院教師，工程師;主要研究方向：工業機器人系統仿真，視覺識別。

[基金項目] 武漢商學院2020年大學生創新創業訓練計劃，項目號202011654020 名稱：智能掃地機器人。

（武漢商學院機電工程學院 ?湖北 ?武漢 ?430056）