高樓層樓口可自動裝卸垃圾系統*

戴宏偉，王雄志，方燈，章夢蝶，張楨楨，齊劍平

高樓層樓口可自動裝卸垃圾系統*

戴宏偉，王雄志，方燈，章夢蝶，張楨楨，齊劍平

（湖北汽車工業學院機械工程學院，湖北 十堰 442002）

樓道垃圾難以清掃、高樓層直接朝窗口扔垃圾而導致人員受傷、底樓層垃圾遍地而發臭、規模宏大的生活廣場找不到垃圾桶的問題一直是一個城市的痛點也是難點。為解決高樓居民因垃圾而存在的各種問題，設計了一種專門應對高層居民樓、寫字樓、規模宏大的生活廣場的垃圾清理系統，實現定點定時，定位應急的垃圾清掃系統，并且具有一定的可操作性，如觀測到存在垃圾，便可以點開app，智能垃圾桶便自動前來，后與垃圾管道對接運輸垃圾。如果能夠大面積推廣，可以極大的便利我們日常生活的便利，從一定程度上面提高我們的生活水平。

高樓垃圾；清理；管道運輸；智能化

引言

現代社會發展迅速，高樓也隨著社會的進步在逐漸增多，各式各樣的生活廣場也豐富著人們的生活，人們的生活水平不斷提高。放在科技發達的現代，高樓垃圾運輸以及廣場垃圾桶不好尋找是高樓和生活廣場存在的問題。目前我國高樓并沒有出現一套完整的自動清理垃圾系統，高樓垃圾與居民生活水平矛盾突出。

1 高樓現有垃圾清理方式及裝置分析

當高樓居民產生生活垃圾時，部分垃圾分布在樓道，而高樓樓道垃圾難以清掃，不僅給物業帶來清潔負擔，而且同時使居民生活環境變差，居民幸福感下降，與此同時，高樓垃圾也影響著人們的安全，近些年來，高樓層直接朝窗口扔垃圾而導致人員受傷、底樓層垃圾遍地而發臭的事件時有發生；高樓扔垃圾不僅存在安全隱患，且扔垃圾后底層綠化帶垃圾遍地，清潔員工不好打掃，費時費力。

當人們行走在寫字樓和規模宏大的生活廣場時，需要扔垃圾而找不到垃圾桶從而導致隨意亂扔，或是垃圾不能定時定點的排放垃圾而導致氣味難聞。目前，現實生活中解決高樓或寫字樓與大型生活廣場垃圾清理排放問題的方法主要有3種：1）第一種是垃圾每日由每層居民自行通過電梯或樓道攜帶到樓下指定地點，其主要缺點是在攜帶垃圾的同時在電梯或樓道因包裝不嚴實，或是垃圾袋不結實導致垃圾灑落在地，產生刺鼻氣味，其中整個過程對居民而言是一項比較繁瑣的工作。2）在樓道放置垃圾桶[1]，之后通過清潔員工統一打掃收集垃圾，再將收集的垃圾通過拖或挑、提的方式對垃圾進行搬運，最終統一運往垃圾場。該方法在樓道放置垃圾桶，清潔員工的統一收集不能很好的解決垃圾分類環保問題，另外清潔員工不好拿取清掃垃圾桶，需要通過倒泄等方式的清掃方法，會存在發臭液體的泄露，使樓道產生一股刺鼻氣味；同時垃圾堆滿垃圾桶而導致發臭[2]。3）在高樓建立垃圾投放管道，在整個樓層建立專用于垃圾運輸通道，當高樓居民需要扔垃圾時，只需要將垃圾直接從管道口扔下去，垃圾通道這一清理裝置雖然方便了高樓居民對生活垃圾的處理，節省了人力，都是垃通道內容易堆積堵塞，滋生病菌，到炎熱的夏季還容易引起火災，這是其主要缺點，也是這種清理方式被淘汰的主要原因。針對這些方式的不足，為此本文設計了一種改進后的垃圾清理系統——高樓樓口可自動裝卸垃圾系統，在為居民省時省力的同時也保證了居住環境和居民安全方面的要求。

2 高樓樓口可自動裝卸垃圾系統的版塊設計

整個裝置可分為智能垃圾收集單元—智能行走垃圾桶、垃圾運輸通道單元，智能垃圾收集單元包括智能行走垃圾桶和垃圾桶更換口，用于收集各層用戶或大型廣場的生活垃圾，同時智能行走垃圾桶可自動感應開蓋和自動關閉，用戶在需要投放垃圾時只需操作手機上安裝的控制app便可以讓垃圾桶來到用戶身邊，解決了垃圾桶不能移動而導致用戶因垃圾桶而隨意扔垃圾的行為；裝置中的垃圾運輸單元包括升降平臺、垃圾桶更自動裝卸機構，用于完成對各樓層垃圾收集單元運輸及裝卸工作；此裝置集智能判斷、自動清理及運輸功能于一體，力求改善樓層環境衛生，節省勞動力，提升工作效率，是一種創新型智能化高樓垃圾清理系統。

整個垃圾清理流程及運輸圖為圖1，當聲波傳感器檢測到垃圾桶4裝滿后，垃圾桶4則自動通過垃圾桶更換口2歸位到垃圾運輸通道單元3，此時垃圾運輸通道單元3上可承載垃圾桶，經過整個運輸通道的升降，使在運輸通道單元3上的垃圾桶向下運輸，運輸到下面集中處理后，因整個運輸系統為循環結構，此時當垃圾桶內垃圾清理完成之后，可通過運輸通道重新回到原初樓層口，為居民用戶提供裝垃圾服務。其中還可根據其清潔工人在樓層下的集中清理的時間規劃設計樓層垃圾桶定時運輸的時間，為整個過程提供簡便安全的服務。

圖1 1.樓層墻壁；2.垃圾桶更換口；3.垃圾運輸通道單元；4.智能垃圾收集單元

2.1 智能垃圾收集單元—智能行走垃圾桶

智能行走垃圾桶內部含有監測垃圾桶內垃圾高度的聲波傳感器，通過監測垃圾高度來平衡垃圾桶是否裝滿的情況，當傳感器檢測到垃圾桶滿了的情況時，則可自動回到更換口位置歸位。其中可設置添加煙霧檢測報警器，實時檢測垃圾桶內情況，有效防止火災的發生。

整個的操作過程，用戶只需在手機上操縱APP應用軟件，即可通過手機藍牙或手機語音控制垃圾桶做前后左右的移動。通過安裝在垃圾桶蓋上的熱釋電傳感器，用戶可以實現對垃圾桶蓋進行非接觸式的開啟或關閉動作。智能垃圾桶在移動的過程中通過超聲波模塊進行距離檢測，具有自動避障的功能。當垃圾桶內有異物燃燒時能進行語音報警。具有自動尋源功能，行走過程中采用A*算法進行路徑規劃，速度調節采用PID控制，利用Ziegler-Nichols進行參數整定。通過紅外線傳感器檢測到障礙物并繞開障礙物，找到信號源的位置，準確來到用戶身邊，具有智能化與人性化的特點。當完成垃圾收集之后，即可通過垃圾[3]。

2.2 垃圾運輸通道單元

垃圾運輸通道單元包括升降平臺、垃圾桶更換機構和中間轉盤，用于完成對各樓層垃圾收集單元的更換，運輸工作，當運輸到最下層時，各垃圾桶則會擺放好，最后則在清潔員工的幫助下進行合理有序的的存放，等待垃圾車的到來[4]。

整個垃圾桶及運輸通道的裝置設計有效的避免了平臺垃圾通道的垃圾下墜、通道堵塞以及安全性方面的問題，也能夠避免垃圾在垃圾桶內囤積而產生異味導致衛生環境變差的問題，同時也節省了人力，方便了居民。

圖2 垃圾運輸通道單元設計布圖

3 結論

本項目設計的高樓高樓層自動裝卸垃圾系統充分利用了物聯網技術、自動控制技術，其垃圾桶創新之處在于讓垃圾桶可以根據用戶需求自由行走，解決了普通的垃圾桶固定安放的弊端問題，在行走移動的過程中能夠實現自動避障的功能。該垃圾桶具備有煙霧報警，感應開蓋和閉合等功能，用戶根據需要可以通過手機端和語音控制其自由活動，實現了人與物、物與物的互聯互通。其高樓垃圾運輸通道其運用了簡單的循環集成技術，其創新之處在于能夠讓運輸垃圾桶集中處理垃圾，也能夠讓垃圾桶通過循環運輸回到原始樓層，避免混淆，同時通過其循環系統能夠將各樓層的垃圾桶統一集中到最下層處理，給清潔員工帶來了諸多方便，使清理垃圾更加便利，簡單。整個裝置利用現代技術解決現高樓層或大型廣場垃圾收集及處理問題，充分體現出科技改變生活，為智能家居、智慧城市的未來發展提供了新的思路。

[1] 唐玉儒,郭藝璇,韓曉威.對高樓垃圾清理方式及相關清理裝置的分析[J].科學與財富,2015.6.17.

[2] 魏斌.樓梯成了垃圾場[J].南風窗,1996(05):40.

[3] 熊鳳,羅謐,代旺旺,楊榮.一種基于物聯網的智能行走垃圾桶的設計[J].電子制作,2019(07):42-45.

[4] 田莉莉,韓程宇,王國梁,唐玉儒,江濤,劉帥,孟子涵,王帥.一種高樓垃圾監測及運輸清理一體化系統[P].中國專利,ZL201420603071. 6 2014.10.20.

Automatic Garbage Loading and Unloading System at the Entrance of Highrise Building*

Dai Hongwei, Wang Xiongzhi, Fang Deng, Zhang Mengdie, Zhang Zhenzhen, Qi Jianping

( School of Mechanical Engineering, Hubei University of Automotive Technology, Hubei Shiyan 442002 )

It is difficult to clean the garbage in the corridor, the high-rise buildings throw the garbage directly at the window, which leads to personal injury, the garbage in the bottom floor stinks everywhere, and the large-scale life square can not find the garbage can, which has always been the pain point and difficulty of a city. In order to solve various problems of high-rise residents due to garbage, a garbage cleaning system is designed to deal with high-rise residential buildings, office buildings, large-scale living squares and other garbage, to realize fixed-point timing, positioning emergency garbage cleaning system, and has certain operability, such as observing the existence of garbage, you can click the app, the intelligent garbage can automatically come, and then with garbage The pipeline is connected to transport garbage. If it can be widely promoted, it can greatly facilitate our daily life and improve our living standards to a certain extent.

High building waste; Cleaning; Pipeline transportation; Intellectualization

A

1671-7988(2020)24-45-03

戴宏偉（2000-），男，漢族，湖北荊州人，本科在讀，研究方向：機械設計制造及其自動化。通訊作者：齊劍平（1977-），男，本科，實驗師，就職于湖北汽車工業學院，研究方向：機械設計制造及其自動化。

TP319

A

1671-7988(2020)24-45-03

湖北汽車工業學院2019大學生創新創業項目（項目編號：DC2019022）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.015

CLC NO.: TP319