基于深度學習的智能垃圾桶結構設計

周 鑫，路 賽，王露露，付文鳳

（鄭州科技學院信息工程學院 河南 鄭州 450064）

1 引言

近些年國家大力推進垃圾分類的實行，垃圾分類被提上生活日程[1]。認識垃圾、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出來。

2 垃圾桶的現狀

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習的垃圾桶具有很高的現實意義。

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，在空間中進行分割，形成多個空間，滿足對垃圾分類的需求，同時設置有自主分類功能，為使用者進行分類識別，對應分類模塊響應，打開對應的蓋子，使用者只需要將垃圾放到識別攝像頭前，識別后進行投放即可。

3.2 審美需求分析

外觀設置為圓筒狀，大幅降低占地面積。垃圾桶設置內外兩層，內外桶壁形成單獨的回收倉，運用套娃的思想對整體桶部結進行設計。

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，提高桶內空間利用率。且提出相關設計方法，一桶多分，并可根據桶內各模塊垃圾填充狀態，進行自動調節桶內空間分配布局。

3.4 生理需求

針對使用人群的需求，提出功能需求，準確識別快速分類。且提出相關設計方法，自動識別，自動打開，語音播報，危險辨識，實時信息反饋網端。

3.5 安全需求

針對環衛工人的需求，提出功能需求，易清潔夜晚可視。且提出相關設計方法，壓環和鉤子相配合，桶部可發光照明。

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（回收率高）。提出相關設計方法，設計為拼裝結構，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，環境清潔，易拾取。且提出相關設計方法，設置單獨回收瓶子箱子的模塊，且設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 垃圾桶結構設計的新穎點

4.1 套娃思想的運用

整體空間由內外桶壁和桶蓋包裹構成，分內外兩個桶。內桶進行分隔設計，將圓形的內筒分隔成多個扇形格子，滿足垃圾的分類需求，格子的個數可以根據需要進行自我調整，最大分隔的格子數為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。外桶則套在內桶外，內外筒壁構成圓環狀單獨回收倉。

4.2 分桶葉片的卡點以及角度移動設置[2]

當分類模塊的其中之一，因垃圾填充過度達到傳感器反饋范圍，進而作用于舵機控制分桶葉片在內桶的移動，達到根據實時填充狀態，進行桶內空間自動調控功能。

4.3 桶底空間設計

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著腦子內的一切，即使不小心碰倒也不必擔心會因高度造成的硬件損傷，因為它的高度僅幾厘米。

4.4 桶蓋設計

桶蓋分內桶蓋和外桶蓋兩部分，內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，并環繞在內桶蓋周圍。內桶蓋上有與的分類模塊對應的桶口，當垃圾桶處于休眠時是閉合的，工作時喚醒，對應的垃圾口打開。針對改變桶內垃圾分格后，桶口和相應垃圾分類模塊對應的問題，設置在垃圾桶上的主控面板進行人工調節。外桶蓋的滑軌只有180°的空間是可以隨意移動的，當對應的空間裝滿后，外桶蓋滑軌骨架會調整180°方向。

4.5 外觀設計

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

4.6 整體結構設計

整體上采用拼接的設計，由多個部分拼接而成，這樣避免安裝和遠距離移動帶來的裝卸以及運輸困難，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 風光互補輔助設計

增加風力發電、太陽能發電的輔助設計，使它不需要人工充電也能長久工作，不占用城鎮生活公共能源。

5 各結構選材

內、外桶材料選擇，戶外或者城鎮馬路上采用不銹鋼材質或者玻璃鋼，可以防止在戶外被腐蝕，同時也不易變形。不銹鋼的選型：常規的304不銹鋼即可，使用年限長久，滿足城鎮的變化需求。室內的放置則根據地區的不同選用304、201或者塑料材質。

扇葉采用玻璃鋼或鍍鋅板進行加工，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打印技術進行打印。

其余部分均可采用標準件進行組裝。

6 設計路線

6.1 實用性為前提

加入智能化的功能使得設計的本身更符合現代生活進步的需求。通過圖像識別進行分類，以STM32為主控，運用NB-IOT物聯網技術構建一個智能化的設備。結構上通過套娃思想的一桶多分式，配置可調節桶內分類模塊的空間的分桶葉片，進行空間分配調控。

6.2 空間利用為主要目的

將內桶進行劃分，加入空間“均衡”分配功能，增大空間利用率，能夠自動調整。

7 總結

生活中垃圾分類是不得不重視的一部分，減輕垃圾分類的負擔，做好垃圾的回收與處理已經是必不可少的課題研究。智能垃圾桶的出現能做到識別-分類-投放-回收，最后人工進行特殊處理。只有識別與分類做好，后面的步驟才能更加方便[3]。