智能分類垃圾桶設計

隨著城市化進程的加快和人們生活水平的不斷提高，各種多元化的商品及生活用品蜂擁而至，使生活垃圾的日益增多，從而導致環境的污染問題日益嚴重

。目前生活垃圾沒有完全實現分類且主要處理方式為填埋，這種處理方式不但處理費用較高，而且還會對環境造成很大的影響

。根據研究表明，城市居民的垃圾分類意愿和行為存在較大的差異，愿意參與垃圾分類的比例（82.5%）明顯高于實際參與垃圾分類行為的比例（13%）

。人們不清楚明確分類的標準，很難實現理想中的垃圾分類。如何實現垃圾的自動分類成為目前亟需解決的問題。

1 智能分類垃圾桶設計的現狀及存在問題分析

1.1 設計現狀

隨著新結構、新材料和新技術的出現，為分類垃圾桶的設計提供了更廣闊的空間，尤其隨著人工智能技術的發展，現在越來越多的領域運用到人工智能，極大地便利了人們的生活

。將人工智能與日常生活中的產品相結合，成為高科技的智能產品目前設計的主流。智能分類垃圾桶可以利用智能技術幫助人們進行垃圾的自動分類，引領行業的新趨勢。

目前垃圾分類所涉及的計算機視覺技術包括圖像拍攝、圖像處理、圖像識別、圖像分類、控制分揀、實時查看等

。當前的研究現狀是計算機視覺技術已經相當成熟，一些公司在計算機視覺領域已經有了深厚的積累，美國 Intuitive AI 公司推出的Oscar智能垃圾分類系統，在進行垃圾識別后會告知用戶如何處理，并對用戶的行為進行判斷，如果正確則會有一定的激勵措施，使人們形成良好的垃圾分類意識

。

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1.2 問題分析

目前分類垃圾桶受到容量和功能的影響，外形普遍較大，使用場所絕大部分設置在室外，產品造型精細性較差；一些垃圾桶為了防異味，會在投放口處設置蓋子，有些蓋子會安放把手，但這樣增加了接觸細菌的概率。放置于室外的垃圾桶還會受到自然天氣的影響使表面被污染，金屬殼體在沒有來得及清理的情況下可能會被腐蝕，利用人工經常清理并不合理。另外，一些帶有電子屏幕的設備長期放置在室外會增加維修成本，例如更換電池、日常檢修等。現在使用的分類垃圾桶如圖1 所示。

2 智能分類垃圾桶設計原則

2.1 人性化原則

3.2.2 色彩

2.2 實用性原則

材料選擇上要與功能搭配，例如，內膽需要選擇能夠抗腐蝕、有一定承重能力的材料，保證產品的使用壽命。公共垃圾桶在設計時應便于投放或者清除垃圾，防止有液體流出，室外的垃圾桶要有防曬措施，防止日曬雨淋使其內部垃圾變質散發臭味，影響環境

。

2.3 系統性原則

產品的每個功能之間都要有聯系，完成指令的時候需要多個功能配合，這些功能和承載功能的結構就形成了一個系統，一個產品中由多個子系統構成整體。產品之間的功能都具有依存關系和主次關系，例如識別裝置，上方的攝像頭負責識別功能，整體可以在軌道上移動完成運送功能，到指定位置后小門開啟使垃圾掉落。

2.4 語義性原則

產品語義可以傳遞信息，表達出產品的象征性。產品外觀一般都會有覆蓋面積比較大的一個基礎色，還會有幾個裝飾色對產品進行美化，可以利用不同的顏色、形狀來區分不同的結構。重要操作部位可以用鮮艷明亮的或者是與基礎色對比強烈的顏色來突出，例如箱體上的四個分類標識和觸控按鍵都可以選用明黃色，相同功能的部件也可以用相同的顏色和材料，增強整體感。

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3 智能分類垃圾桶設計的思路

實現垃圾的智能分類，可以將投入的垃圾進行自主識別分類并按照標準收集，實現無接觸投放垃圾，保證衛生安全，沒有異味散發，同時附帶自動收集和換袋的功能，主要在機場、車站等大型的室內公共場所供人們使用。

3.1 功能與結構

3)儲存功能。儲存功能是垃圾桶的基本功能之一，內膽的大小和材料都會影響儲存功能。

3.1.1 功能

3.1.2 結構

3.3.1 材料

2)分類功能。垃圾桶的內部設計有多個內膽，每個內膽對應儲存不同種類的垃圾，當識別出所屬種類后，機器會將物品運送到對應位置完成垃圾的投放。

茄子由營養生長向生殖生長轉變的關鍵期為開花坐果期，對營養物質需求十分強烈。要切實做好溫室大棚灌溉施肥工作，灌溉應該堅持少量多次的原則，注意做好田間排水工作，及時通風換氣，避免大棚的濕度溫度過高而引起土傳病害。茄子果實坐穩之后，植株生長、開花和結果對營養需求量更大，茄子植株上下很容易出現爭奪養分現象，應該進一步增加施肥量，確保養分供給平衡，供給充足[1]。

功能和結構是設計過程中需要重點推敲的部分，產品是功能的載體，結構是功能的保障。有穩固的結構才能有優良的功能，安排內部零件之間的關系是基礎。

4)收袋、放袋功能。有小型加熱棒，按下按鈕后加熱棒通電加熱，到一定溫度時開始緩慢移動，使垃圾袋因為受熱粘連在一起，形成密封、打包好的袋子。通過負壓吸入的形式進行放袋，當底部的風扇工作時，風從內膽下方的通風口排出，使其內部形成負壓的狀態，將垃圾袋吸進，并貼附在內壁上，省時省力。

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5)密封功能。密封帶連接在殼體內部的軸上，可以隨著識別裝置的移動而移動。此外，在材質中添加活性炭，可以吸附異味。

3)收袋結構。上方有軌道供小型加熱裝置左右移動，可以將塑料垃圾袋開口處進行適當的加熱，當加熱裝置移動到盡頭時，垃圾袋開口就會粘到一起達到收口的作用，如圖7 所示。

6)移動功能。考慮到開門方式的便捷程度，門的范圍延伸到曲面，并且在底部加上滑輪，使滑輪直接和地面接觸，減少摩擦，打開門的時候更加方便、省力。

智能分類垃圾桶幫助人們解決了不知如何分類的難題。目前智能分類垃圾桶雖然部分帶有智能助手幫助用戶識別出垃圾的種類，但是還需要用戶進行一些操作，不夠便利，并且大部分的產品造型都過于生硬，不能帶來良好的用戶體驗，且與環境融合度較低。為了解決目前存在的問題，此次智能分類垃圾桶設計的主要功能如下。

結構合理才能保證產品的正常使用，應該合理地安排內部零件的位置、互相之間的關系、連接方式等。

復合材料和模具兩者之間的匹配程度在很大程度將會影響復合材料構件固化發生變形的程度，并且在這個成型過程當中發生應變還會引起其他構件固化之后的翹曲變形的情況發生，因此，相關工作人員一定要掌握好復合材料和模具之間的匹配程度。

1)識別裝置。識別裝置上方有可以自由旋轉的攝像頭，能更全面地掃描垃圾；前后兩端有突出的結構，配合外殼上的軌道電機驅動進行移動；下方是可以自由開合的門，當識別裝置確定垃圾所屬種類后移動到對應的內膽上方，門開啟、垃圾自由落下，如圖3 所示。識別裝置的移動功能原理利用感應自動門的結構，如圖4 所示，主要有電機、齒輪、驅動皮帶等。主要原理是電機驅動帶動齒輪，齒輪旋轉帶動皮帶運動，皮帶與突出結構相連，一系列的聯動使識別裝置能夠進行左右移動，如圖5 所示。

2)滾輪結構。在門的邊緣處與地面接觸的地方設置滾輪，減輕移動的阻力。滾輪嵌在門的外殼底部上，與側壁相連。為了不破壞整體效果，輪子不是全部裸露在殼體外，如圖6 所示。

根據“沒有免費的午餐(NFL)”定理，在任何優化問題中都優于其他算法的算法是不存在的。每個問題都有其獨特性，包括搜索空間、約束條件、目標函數等;不同的問題需要不同的算法，這取決于問題的性質和可用于計算的資源。同時，每個優化算法在整個搜索過程中的不同階段表現也不同，有些算法在優化過程的初始階段探索能力強，收斂速度快，但易陷入局部極小值；有些算法在優化過程的后期具有更好的挖掘能力，搜索范圍全面，但收斂速度慢；有些算法的探索能力、挖掘能力比較均衡，但算法本身穩定性欠佳。

4)負壓吸入。底部有風扇連在底板上，風扇位置處于底板和內膽之間。內膽角落有通風口，外殼底部有排風口。風扇排風使內膽內部形成負壓狀態吸附垃圾袋。將內膽的通風口設置在角落，這樣在吸附垃圾袋的時候可以使其貼附在內壁上，節省人力，操作更方便，如圖8 所示。

5)把手設計。門上的透明區域與豎直面有一定的夾角，會與外殼形成一個空間，既能起到裝飾作用又能充當把手。隱蔽的位置也能防止非工作人員開門，影響產品工作，如圖9 所示。

3.2 造型與色彩

現在人們對于產品的要求不僅是能夠實現某種功能，還包括產品帶來的心理感受。造型和色彩是產品外觀的表現形式，通過二者的配合能使產品的外觀給人賞心悅目的感覺。

3.2.1 造型

產品的造型設計在保證產品功能正常發揮的情況下，對產品進行美化處理。包括整體大小、形狀、各部件所在的位置，以及相對關系，最終確定的造型如圖10 所示。

從用戶角度出發，考慮產品使用中可能存在的問題，并針對突出的痛點進行解決。在智能分類垃圾桶的設計中，從垃圾投入、分類、收集到打包清理這一整個過程中都要考慮使用者的感受，優化使用體驗，令使用者能夠輕松上手并掌握基本的使用方法。應將垃圾投放口的位置設定在合適的高度，使用者投放垃圾時能夠快速找到投放口，不需要彎腰或抬舉胳膊就能將垃圾投入。還可以設置觸控面板，但需要選擇明亮的字符顏色，使工作人員操作時能夠看得清楚，防止誤觸。

在公共場所，暗淡的顏色會減弱產品的存在感，所以整體采用淡灰色，門和按鈕需要操控的部位采用白色，這樣能夠和其他部分區分開。側面的藍色燈帶增加了產品的科技感，與門邊上的燈帶相呼應。上下兩端的曲面顏色保持一致，屏幕上的圖標采用明亮的黃色，能突出顯示的文字，識別裝置改成黑色，這樣整體效果會更好。色彩方案采用土黃色、深藍色及深綠色，對識別裝置也采用對應的顏色，如圖11 所示。

3.3 材料與工藝

1)識別功能。智能分類功能是此設計的亮點，利用AI 識別技術及圖像數據進行實驗，系統以Gary Thung 和Mindy Yang 開發的垃圾圖像數據集為測試對象，在該數據集上能夠達到87%的準確率

，實驗數據結果如圖2 所示。配合攝像頭多方位旋轉，能夠更全面地掃描物體，從而得到清晰、真實的圖像，使識別準確率更高。

不同濃度地桃花提取物表現出對刺莧和稗生長初期不同程度的抑制作用。地桃花在我國分布廣泛且具有較強的生長能力和繁殖力，對地桃花提取物除草活性化合物的進一步研究，可為其作為一種天然的除草劑和生長抑制劑提供更科學的依據。

阿里捧著骨灰上了汽車。隨車上山安葬的只是親戚近鄰。羅爹爹去不了，讓羅四強替他去了。羅爹爹說：“你去幫老巴和阿東招呼阿里。也代我和你姆媽給巴嫂子上一炷香。”

考慮到垃圾桶整體外觀較大，需要外殼的材料強度較高，所以選擇ABS 作為外殼的材料。ABS 塑料有強度高、輕便、硬度大等優點，同時易清理，解決了垃圾桶容易臟、需要經常清理的麻煩；內膽采用鍍鋅板能夠防腐蝕、耐酸堿，能夠延長內膽使用壽命；軌道和軸需要采用碳素鋼，其鋼度強、硬度大；密封袋附加活性炭，其吸附能力強，能夠保證不散發異味，如表1 所示。

3.3.2 工藝

因為ABS 塑料的成型加工性好，可以采用注射成型的工藝，外殼上的孔洞可以采用側抽式的加工模具，或者在整體成型后再鉆孔打磨。成型方法是將原料和色母粒同時加熱，待材料到熔融狀態時再利用壓力把流動的材料注射到模具中，冷卻一段時間后再脫模，如圖12 所示。由于內膽壁厚較厚，將原材料直接沖壓成筒狀的容器會造成材料破裂，成品的物理性能不穩定，所以需要先將原材料沖壓或切削成片狀后再焊接在一起，表面經處理去除油污之后再鍍鋅，提高材料的抗腐蝕能力和使用壽命。

(4)重金屬元素基準值最高值分布在德州、淄博和棗莊3市，As，Cd在德州市最高，分別是全省土壤基準值的1.29，1.25倍；Hg，Zn在淄博市最高，分別是全省土壤基準值的1.38倍和1.14倍；其余重金屬元素(Cr，Cu，Ni，Pb)在棗莊市土壤中的基準值最高；Hg，Zn在青島市最低，Pb在東營市最低，其余重金屬元素(As，Cd，Cr，Cu，Ni)在威海市土壤中最低。雖然煙臺市重金屬元素含量相比較而言處于中等或偏低水平，但多數重金屬元素(As，Cd，Cr，Cu，Hg和Ni)的變異系數接近或大于0.4，說明重金屬元素含量分布不均，局部土壤含量高。

3.4 人機關系

在設計階段，還要考慮“人—機—環境”之間的交互，外形大小是否符合人體功能尺寸、人們在使用時是否方便操作、使用的條件是否與所處的環境符合、需要使用者操作的部分是否便于抓握或使用等問題，也要確保產品在使用過程中能夠滿足人們的心理需要。考慮到使用者扔垃圾的形式及立姿人機尺寸中的肘高，保證使用者稍微抬手就可以將垃圾扔到指定位置，將整體高度設置在這兩個尺寸區間范圍內，如表2、表3 所示。

考慮人在站立雙手自然下垂的高度來確定把手的高度范圍，方便使用者將門拉開，立姿人體尺寸如圖13 所示。

作為武漢市促進科技和金融結合改革創新的一項重要舉措，引導基金進入了快速發展期，在基金管理、基金定位、特色發展、讓利機制等方面積累了豐富的實踐經驗。但在發展過程中也存在規模過小、資金閑置、投后管理薄弱等影響基金效率的問題，下一步建議拓寬資金來源渠道，進一步擴大引導基金規模；優化基金設立流程、完善績效考核和激勵約束機制，提高資金使用效率；引進專業人才、強化投后管理，整合資源，提升增值服務水平。

通過數據調查，并參考實際垃圾桶尺寸和容量的關系，綜合產品外觀以及部件之間的關系，最后將產品的整體總高度定位980mm，把手高度為770mm。

4 結語

隨著國家逐步在試點城市推廣垃圾分類之后，部分人群對垃圾分類有一定的抗拒，最主要的問題就是不知道如何分類，經常被如何扔垃圾困擾。智能分類垃圾桶能夠解決垃圾分類的困擾，同時也緩解了生活垃圾處理難的問題，將棘手的問題交給人工智能處理，通過圖像識別達到自動分類，利用技術極大地減少了人力，實現真正的智能。因此，智能分類垃圾桶是順應當下環保政策的綠色設備。

[1]顧旺.我國城市垃圾分類處理問題研究[D].南京理工大學，2015.

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[4]周馮琦，張文博.垃圾分類領域人工智能應用的特征及其優化路徑研究[J].新疆師范大學學報（哲學社會科學版），2020，41（04）：135-144.

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