多功能子母垃圾桶装置的设计

王晨，刘春江，赵一凡，李卓伦，杨茜，李珊珊，孔德刚

摘要：家中垃圾桶太多，收集起来过于繁琐，针对此问题团队设计出了一种自动收集装置，该字母垃圾桶通过子垃圾桶放置、转运的方式统一收集到母垃圾桶中，能够大大提高收集效率，子垃圾桶可通过漆包线产生的电磁场确定自己的位置，母垃圾桶通过连杆装置构成的机械爪将子垃圾桶抓住，再由举升倾倒装置将垃圾倾倒在母垃圾桶中，实现自动收集。该装置结构简单，拆装方便，稳定可靠，适合广大居民居家使用。

关键词：智能家居；多桶收集；自主循迹

1 引言

在日常生活中，生活垃圾种类繁多，更多的家庭会放置多个垃圾桶在不同的地点进行收集，已达到分类处理方便收集的效果。开发子母智能垃圾桶对提高人类生活水平具有重要的现实意义。垃圾的处理是一个复杂的工作，为决传统垃圾桶存在的不足，实现垃圾处理的高效化、便捷化、低成本化，智能垃圾桶应势而生。子母垃圾桶将分布在各房间的子垃圾桶根据实际情况通过智能寻迹方式自主寻找到母垃圾桶，完成各房间垃圾的收集汇总功能[1]。该装置突出特点在于功能全面，各部分装置衔接紧密，操作简单易于上手，集多功能于一体等新颖的设计理念，解决了目前收集垃圾过程繁琐，费时费力的难题。且该装置结构简单，降低了人工的工作量，有效提高了生活效率。

2 工作方案

该收集装置突出的特点在于更加自动化，各部分配合紧密，独立设计出了纯机械的举升倾倒、抓取机构[2]，结构巧妙可靠性高，扔垃圾时只需在母垃圾桶拿出垃圾袋即可。自垃圾桶可以自动移动到母垃圾桶，母垃圾桶再将其收集，最后打包重新放入空袋，结构图如图1所示。

图1 智能子母垃圾桶结构图

3 智能循迹装置

本装置主要由单片机芯片作为控制中心模块，通过电磁信号检测电路和控制电路模块，进而实现垃圾桶的智能化。智能寻迹平台能够沿地表的电磁导进行路线行走，实现自动寻迹要求，利用电推杆结合举升机构满足子垃圾桶倾倒动作。采用光电传感器完成各子垃圾桶物量的检测要求，进行垃圾收集。通过子母垃圾桶实现垃圾收集功能，减少卫生感染的隐患，能有效杜绝各种传染性疾病通过垃圾进行传播，为人们的健康提供了有力的保障。该装置突出特点在于功能全面，各部分装置衔接紧密，操作简单易于上手，集多功能于一体等新颖的设计理念，解决了目前收集垃圾过程繁琐，费时费力的难题[3]。且该装置结构简单，降低了人工的工作量，有效提高了生活效率，结构图如图2所示。

图2 智能循迹装置结构图

4工作原理

多功能智能子母垃圾桶垃圾收集处理装置主要工作过程如图3所示：

（1）采用光电传感器完成各子垃圾桶物量的检测要求，实时检测是否需要转运垃圾，当有需求时，子垃圾桶将自动导引到垃圾收集箱中（母垃圾桶）。

（2）在房间的垃圾桶转运的过程中，将体现小车的独特优势，它实时检测周围磁场强度来随时调整自己的位置，该磁场对人体没有危害，并且导引装置不影响房间美观，可靠稳定[4]。

（3）房间的垃圾桶到达预定位置后，收集装置的抱爪将抓住垃圾桶，该抱爪是由多个连杆组成，由舵机控制，产生的抓合力足以抓起子垃圾桶，并且舵机可以控制抓合角度，可适应市场上绝大部分垃圾桶。

（4）抱爪抓住之后，举升倾倒装置将垃圾桶内垃圾倾倒至垃圾收集箱中，此时房间垃圾桶将会和自动导引小车分离。该过程由电推杆提供动力，连杆推起旋转比带着抱爪旋转一定角度完成倾倒[5]。

图3主要工作流程图

参考文献

[1] 陈忠平.单片机c语言程序设计经典实例[M].北京:电子工业出版社，2012.

[2] 刘忠富，赵宏宇，马晗旭.太阳能供电的智能垃圾桶分类处理系统设计[C].自动化与仪表.2020（8）24-25.

[3] 吴华彬,戴丽华,钱梓峰,张磊.智能全自动垃圾回收系统的设计[C].电子设计，2019（7）：37-38.

[4] 胡文帅，徐子清，李秋然，王嫄.基于物联网的智能垃圾桶的设计与实现[C].现代工业经济和信息化，2020（2）：82-84.

[5] 郑锋.单片机典型应用开发案例大全[M].北京:中国铁道出版社，2011.

基金项目：河北农业大学大学生创新创业训练计划项目《“移”出精彩—自主倾倒垃圾桶》（202210086003）；河北农业大学第十一批教学研究项目：地方农业院校创新创业实践型人才培养教学改革与研究（编号：2021B-4-06）；教育部高教司2021年第一批产学合作协同育人项目：产教融合式创新创业实践型人才培养模式教学改革与实践，（编号：202101103015）；教育部高教司2021年第二批产学合作协同育人项目：基于创新创业能力培养的机械工程专业产教融合课程建设（编号：202102003002）

作者简介：王晨，男，2001.05.14，河北石家庄人，本科在读，研究方向：机械设计制造及其自动化。