CN109665231A - 一种基于人工智能的户外生活垃圾自动分拣的装置 - Google Patents

Abstract

目前市场上出现的各类用于垃圾分类的前端设备，都是基于人工分类模式。一种基于人工智能的户外生活垃圾自动分拣的装置，使用了基于深度学习的图像分类技术来对垃圾进行分类判定，判别属于可回收物还是不可回收物，采用云端分类模型与本地分类模型相结合的方式，提升分类的正确性和连接可靠性，外壳采用玄武岩纤维复合材料，使得外壳具备高强度、轻量化、隔热、无信号屏蔽等特点，使用氟碳漆涂装翻转板，使得维护人员非常容易清洗留存的垃圾脏污，使用基于颜色特征分布的机器视觉分析方法，用于判断投料板上是否存在投入的垃圾，节约上传数据流量，使用基于颜色特征分布的机器视觉分析方法，用于判断投料板上是否脏污情况，使用多种传感器探测设备状态用于判断设备内垃圾的容量，使用红外漫反射传感器感应人手部是否靠近投料口，自动打开投料门。

Description

一种基于人工智能的户外生活垃圾自动分拣的装置

技术领域

本发明涉及垃圾分类领域，尤其涉及一种人工智能垃圾分类领域。

背景技术

中国目前90%以上可以利用的废弃物，是被填埋或焚烧掉。而实现最大利用的前提便是垃圾分类。在北京、杭州等，垃圾分类试点已经推行了14年，却未见明显实效，尽管小区门口放了不同颜色的垃圾桶，但仍然各种垃圾混杂、免费发放的可降解垃圾袋也被用来装其他垃圾。

目前市场上出现的各类用于垃圾分类的前端设备，都是基于人工分类模式。即先由投放垃圾的人区分垃圾所属类别（二分类或四分类、六分类），然后将垃圾集中投放至某一分类桶内，然后有不同的收集渠道进行转运。但是这种模式有以下缺陷：

中国目前90%以上可以利用的废弃物，是被填埋或焚烧掉。而实现最大利用的前提便是垃圾分类。在北京、杭州等，垃圾分类试点已经推行了14年，却未见明显实效，尽管小区门口放了不同颜色的垃圾桶，但仍然各种垃圾混杂、免费发放的可降解垃圾袋也被用来装其他垃圾。

目前市场上出现的各类用于垃圾分类的前端设备，都是基于人工分类模式。即先由投放垃圾的人区分垃圾所属类别（二分类或四分类、六分类），然后将垃圾集中投放至某一分类桶内，然后有不同的收集渠道进行转运。但是这种模式有以下缺陷：

1）居民培养垃圾分类技能所需要的时间过长、成本过高；

2）各城市的分类标识与颜色不统一，不利于居民记忆区分；

3）使用奖励机制，大量依赖政府补贴的投放模式不可持续，无法有效激励居民投放；

4）公共区域的垃圾分类无法实行有效的奖励刺激；

5）中国城市的“垃圾围城”加速恶化的国情现状使得我们不可能完全借鉴参照欧美日等国的经验进行长达几十年的分类教育。

发明内容

鉴于现有技术的缺陷，本发明创造提出一种基于人工智能的户外生活垃圾自动分拣的装置 ，使用了基于深度学习的图像分类技术来对垃圾进行分类判定，判别属于可回收物还是不可回收物，采用云端分类模型与本地分类模型相结合的方式，提升分类的正确性和连接可靠性，外壳采用玄武岩纤维复合材料，使得外壳具备高强度、轻量化、隔热、无信号屏蔽等特点，使用氟碳漆涂装翻转板，使得维护人员非常容易清洗留存的垃圾脏污，使用基于颜色特征分布的机器视觉分析方法，用于判断投料板上是否存在投入的垃圾，节约上传数据流量，使用基于颜色特征分布的机器视觉分析方法，用于判断投料板上是否脏污情况，使用多种传感器探测设备状态用于判断设备内垃圾的容量，使用红外漫反射传感器感应人手部是否靠近投料口，自动打开投料门。

采用的技术解决方案如下：

一种基于人工智能的户外生活垃圾自动分拣的装置,主要包含外壳与供电模块、翻转机构模块、光电模块、开门机构模块、主控单元、云平台，其特征在于其工作步骤如下：

步骤1：翻转板3为一钝角折弯板，以确保圆形物体投入后，物体会稳定在中间不会反复滚动。翻转板上涂有白色氟碳漆，白色用于垃圾图像分割的背景提取，氟碳漆用于防止垃圾脏污残留，并且非常容易清洁。

步骤2：驱动翻转板的为一电机，可控制翻转板向左或者向右进行不超过70度的转动，让垃圾掉入分类桶中。电机凭借停止感应器，判断翻转板是否已经翻转到位或者归位水平位。

步骤3：分类桶分为可回收垃圾桶和其他垃圾桶，不可回收的垃圾以及无法识别的垃圾都会进入其他垃圾桶。

步骤4：开门机构模块中的接近传感器可以感应到人手接近仓门，当传感器被触发后，主控单元会控制仓门打开。当人手远离仓门，主控单元会控制仓门关闭。电机凭借停止感应器，判断仓门是否已经完全打开或者完全关闭。

步骤5：摄像头的安装高度和预设焦距确保整块翻转板能够在拍摄区内清晰可见。无影灯箱的电源由主控单元控制。

步骤6：启动时显示屏上显示启动画面。系统自检完成后显示待机画面。打开仓门后显示“请单件投放干垃圾”，同时喇叭播放语音提示。关闭仓门后显示“正在识别中”。分类结果执行翻转时提示“可回收物”或者“其他垃圾”，同时喇叭播放语音提示。

步骤7：主控单元负责在投料操作循环中协调控制其他所有部件。并将满溢传感器、烟雾感应器、脏污判定结果、垃圾投放的统计数据定时上报云平台。

步骤8：充电控制模块负责协调系统的供电来源，当太阳能充电板提供的充电能力足够时，负责系统供电和给铅酸电池补充电量，并且确保铅酸电池不会过充。太阳能不足时，充电控制模块将控制使用铅酸电池供电。并且将当前的系统电压输出到主控单元，作为铅酸电池亏电的判断依据。

所述的外壳与供电模块：包含整个外壳与铅酸电池、太阳能充电板，充电控制模块，由太阳能充电板负责系统供电和给铅酸电池补充电量。太阳能不足时，充电控制模块将使用铅酸电池供电。外壳选用玻璃纤维、玄武岩纤维和乙烯基环氧树脂（阻燃）复合材料，上镶有显示屏及喇叭。外壳上设置有灭烟板和烟头仓。

所述的翻转机构模块：包括翻转板、翻转电机、停止感应器

所述的光电模块：包括摄像头、无影灯箱

所述的开门机构模块：包括仓门、接近传感器、开门电机、停止感应器、防夹感应器

所述的云平台部署有云端深度学习模型，为InceptionV3卷积神经网络，InceptionV3卷积神经网络约包含47层网络，有输入层、卷积层、池化层、全连接层等；其中，所述输入层输入图像为大小为224*224的RGB图像，述输入层的预处理过程包括训练集列表中对应图片的每个像素上减去RGB的均值，InceptionV3卷积神经网络采用全局平均池化层减少参数量，引入了Batch Normalization方法，加快了训练的收敛速度，通过将二维卷积层拆分成两个一维卷积层，不仅降低了参数数量，同时减轻了过拟合现象，输出通过全连接层映射到可回收物和其他垃圾两大分类。

所述的主控单元：包括中央处理器、内存、存储设备、通讯模块、电机控制驱动、IO控制端口。主控单元负责控制控制开门机构打开投料门，控制光电模块打开灯光后拍照后关闭投料门，将照片通过通讯模块送至云平台获取分类判定结果。再控制翻转机构。整个过程中显示屏会显示操作过程和分类结果，喇叭会按照预设脚本配合语音播报。

有益效果：

本发明创造具有以下优点：

优点1：通过人工智能的分类模型，解决居民分类的不精确，分类意愿问题；

优点2：通过翻转机构快速实现二种分类模式；

优点3：通过云端高性能服务器提供的训练模型分类，提供精确的分类结果；

优点4：通过优化的传输和服务器快速判定，使得从获取照片到云平台返回结果整个过程在1.8秒内完成；

优点5：通过无影灯使得光照条件足够好，光源稳定均匀，拍出的照片一致性好；

优点6：通过自动感应开门使得居民投垃圾时可以自动开门，防止臭味溢出；

优点7：通过配置的有害气体（如沼气，一氧化碳气体）探头，可探测有害气体的产生，并通过定向喷射生物抑臭剂，防止臭味溢出；

优点8：通过配置的烟雾探测器，可探测烟雾的产生，并触发随机配置的灭火装置实施灭火。确保消防安全；

优点9：有效解决翻转板脏污带来的识别效果差问题；

优点10：使用基于颜色特征分布的机器视觉分析方法，用于判断投料板上是否脏污情况。

附图说明

图1为本发明创造的结构示意图；

图2为本发明创造的流程示意图。

具体实施方式：

下面结合附图，对本发明创造做进一步阐述：

如图1和图2:一种基于人工智能的户外生活垃圾自动分拣的装置,

实施例一：一种基于人工智能的户外生活垃圾自动分拣的装置，其工作步骤如下：

步骤1：主控单元检测到接近传感器触发信号，则打开仓门和补光灯；

步骤2：等待接收到接近传感器远离信号后，关闭仓门，控制摄像头进行拍照；

步骤3：获取到的照片先与开机时获取的基准图像进行对比：

对比1）：如果基于颜色的分布特征对比小于预设阈值，说明打开仓门后并未投料，无需识别；

对比2）如果大于预设阈值，说明进行了投料，将获取的照片压缩为jpeg格式，上传到云平台的识别结果；

步骤4：如果3秒内无结果返回，调用本机的识别模型进行分类判断。如果3秒内有结果返回，则采用云平台的分类结果；

步骤5：根据分类结果控制翻转板向指定结果对应的分类桶翻转60度，使得垃圾掉入分类桶；

步骤6：然后控制翻转板回到水平位置后关闭补光灯，回到待机状态。

实施例二：一种基于人工智能的户外生活垃圾自动分拣的装置，其工作步骤如下：

步骤1：主控单元检测到接近传感器触发信号，则打开仓门和补光灯；

步骤2：但是一直没有接收到接近传感器远离信号超过10秒，则判断为开仓超时，自动关闭仓门，进行例一中的正常拍照识别流程。

实施例三：一种基于人工智能的户外生活垃圾自动分拣的装置，其工作步骤如下：

步骤1：主控单元在任何时刻，监测到满溢传感器由关闭变为打开，并且持续稳定超过10秒后，将触发一次报警事件，将报警数据上传至云平台；

步骤2：云平台收到后，分发该消息到指定维护人员手机，提醒进行现场清运，清运完成后满溢传感器会自动恢复关闭状态，取消报警；

步骤3：主控单元开机时打开补光灯，拍摄一次翻转板的图像，作为基准图像；

步骤4：之后每间隔30分钟一次，在待机状态下，打开补光灯，拍摄一次翻转板图像。与基准图像做一次基于颜色分布的对比，如果差异大于预设阈值，则触发一次脏污报警，将报警数据上传至云平台；

步骤5：云平台收到后，分发该消息到指定维护人员手机，提醒进行清理；

步骤6：主控单元检测到系统电压低于11.5V时，向云平台触发一次亏电报警，将报警数据上传至云平台。云平台收到后，分发该消息到指定维护人员手机，提醒进行补电维护，维护人员可以携带交流充电器，到达现场寻找电源后，接驳到维护面板内藏的充电口，对铅酸电池进行补电。

至此，本发明创造的有益效果可以实现。

Claims (7)

1.一种基于人工智能的户外生活垃圾自动分拣的装置,主要包含外壳与供电模块、翻转机构模块、光电模块、开门机构模块、主控单元、云平台，其特征在于其工作步骤如下：

步骤1：翻转板3为一钝角折弯板，以确保圆形物体投入后，物体会稳定在中间不会反复滚动；

翻转板上涂有白色氟碳漆，白色用于垃圾图像分割的背景提取，氟碳漆用于防止垃圾脏污残留，并且非常容易清洁；

步骤2：驱动翻转板的为一电机，可控制翻转板向左或者向右进行不超过70度的转动，让垃圾掉入分类桶中；

电机凭借停止感应器，判断翻转板是否已经翻转到位或者归位水平位；

步骤3：分类桶分为可回收垃圾桶和其他垃圾桶，不可回收的垃圾以及无法识别的垃圾都会进入其他垃圾桶；

步骤4：开门机构模块中的接近传感器可以感应到人手接近仓门，当传感器被触发后，主控单元会控制仓门打开；

当人手远离仓门，主控单元会控制仓门关闭；

电机凭借停止感应器，判断仓门是否已经完全打开或者完全关闭；

步骤5：摄像头的安装高度和预设焦距确保整块翻转板能够在拍摄区内清晰可见；

无影灯箱的电源由主控单元控制；

步骤6：启动时显示屏上显示启动画面；

系统自检完成后显示待机画面；

打开仓门后显示“请单件投放干垃圾”，同时喇叭播放语音提示；

关闭仓门后显示“正在识别中” ；

分类结果执行翻转时提示“可回收物”或者“其他垃圾”，同时喇叭播放语音提示；

步骤7：主控单元负责在投料操作循环中协调控制其他所有部件；

并将满溢传感器、烟雾感应器、脏污判定结果、垃圾投放的统计数据定时上报云平台；

步骤8：充电控制模块负责协调系统的供电来源，当太阳能充电板提供的充电能力足够时，负责系统供电和给铅酸电池补充电量，并且确保铅酸电池不会过充；

太阳能不足时，充电控制模块将控制使用铅酸电池供电；

并且将当前的系统电压输出到主控单元，作为铅酸电池亏电的判断依据。

2.所述的外壳与供电模块：包含整个外壳与铅酸电池、太阳能充电板，充电控制模块，由太阳能充电板负责系统供电和给铅酸电池补充电量；

太阳能不足时，充电控制模块将使用铅酸电池供电；

外壳选用玻璃纤维、玄武岩纤维和乙烯基环氧树脂（阻燃）复合材料，上镶有显示屏及喇叭；

外壳上设置有灭烟板和烟头仓。

3.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的户外生活垃圾自动分拣的装置，其特征在于所述的翻转机构模块：包括翻转板、翻转电机、停止感应器。

4.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的户外生活垃圾自动分拣的装置，其特征在于所述的光电模块：包括摄像头、无影灯箱。

5.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的户外生活垃圾自动分拣的装置，其特征在于所述的开门机构模块：包括仓门、接近传感器、开门电机、停止感应器、防夹感应器。

6.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的户外生活垃圾自动分拣的装置，其特征在于所述的云平台部署有云端深度学习模型，为InceptionV3卷积神经网络，InceptionV3卷积神经网络约包含47层网络，有输入层、卷积层、池化层、全连接层等；其中，所述输入层输入图像为大小为224*224的RGB图像，述输入层的预处理过程包括训练集列表中对应图片的每个像素上减去RGB的均值，InceptionV3卷积神经网络采用全局平均池化层减少参数量，引入了Batch Normalization方法，加快了训练的收敛速度，通过将二维卷积层拆分成两个一维卷积层，不仅降低了参数数量，同时减轻了过拟合现象，输出通过全连接层映射到可回收物和其他垃圾两大分类。

7.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的户外生活垃圾自动分拣的装置，其特征在于所述的主控单元：包括中央处理器、内存、存储设备、通讯模块、电机控制驱动、IO控制端口，主控单元负责控制控制开门机构打开投料门，控制光电模块打开灯光后拍照后关闭投料门，将照片通过通讯模块送至云平台获取分类判定结果，再控制翻转机构，整个过程中显示屏会显示操作过程和分类结果，喇叭会按照预设脚本配合语音播报。