CN111891593A - 一种智能垃圾箱 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种智能垃圾箱，包括壳体、固定盘、承载盘、检测盘、检测装置、第一驱动机构、第二驱动机构、控制装置和多个用于放置垃圾的垃圾桶；控制装置根据检测装置的检测信息识别待投放垃圾的类型，并根据待投放垃圾的类型控制第一驱动机构驱动所述承载盘旋转，至使相应的垃圾桶旋转至所述垃圾投放口，控制装置控制第二驱动机构驱动检测盘移动致使待投放垃圾投入相应的垃圾桶内，及控制装置控制第二驱动机构驱动检测盘复位至垃圾投放口。本申请提供的智能垃圾箱能够实现垃圾自动识别和自动投放，且结构设计紧凑度高，大大节省了垃圾箱的投放空间，及垃圾桶与承载盘匹配设计，使垃圾桶在旋转过程中及暂停状态时，均可以具有稳定状态。

Description

一种智能垃圾箱

技术领域

本申请涉及垃圾分类技术，具体涉及一种智能垃圾箱。

背景技术

随着社会的不断发展变迁，人们早已认识到垃圾的分类回收处理迫在眉睫，国内许多城市也已经在推行各种措施执行垃圾分类处理，目前的垃圾分类存在以下问题：

1)垃圾分类箱需要人工辅助、指导、监督居民分类投放垃圾，消耗人力；

2)垃圾分类过程是依靠居民个人具有的垃圾分类常识来识别，常常会发生垃圾分类错误，无法直接实现分类正确的垃圾的再处理，还需要二次分拣；

3)每一类垃圾需投放一个垃圾桶，而各个垃圾桶之间相互分离，每一个垃圾桶占用一个独立的空间，使得多个垃圾桶离散放置时，占用空间较大。

发明内容

针对目前垃圾分类中存在的缺陷，本申请提供一种智能垃圾箱，不仅能够实现垃圾自动分类，而且，垃圾箱的整体结构小巧、紧凑，占用空间小。

本发明的技术方案如下：

一种智能垃圾箱，包括壳体、固定盘、承载盘、检测盘、检测装置、第一驱动机构、第二驱动机构、控制装置和多个用于放置垃圾的垃圾桶；

所述壳体开设有垃圾投放口；

所述固定盘固定设置于所述壳体内，并位于所述壳体的下部；

所述承载盘位于所述壳体内，并可旋转地设置于所述固定盘上，所述承载盘沿圆周方向上设置有供各个垃圾桶放置的放置区；

所述检测盘配合所述垃圾投放口水平设置于所述壳体内，用于承载待投放垃圾：

所述检测装置设置于所述检测盘上方，且所述检测盘位于所述检测装置的检测范围内，以使所述检测装置对所述检测盘内放置的待投放垃圾进行检测；

所述第一驱动机构配合所述承载盘设置于所述壳体内，所述第一驱动机构驱动所述承载盘旋转；

所述第二驱动机构配合所述检测盘设置于所述壳体内，所述第二驱动机构驱动所述检测盘移动；

所述控制装置与所述检测装置、第一驱动机构、第二驱动机构信号连接，待投放垃圾放置于所述检测盘上，所述控制装置根据所述检测装置的检测信息识别待投放垃圾的类型，并根据待投放垃圾的类型控制所述第一驱动机构驱动所述承载盘旋转，至使相应的垃圾桶旋转至所述垃圾投放口，所述控制装置控制所述第二驱动机构驱动所述检测盘移动致使待投放垃圾投入相应的垃圾桶内，及所述控制装置控制所述第二驱动机构驱动所述检测盘复位至所述垃圾投放口。

进一步优选的，所述检测装置包括超声波探测器和图像采集器，所述超声波探测器和图像采集器分别与所述控制装置信号连接，所述控制装置根据所述超声波探测器反馈的超声波信号对待投放垃圾进行第一次识别，以识别待投放垃圾的固液类型，所述控制装置基于固体类型的识别结果及所述图像采集器反馈的图像信息对待投放垃圾进行第二次识别，以识别待投放垃圾的类别。

进一步优选的，还包括轴承组件和滚轮，所述固定盘和承载盘通过所述轴承组件同轴设置，所述滚轮衔接于所述固定盘和承载盘之间，且所述滚轮与所述固定盘之间固定连接，所述第一驱动机构驱动所述轴承组件的转动轴旋转以带动所述承载盘通过所述滚轮相对所述固定盘圆周旋转。

进一步优选的，所述承载盘沿圆周方向于相邻所述放置区之间设置有用于对垃圾桶进行定位的挡板。

进一步优选的，所述垃圾桶呈扇形结构，相邻挡板之间的排布与所述垃圾桶的扇形结构相匹配，通过所述匹配使所述第一驱动机构驱动所述承载盘圆周旋转时，阻止所述垃圾桶受向心力在所述承载盘上发生位置偏移。

进一步优选的，所述匹配包括：待各个垃圾桶放置于相应的放置区后，各个所述垃圾桶和各个所述挡板围合形成的区域为圆形区域。

进一步优选的，所述承载盘相对所述圆形区域设置有圆形凸起，各垃圾桶贴合所述圆形凸起放置，以使各个垃圾桶和各个挡板围合所述圆形凸起形成所述圆形区域。

进一步优选的，所述垃圾桶的底面与所述承载盘相应放置区的接触表面相匹配，通过所述匹配使所述第一驱动机构停止驱动所述承载盘旋转时，阻止所述垃圾桶在所述放置区上朝向转动轴的相反方向滑动。

进一步优选的，所述垃圾桶的底面与所述承载盘相应放置区的接触表面相匹配，包括：所述放置区的表面朝向转动轴的一则呈向下倾斜，所述垃圾桶的底面为与所述放置区的倾斜表面相匹配的倾斜底面。

进一步优选的，所述第一驱动机构包括电机和编码器，所述电机和编码器分别与所述控制装置信号连接，所述编码器与所述转动轴配合安装，所述电机的输出端与所述转动轴连接，所述控制装置根据所述编码器反馈的信息控制所述电机的旋转速度，以使相应的垃圾桶旋转至垃圾投放口。

本申请提供的智能垃圾箱，至少具有以下有益效果：

1)通过检测装置能够实现垃圾的自动分类，进一步，先通过超声波进行垃圾的固液识别，再通过图像识别对固体垃圾进行类型识别，提高垃圾分类的识别精度。

2)通过第一驱动机构和第二驱动机构实现垃圾的自动投放，大大减少了人工投入，节省了人力资源。

3)多个垃圾桶沿承载盘的圆周排布，并整体安装于壳体内，提高了垃圾箱的紧凑度，与现有的多个垃圾桶相互独立、离散放置相比，本申请的结构设计大大节省了垃圾箱的投放空间。

4)通过垃圾桶与承载盘接触面的匹配设计，及垃圾桶与挡板的匹配设计，例如，垃圾桶与承载盘接触面彼此倾斜匹配设计，垃圾桶与挡板围合成一个圆，使得承载盘旋转过程中及停止旋转时，垃圾桶均能处于稳定状态。

5)第一驱动机构中采用编码器和电机组合，通过编码器采集的信息精确控制电机的旋转速度，进一步实现电机能够精确控制垃圾桶的旋转位置。

附图说明

图1为智能垃圾箱主视图；

图2为智能垃圾箱立体结构图；

图3为智能垃圾箱内部结构图；

图4为图3的局部放大图；

图5为转动轴结构示意图；

图6为承载盘结构示意图；

图7为垃圾桶与承载盘配合结构示意图；

图8为承载盘倾斜设计示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

本申请提供一种智能垃圾箱，在功能上实现垃圾自动分类与自动投放，在结构上实现整体结构小巧、紧凑、占用空间小。

为实现上述效果，下面对本申请提供的智能垃圾箱进行具体描述。

如图1和图2所示，本申请提供的智能垃圾箱包括壳体100、固定盘200、承载盘300、第一驱动机构400、检测盘500、第二驱动机构、检测装置600、控制装置和多个用于放置垃圾的垃圾桶700。

壳体100为智能垃圾箱的外部框架结构，从外部看，壳体100包括顶盖110、容纳腔120和底座130，顶盖110、容纳腔120和底座130组合构成壳体100，其中，顶盖110、容纳腔120和底座130可以分别独立制作，然后再将各个体通过焊接等方式组合成壳体100，在其他实施例中，顶盖110、容纳腔120和底座130可以一体制备而成，形成一体式壳体100。

壳体100开设有垃圾投放口140，优选的，容纳腔120靠近顶盖110的一侧开设有垃圾投放口140。

进一步，垃圾投放口140的开口尺寸大小可根据容纳腔120的表面大小进行确定，以方便垃圾的投放，垃圾投放口140的形状可以是矩形、圆形、椭圆形等形状，本申请对垃圾投放口140的具体形状不作限定。

固定盘200固定设置于壳体100内，并位于壳体100的下部，具体的，如图3所示，固定盘200通过型材800和型材连接器900固定安装于底座130上。固定盘200的形状可与容纳腔120的形状相匹配，例如，当智能垃圾箱的外观呈圆形时，即，容纳腔120为圆形时，则固定盘200的形状也为圆形，固定盘200用于支撑承载盘300。

承载盘300位于壳体100内，并可旋转地设置于固定盘200上，进一步，承载盘300和固定盘200通过轴承组件1000和滚轮2000同轴设置，具体的如图4所示，滚轮2000衔接于固定盘200和承载盘300之间，且滚轮2000与固定盘200之间固定连接，轴承组件1000包括转动轴1100，承载盘300和固定盘200相对的中心位置分别开设有通孔，其中，固定盘200上的通孔的孔径大于承载盘300上的通孔的孔径；转动轴1100贯穿固定盘200和承载盘300上的通孔，轴承组件1000还包括法兰、法兰轴承等部件，以使轴承组件1000与固定盘200固定连接，转动轴1100与承载盘300接触的一端固定于承载盘300的通孔内，转动轴1100在固定盘200的通孔内可作旋转运动，转动轴1100的结构如图5所示。

通过承载盘300与固定盘200的组装方式，当第一驱动机构400驱动转动轴1100作旋转运动时，则转动轴1100可以带动承载盘300通过滚轮2000相对固定盘200作圆周旋转运动。

进一步，承载盘300沿圆周方向上设置有供各个垃圾桶700放置的放置区310，如图6所示，本申请以垃圾桶700的数量为四个为例进行说明，相应的，承载盘300圆周方向上设置了四个放置区310，在其他实施例中，根据实际应用，可以增加或减少垃圾桶700的数量。

当垃圾桶700被放置于相应的放置区310后，第一驱动机构400通过驱动承载盘300圆周运动，进而实现承载盘300上放置的垃圾桶700也作圆周运动，从而实现垃圾桶700运动至相应的垃圾投放口140.

当第一驱动机构400驱动承载盘300圆周运动，以带动垃圾桶700圆周运动，在该过程中，垃圾桶700受向心力的影响容易发生朝向转动轴1100滑动，及第一驱动机构400停止驱动承载盘300旋转时，垃圾桶700受惯性力的影响容易发生偏离转动轴1100滑动，由此可知，当第一驱动机构400驱动承载盘300带动垃圾桶700旋转运动时，垃圾桶700容易发生运动，而出现不稳定的现象，而当第一驱动机构400停止驱动运动时，垃圾桶700也容易发生位置偏离，这种情况容易导致垃圾桶700与垃圾投放口140位置不匹配，例如，垃圾桶700与垃圾投放口140发生错位，导致垃圾投放时受阻。

为解决上述问题，本申请对垃圾桶700和承载盘300分别从结构上进行了巧妙设计，具体结构设计描述如下。

请继续参考图6，承载盘300沿圆周方向于相邻放置区310之间设置有用于对垃圾桶700限位的挡板320，通过挡板320限制垃圾桶700作圆周旋转时朝向转动轴1100一侧靠近；进一步优选的，如图7所示，垃圾桶700呈扇形结构，相邻挡板320之间的排布与垃圾桶700的扇形结构相匹配，当第一驱动机构400驱动承载盘300圆周旋转时，通过该匹配阻止垃圾桶700受向心力朝向转动轴1100一侧滑动。

请继续参考图7，相邻挡板320之间的排布与垃圾桶700的扇形结构相匹配，具体是指，待各个垃圾桶700放置于相应的放置区310后，各个垃圾桶700和各个挡板320围合形成的区域为圆形区域。

进一步，承载盘300相对圆形区域设置有圆形凸起，各垃圾桶700贴合圆形凸起放置，以使各个垃圾桶700和各个挡板320围合该圆形凸起形成该圆形区域。

进一步，垃圾桶700的底面与承载盘300的表面相匹配，当第一驱动机构400停止驱动承载盘300旋转时，通过该匹配阻止垃圾桶700受惯性力偏离转动轴1100，具体的，如图8所示，承载盘300的表面朝向中心轴的一侧呈向下倾斜，相应的，垃圾桶700的底面为与承载盘300相匹配的倾斜底面。通过承载盘300和垃圾桶700接触面的倾斜设计，可以有效阻止垃圾桶700停止旋转时因惯性力朝向转动轴1100相反的方向(即朝向容纳腔120的臂体一侧)滑动。

上述关于承载盘300的表面向下倾斜设计的技术方案中，其中，承载盘300的表面向下倾斜的倾斜角度的确定是关键的技术点，在本申请中，该倾斜角度具体是根据第一驱动机构400的转动速度、垃圾桶自身的重量、垃圾桶最大承载重量、承载盘300表面的摩擦系数等决定的，在考虑这些因素下根据力学知识计算出倾斜角度。

在其他实施例中，还可以通过其他方式实现阻止垃圾桶700受惯性力而发生滑动，例如，垃圾桶700的底面与承载盘300的表面通过凹凸匹配，以阻止垃圾桶700在旋转过程中及停止旋转时的位置偏移。

通过承载盘300与垃圾桶700的配合设计，使多个垃圾桶700沿承载盘300的圆周排布，并整体安装于壳体100内，提高了垃圾箱的紧凑度，与现有的多个垃圾桶相互独立、离散放置相比，本申请的结构设计大大节省了垃圾箱的投放空间。同时，通过垃圾桶700与承载盘300接触面的匹配设计，及垃圾桶700与挡板320的匹配设计，例如，垃圾桶与承载盘接触面彼此倾斜匹配设计，垃圾桶700与挡板320围合成一个圆，使得承载盘300旋转过程中及停止旋转时，垃圾桶700均能处于稳定状态。

第一驱动机构400配合承载盘300设置于壳体100内，第一驱动机构400驱动承载盘300旋转；通过上述描述可知，第一驱动机构400驱动转动轴1100旋转运动，以实现承载盘300随转动轴1100旋转，具体的，第一驱动机构400设置于固定盘200的下方。

在本实施例中，第一驱动机构400包括电机410和编码器，电机410通过安装架安装于固定盘200下方，编码器与转动轴1100配合安装，电机410输出端与转动轴1100连接，电机410和编码器分别与控制装置信号连接，使得控制装置根据编码器反馈的信息控制电机的旋转速度，以使相应的垃圾桶700旋转至垃圾投放口140。

具体的，编码器安装在联轴器的上方，编码器内圈紧靠转动轴1100，通过编码器反馈的电机转动一周所产生的脉冲数，从而将承载盘300转动一周所产生的脉冲数反馈给控制装置，控制装置将该脉数分成四份(以四个垃圾桶为例)以获得每个垃圾桶转动90度所需要的脉冲数以及产生该脉冲过程所需要的时间，控制装置通过定时器控制该脉冲持续时间，以控制继电器通断，即可实现垃圾桶的转动位置和转动速度的精确控制。

检测盘500配合垃圾投放口水平设置于壳体100内，检测盘500用于承载待投放垃圾。进一步，第二驱动机构配合检测盘500设置于壳体100内，检测盘500的设置方式如图2所示，第二驱动机构驱动检测盘500移动，第二驱动机构可以是电机，与控制装置信号连接。

通过检测盘500承载待投放垃圾，从而避免垃圾投放者直接将垃圾投入垃圾桶700内，对垃圾投放者来说提高了垃圾投放的卫生环境。

检测装置600设置于检测盘500上方，且检测盘500位于检测装置600的检测范围内，以使检测装置600对检测盘500内放置的待投放垃圾进行检测，控制装置通过检测装置600的检测信息实现垃圾的自动识别。

进一步，为提高垃圾分类的识别精度，本申请的检测装置600包括超声波探测器和图像采集器，超声波探测器和图像采集器分别与控制装置信号连接，控制装置根据超声波探测器反馈的超声波信号对待投放垃圾进行第一次识别，以识别待投放垃圾的固液类型，控制装置基于固体类型的识别结果及图像采集器反馈的图像信息对待投放垃圾进行第二次识别，以识别待投放垃圾的类别。

其中，由于待投放垃圾可能是液体垃圾，也可能是固体垃圾，还可能是固液共存的垃圾，而超声波穿过不同的物质所反射的波形在时域和频域上都有很大差异，故本申请提供的垃圾分类识别，是先基于超声波进行首次分类识别，也即是，控制装置根据超声波的波形特征进行初步分析。

具体的，本发明通过抽取大量样本，并将每个样本形成的超声波波形收集50000个采样点，将数据存放在超声数据库中，当检测盘500上放置有待投放垃圾时，控制装置会根据超声波进行第一次垃圾分类筛选，将形状相似但属性不同的物体进行首次筛选。

在首次筛选的基础上，控制装置基于图像采集器采集的图像信息对待投放垃圾进行第二次识别，其中，图像采集器具体是摄像机，如工业摄像机，具体的，先收集生活中的各类垃圾大量图片存入图片数据库，在进行二次筛选的过程中，控制装置对摄像机拍摄得到的图片进行预处理(线性滤波处理、边缘检测、重映射等图像处理方法)，之后运用角点检测(harris角点检测)，SURF特征值拾取拾取，使用FLANN进行特征点匹配，在误差允许的范围内在图像数据库里寻找与拍摄图片的特征值在相同类别的垃圾，提取出最佳的结果，以获取垃圾的最终分类结果。

本申请的控制装置可以是STM32单片机，本申请中的电机可以是步进电机，关于控制装置和电机的选取类型不是本申请的保护点，本申请不作具体赘述。

基于上述描述，本申请提供的智能垃圾箱能够实现垃圾自动分类与自动投放，具体的，控制装置根据检测装置的检测信息识别待投放垃圾的类型，并根据待投放垃圾的类型控制第一驱动机构驱动承载盘旋转，至使相应的垃圾桶旋转至垃圾投放口，控制装置控制第二驱动机构驱动检测盘移动致使待投放垃圾投入相应的垃圾桶内，及控制装置控制所述第二驱动机构驱动检测盘复位至垃圾投放口。

基于上述的实现功能，还可以对本申请的智能垃圾箱进行扩展，以实现相应的扩展功能。

例如，在壳体100的容纳腔120上可以进一步设置更换窗口150，及配合该更换窗口150设置门体160，门体160上设置有把手，当承载盘300中某一垃圾桶700满载时，控制装置通过第一驱动机构400驱动该垃圾桶700至更换窗口150，打开门体160，通过该更换窗口150将满载的垃圾桶700取出，并将空的垃圾桶放置在相应的位置，然后再关闭该门体160，这种设计方式，极大地方便了满载垃圾桶的更换。

再例如，还可以设置扬声器170，例如，扬声器170可以设置于顶盖110上，当对待投放垃圾完成识别后，可将识别结果通过扬声器170进行语音播报，进一步加强对垃圾投放者的垃圾分类环保意识养成的培育，在他们的实践养成中学会正确的垃圾分类方法，比市场上其它宣传效果更加有效和快捷。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种智能垃圾箱，其特征在于，包括：壳体、固定盘、承载盘、检测盘、检测装置、第一驱动机构、第二驱动机构、控制装置和多个用于放置垃圾的垃圾桶；

所述壳体开设有垃圾投放口；

所述固定盘固定设置于所述壳体内，并位于所述壳体的下部；

所述承载盘位于所述壳体内，并可旋转地设置于所述固定盘上，所述承载盘沿圆周方向上设置有供各个垃圾桶放置的放置区；

所述检测盘配合所述垃圾投放口水平设置于所述壳体内，用于承载待投放垃圾；

所述检测装置设置于所述检测盘上方，且所述检测盘位于所述检测装置的检测范围内，以使所述检测装置对所述检测盘内放置的待投放垃圾进行检测；

所述第一驱动机构配合所述承载盘设置于所述壳体内，所述第一驱动机构驱动所述承载盘旋转；

所述第二驱动机构配合所述检测盘设置于所述壳体内，所述第二驱动机构驱动所述检测盘移动；

所述控制装置与所述检测装置、第一驱动机构、第二驱动机构信号连接，待投放垃圾放置于所述检测盘上，所述控制装置根据所述检测装置的检测信息识别待投放垃圾的类型，并根据待投放垃圾的类型控制所述第一驱动机构驱动所述承载盘旋转，至使相应的垃圾桶旋转至所述垃圾投放口，所述控制装置控制所述第二驱动机构驱动所述检测盘移动致使待投放垃圾投入相应的垃圾桶内，及所述控制装置控制所述第二驱动机构驱动所述检测盘复位至所述垃圾投放口。

2.如权利要求1所述的智能垃圾箱，其特征在于，所述检测装置包括超声波探测器和图像采集器，所述超声波探测器和图像采集器分别与所述控制装置信号连接，所述控制装置根据所述超声波探测器反馈的超声波信号对待投放垃圾进行第一次识别，以识别待投放垃圾的固液类型，所述控制装置基于固体类型的识别结果及所述图像采集器反馈的图像信息对待投放垃圾进行第二次识别，以识别待投放垃圾的类别。

3.如权利要求1所述的智能垃圾箱，其特征在于，还包括轴承组件和滚轮，所述固定盘和承载盘通过所述轴承组件同轴设置，所述滚轮衔接于所述固定盘和承载盘之间，且所述滚轮与所述固定盘之间固定连接，所述第一驱动机构驱动所述轴承组件的转动轴旋转以带动所述承载盘通过所述滚轮相对所述固定盘圆周旋转。

4.如权利要求3所述的智能垃圾箱，其特征在于，所述承载盘沿圆周方向于相邻所述放置区之间设置有用于对垃圾桶进行定位的挡板。

5.如权利要求4所述的智能垃圾箱，其特征在于，所述垃圾桶呈扇形结构，相邻挡板之间的排布与所述垃圾桶的扇形结构相匹配，通过所述匹配使所述第一驱动机构驱动所述承载盘圆周旋转时，阻止所述垃圾桶受向心力在所述承载盘上发生位置偏移。

6.如权利要求5所述的智能垃圾箱，其特征在于，所述匹配包括：待各个垃圾桶放置于相应的放置区后，各个所述垃圾桶和各个所述挡板围合形成的区域为圆形区域。

7.如权利要求6所述的智能垃圾箱，其特征在于，所述承载盘相对所述圆形区域设置有圆形凸起，各垃圾桶贴合所述圆形凸起放置，以使各个垃圾桶和各个挡板围合所述圆形凸起形成所述圆形区域。

8.如权利要求3-7任一项所述的智能垃圾箱，其特征在于，所述垃圾桶的底面与所述承载盘相应放置区的接触表面相匹配，通过所述匹配使所述第一驱动机构停止驱动所述承载盘旋转时，阻止所述垃圾桶在所述放置区上朝向转动轴的相反方向滑动。

9.如权利要求8所述的智能垃圾箱，其特征在于，所述垃圾桶的底面与所述承载盘相应放置区的接触表面相匹配，包括：所述放置区的表面朝向转动轴的一则呈向下倾斜，所述垃圾桶的底面为与所述放置区的倾斜表面相匹配的倾斜底面。

10.如权利要求3所述的智能垃圾箱，其特征在于，所述第一驱动机构包括电机和编码器，所述电机和编码器分别与所述控制装置信号连接，所述编码器与所述转动轴配合安装，所述电机的输出端与所述转动轴连接，所述控制装置根据所述编码器反馈的信息控制所述电机的旋转速度，以使相应的垃圾桶旋转至垃圾投放口。

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