CN113895820A - 一种自动调节内部空间的分类垃圾箱及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种自动调节内部空间的分类垃圾箱及其控制方法,将垃圾桶内部空间分成四个内箱，四个内箱空间可根据内箱的利用率自动调节，提高垃圾桶的空间利用率，使得整个垃圾桶可以做的更小。垃圾桶顶部的传感器可以探测每个内箱的可用空间，统计出利用率。垃圾桶背面内侧的传动装置可在电控模块控制下带动内箱的空间隔板左右移动，实现空间可调节。

Description

一种自动调节内部空间的分类垃圾箱及其控制方法

技术领域

本发明涉及生活用品领域，尤其涉及一种自动调节内部空间的分类垃圾箱。

背景技术

目前随着国家大力推行垃圾分类政策，生活垃圾分类已经开始在各个大城市试点，目前在家庭或办公室中多个位置各放置一个垃圾桶，实现就近垃圾投放，但无法实现就近投放的同时实现垃圾分类，如果在每个位置放置多个垃圾桶，会造成垃圾桶占用室内空间太多的问题。

目前垃圾桶都无法满足即能就近投放又能垃圾分类的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种既能就近投放又能垃圾分类需求的垃圾桶，同时还能够根据垃圾存储量调节内部空间配比。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种自动调节内部空间的分类垃圾箱，上部开口的箱体背面铰接有垃圾盖，所述箱体内通过并排设置的隔板分隔为至少两个垃圾容纳箱，所述垃圾盖顶部设有一排向下采集每个垃圾容纳箱内垃圾存量的测距雷达，每个所述测距雷达连接并输出感应信号至控制器，每个所述隔板配有一根螺纹杆结构的传动轴，并安装在隔板一侧，所述传动轴一端连接步进电机的输出轴，所述控制器连接并输出控制信号至步进电机，所述传动轴上设有螺母，所述螺母与传动杆固接，所述传动杆连接隔板。

所述箱体或垃圾盖的正面设有用于感应是否有人靠近的感应器，所述感应器连接并输出感应信号至控制器，所述箱体和垃圾盖之间设有电动开盖机构，所述控制器连接并输出控制信号至电动开盖机构。

所述隔板设有三个，所述隔板两侧的箱体内壁设有滑槽，每个所述隔板顶端的两侧设有支撑在滑槽上的滑轮。

所述垃圾容纳箱的上檐设有固定垃圾袋的固定钉。

所述垃圾盖顶部固定有条状的并向深度测量板，所有测距雷达均固定在并向深度测量板上，所述控制器固定在箱体上，所述箱体上还固定有为所有元器件供电的电池，所述电池的充电端连接箱体外侧面的充电接口。

所述控制器连接并输出状态信号至状态指示灯，所述状态指示灯固定在箱体表面或垃圾盖表面。

基于所述分类垃圾箱的控制方法，感应器实时获取信号并输出至控制器，当垃圾盖关闭状态下，若控制器接收到感应器的信号为有人靠近则打开垃圾盖，当垃圾盖打开状态下，若控制器接收到感应器的信号为用户离开则打关闭垃圾盖；

每次关闭垃圾盖后，测距雷达获取每个垃圾容纳箱内的垃圾存量高度，若至少有一个垃圾容纳箱内垃圾存量高度达到设定值，则按照隔板调整策略调整每个隔板位置，否则不调整，隔板调整策略是使每个垃圾容纳箱内垃圾存量高度接近。

本发明垃圾桶引入了滑动隔离结构，实现了在一个垃圾箱里进行垃圾分类投放，且可以调整内部几个内箱的大小，改善了普通垃圾箱需要多个垃圾箱进行垃圾分类的弊端，同时提高了垃圾箱的空间利用效率。

此外垃圾桶引入了步进电机技术，结合滑动隔离结构，实现了自动调整内箱大小，无需用户手动调整垃圾箱的内部空间，解放了人的双手，并引入了测距雷达技术，实现了垃圾箱自动探测箱内的可用空间，并根据获得的信息控制步进电机完成相应的操作。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为分类垃圾箱的正视结构图；

图2为分类垃圾箱的侧视结构图；

图3为分类垃圾箱的俯视结构图；

图4为分类垃圾箱的坐标方位图；

图5为分类垃圾箱的控制器处理流程图；

上述图中的标记均为：1、主体结构；2、空间测量结构；

11、箱体；12、垃圾容纳箱；13、投放口；14、垃圾盖；15、滑槽；16、控制器；17、状态指示灯；18、感应器；

21、并向深度测量板；22、长度测量板；23、测距雷达；

31、步进电机；32、转动轴；33、滑块；34、传动杆；35、滑轮；36、隔板；37、固定钉。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

将垃圾桶内部空间分成四个内箱，四个内箱空间可根据内箱的利用率自动调节，提高垃圾桶的空间利用率，使得整个垃圾桶可以做的更小。垃圾桶顶部的传感器可以探测每个内箱的可用空间，统计出利用率。垃圾桶背面内侧的传动装置可在电控模块控制下带动内箱的空间隔板36左右移动，实现空间可调节,具体结构如图1-4所示。

分类垃圾箱设有一个上部开口的箱体11，垃圾盖14与箱体11铰接侧定义为背面，另一面，垃圾箱的垃圾盖14打开侧定义为正面，上部开口的箱体11背面铰接有垃圾盖14，箱体11和垃圾盖14之间设有电动开盖机构，例如设置一个电动撑杆，或者箱体11和垃圾盖14之间的铰轴设有驱动旋转装置，箱体11或垃圾盖14的正面设有用于感应是否有人靠近的感应器18，例如采用红外感应器18，当有人靠近时，就能感应到障碍物信息，感应器18连接并输出感应信号至控制器16，当控制器16接收到感应器18信号后，会控制电动开盖机构工作打开垃圾盖14，并在人离去感应器18无法感应到障碍物信号后，延时设定时间控制电动开盖机构反向工作关闭垃圾盖14。

箱体11内通过并排设置的隔板36分隔为至少两个垃圾容纳箱12，隔板36的数量一般设置2-4个，例如图中所示设置了三个隔板36，则可以间隔出四个垃圾容纳箱12，垃圾盖14顶部设有一排向下采集每个垃圾容纳箱12内垃圾存量的测距雷达23，垃圾盖14顶部固定有条状的并向深度测量板21，所有测距雷达23均固定在并向深度测量板21上，每个垃圾容纳箱12至少有一个测距雷达23感应内部垃圾的存量，每个测距雷达23连接并输出感应信号至控制器16，由控制获取每个垃圾容纳箱12内垃圾的存储量，为了方便固定垃圾袋，每个垃圾容纳箱12上檐一周设置至少两个固定钉37，可以将垃圾袋挂在固定钉37上，垃圾袋本身尺寸接近每个垃圾容纳箱12变化为最大空间的尺寸，再配合垃圾袋本身弹性，可以使得每个垃圾容纳箱12内的垃圾袋随着垃圾容纳箱12尺寸变化而调整内部容积。

隔板36的配有一根传动轴，传动轴为螺纹杆，每根传动轴上安装有一个滑块33，滑块33为螺母滑块33与传动轴配合构成丝杆机构，每根传动轴的一端与步进电机31连接，有步进电机31驱动旋转，多根传动轴水平设置，并竖直方向并排固定在箱体11内侧的，一般固定在垃圾盖14与箱体11铰接一侧，每根传动轴所连接的步进电机31固定在传动轴一端的箱体11内，每个隔板36上端固定有传动杆34，每个传动杆34的一端固接在其中一个传动轴的螺母上，这样当传动轴转动时，能够驱动隔板36调整位置，从而改变不同垃圾容纳箱12内的容积。为了保证隔板36滑动的可靠性，在箱体11内壁的两侧设置有平行的滑槽15，每个隔板36的两端，或者每个隔板36上传动杆34的两端设有支撑在两侧滑槽15上的滑轮35。

箱体11内还固定有电池，一般固定在箱体11的底部，电池为所有元器件供电的电池，电池的充电端连接箱体11外侧面的充电接口，方便及时为电池充电，控制器16也固定在箱体11内，控制所有元器件工作，同时控制器16连接并输出状态信号至状态指示灯17，状态指示灯17固定在箱体11表面或垃圾盖14表面，可以通过状态指示灯17指示当前垃圾箱的工作状态，如垃圾是否满了、是否需要充电等等。

当用户投放垃圾时，垃圾桶的主体结构1上的感应器18感应到用户靠近垃圾桶，控制器16控制垃圾盖14转动打开，使用户可以从投放口13向垃圾箱内扔垃圾。当用户扔完垃圾离开后，感应器18感应到用户的离开，控制器16控制垃圾盖14关闭，并向深度测量板21和长度测量板22上的测距雷达23发送探测内箱可用空间的命令，由深度测量板上的若干个测距雷达23获取垃圾容纳箱12内不同位置的可用深度，并将信息传给控制器16。

由长度测量板22上的多个测距雷达23分别探测三个隔板36的位置，并将信息传给控制器16，然后由控制器16判断垃圾箱是否还有足够的可用空间，如果没有则状态指示灯17亮；如果有足够的空间，则根据四个内箱的可用空间大小判断是否需要调整隔板36的位置。若至少有一个内箱快装满时就调整隔板36位置，否则不调整。

当调整隔板36位置时，控制器16根据空间测量结构2测得的值计算出隔板36调节后的位置，从而控制滑动隔离结构进行相应的调整。首先控制器16控制步进电机31转动，带动转动轴32转动，从而使得滑块33左右移动，滑块33通过传动杆34带动滑轮35和隔板36左右移动，滑轮35在滑槽15中的移动起到稳定的作用，当长度测量板22上的测距雷达23发现三个隔板36都到达指定位置时，调整结束。

当用户更换垃圾袋时，感应器18感应到人靠近垃圾桶，控制器16控制垃圾盖14向箱体11内转动打开，首先取出旧垃圾袋，拽出被固定钉37固定住的垃圾袋的两侧，从而取出旧垃圾袋，之后把新垃圾袋的两侧分别固定在内箱两侧的固定钉37上。当感应器18感应到人离开后，控制器16控制垃圾盖14关闭，并向深度测量板21和长度测量板22上的测距雷达23发送测量指令。由于刚换完垃圾袋，所以不会调整隔板36位置。

如图5所示，为控制器16的处理流程。注意大写字母表示集合，小写字母表示变量，具体控制方法如下：

先初始化各种参数，w为垃圾容纳箱12的宽度，h为垃圾容纳箱12的高度，l为垃圾容纳箱12的长度，d为深度测量板上的测距雷达23到垃圾容纳箱12箱口的距离，q为深度测量板上的测距雷达23的数量，t₁为总可用空间下限，t₂为单个可用深度下限，然后进入等待状态，即等待用户扔垃圾或更换垃圾袋；

当有用户扔垃圾或更换垃圾袋时，从深度测量板获得垃圾容纳箱12内不同位置的可用深度，存入深度集D＝{d₁,d₂,...,d_n}，根据D和d计算得到可用深度集AD＝{ad₁,ad₂,...,ad_n}，计算公式为ad_i＝d_i-d，i＝1,2,...,n，从长度测量板22获取三个隔板36的位置，存入p₁,p₂,p₃，根据三个隔板36的位置计算四个内箱的长度，存入l₁,l₂,l₃,l₄，计算公式为l₁＝p₁；l₂＝p₂-p₁；l₃＝p₃-p₂；l₄＝l-p₃，同时根据三个隔板36的位置把可用深度集分成四个内箱的可用深度子集AD₁,AD₂,AD₃,AD₄，计算每个可用深度子集的平均可用深度ave₁,ave₂,ave₃,ave₄，并据此计算四个内箱的可用空间as₁,as₂,as₃,as₄,计算公式为as_j＝w*l_j*ave_j,j＝1,2,3,4；

然后判断总可用空间是否小于t₁，即判断垃圾箱是否已满，如果是则状态指示灯17亮，提示垃圾箱已满，程序结束。如果不是则判断是否有可用空间小于t₂，即判断每个内箱是否有足够的可用空间，如果每个内箱都有足够的可用空间则不需要调整，直接回到等待状态；

反之则进行调整，先计算四个内箱的已用空间us₁,us₂,us₃,us₄，计算公式为us_j＝w*l_j*(h-ave_j),j＝1,2,3,4。并得到总已用空间us，计算公式为us＝us₁+us₂+us₃+us₄。然后计算调整后的已用深度rud，计算公式为rud＝us/(w*l)。并根据已用深度rud计算四个内箱的调整后的长度rl₁,rl₂,rl₃,rl₄，由us＝w*l_j*ave_j和us＝w*rl_j*rud得rl_j＝(l_j*ave_j)/rud。从而计算出三个隔板36调整后的位置rp₁,rp₂,rp₃，rp₁＝rl₁；rp₂＝rl₁+rl₂；rp₃＝rl₁+rl₂+rl₃。根据调整后的位置减去调整前的位置得到三个隔板36要调整的方向和距离，计算公式为Δd_j＝rp_j-p_j,j＝1,2,3。调整前后位置之差的绝对值为要移动的距离，且值为正往远离步进电机31的一侧移动，值为负时往步进电机31的一侧移动。完成调节后，进入等待状态。

在调整隔板36位置时，同时调整三个隔板36的位置，使四个内箱调整后的可用深度完全一样，这样可用空间少的内箱的空间会变大，可用空间大的内箱空间会变小，从而实现调节的目的。

当实际使用中只需要装两种或三种类别的垃圾时，此设计仍然满足需要，因为虽然设置了三个隔板36，使垃圾箱有四个内箱分别装不同类别的垃圾，但不会被用到的内箱会在使用过程中不断被压缩，直至几乎没有空间。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自动调节内部空间的分类垃圾箱，上部开口的箱体背面铰接有垃圾盖，所述箱体内通过并排设置的隔板分隔为至少两个垃圾容纳箱，其特征在于：所述垃圾盖顶部设有一排向下采集每个垃圾容纳箱内垃圾存量的测距雷达，每个所述测距雷达连接并输出感应信号至控制器，每个所述隔板配有一根螺纹杆结构的传动轴，并安装在隔板一侧，所述传动轴一端连接步进电机的输出轴，所述控制器连接并输出控制信号至步进电机，所述传动轴上设有螺母，所述螺母与传动杆固接，所述传动杆连接隔板。

2.根据权利要求1所述的分类垃圾箱，其特征在于：所述箱体或垃圾盖的正面设有用于感应是否有人靠近的感应器，所述感应器连接并输出感应信号至控制器，所述箱体和垃圾盖之间设有电动开盖机构，所述控制器连接并输出控制信号至电动开盖机构。

3.根据权利要求2所述的分类垃圾箱，其特征在于：所述隔板设有三个，所述隔板两侧的箱体内壁设有滑槽，每个所述隔板顶端的两侧设有支撑在滑槽上的滑轮。

4.根据权利要求3所述的分类垃圾箱，其特征在于：所述垃圾容纳箱的上檐设有固定垃圾袋的固定钉。

5.根据权利要求1-4中任一所述的分类垃圾箱，其特征在于：所述垃圾盖顶部固定有条状的并向深度测量板，所有测距雷达均固定在并向深度测量板上，所述控制器固定在箱体上，所述箱体上还固定有为所有元器件供电的电池，所述电池的充电端连接箱体外侧面的充电接口。

6.根据权利要求5所述的分类垃圾箱，其特征在于：所述控制器连接并输出状态信号至状态指示灯，所述状态指示灯固定在箱体表面或垃圾盖表面。

7.基于权利要求1-6所述分类垃圾箱的控制方法，其特征在于：感应器实时获取信号并输出至控制器，当垃圾盖关闭状态下，若控制器接收到感应器的信号为有人靠近则打开垃圾盖，当垃圾盖打开状态下，若控制器接收到感应器的信号为用户离开则打关闭垃圾盖；

每次关闭垃圾盖后，测距雷达获取每个垃圾容纳箱内的垃圾存量高度，若至少有一个垃圾容纳箱内垃圾存量高度达到设定值，则按照隔板调整策略调整每个隔板位置，否则不调整，隔板调整策略是使每个垃圾容纳箱内垃圾存量高度接近。

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