CN212607282U - 半智能的城市社区垃圾分类投放站 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了半智能的城市社区垃圾分类投放站，包括机械执行子系统、图像采集及传感器子系统、图像处理子系统、控制中心四部分。有益效果是：以颜色表示不同垃圾种类，倡导居民使用不同颜色的环保垃圾收集袋对垃圾进行预分类，提高居民垃圾分类意识。垃圾进入投放站中后，进行垃圾分类的纠错工作，进行再分类。对已投放至站中的垃圾的量进行监测，量满时反馈至垃圾收集中心，及时转移投放站中垃圾，进行下一步处理。该垃圾收集系统功能齐全，有效的实现了垃圾分类收集，改善生活环境。

Description

半智能的城市社区垃圾分类投放站

技术领域

本实用新型涉及环卫设施领域，具体涉及的是一种基于图像的城市社区垃圾分类投放站。

背景技术

随着人类生活水平的日益提高，人类所制造的生活垃圾的数量日益增加，种类日益复杂，导致垃圾围城问题日益严峻，人类的生活环境遭到极大的破坏。生活垃圾不进行分类处理，通常是采用填埋和焚烧处理，填埋重金属等污染物会造成对饮水以及对土壤的破坏，而焚烧会对空气造成污染。对垃圾进行分类收集处理，可以有效地解决填埋和焚烧所带来的高额成本，降低两种处理方式对环境造成的污染，并且能够进行资源的循环利用。

目前，基于图像的车牌识别系统的相关技术已经成熟，相关产品也已大量使用。像基于图像的车牌识别系统一样，将图像处理中的目标识别技术运用在垃圾分类收集系统中，使用摄像头获取图像，从图像中识别出人与垃圾。

如中国发明专利公开号CN110817210A公开了一种全封闭自动化垃圾车机械手，包括六自由度机械臂、机械夹手、图像存储模块、图像分析模块及处理模块，摄像头用于采集分类垃圾桶上的图案，图像存储模块用于存储分类垃圾桶的图案，图像分析模块用于对摄像头采集到的图案进行比较得出分析结果，处理模块用于根据分控制六自由度机械臂以及机械夹手将垃圾桶抓取并进行垃圾倾倒。

又如中国发明专利公开号CN110861854A公开了智能垃圾分类装置及智能垃圾分类方法，利用摄像头采集分类层台面上平铺的垃圾的图像根据垃圾的图像，采用神经网络模型对垃圾进行识别、分类；对垃圾图像中可回收物、有害垃圾、干垃圾、湿垃圾等分别进行目标识别和定位；上述专利都可以实现对垃圾的类别进行分类和识别，其应用的场景是已经正确分类的垃圾处理，而目前一些大城市已经开始实行垃圾分类，居民会自觉进行垃圾的初分类，将分类垃圾装入不同颜色的垃圾袋中投放垃圾站，相应的垃圾站有不同的垃圾筒来存放不同的垃圾，但由于垃圾分类刚开始试行，人们对垃圾的正确分类还不是很熟悉，因此会有部分垃圾被居民分错类别装入了错误的垃圾桶中，如果没有及时的纠错，会导致垃圾没有被正确分类进而被错误的处理。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是现有的垃圾站没有垃圾分类识别纠错功能，为此提供一种可进行垃圾分类的纠错工作，进行再分类的半智能的城市社区垃圾分类投放站。

本实用新型的技术方案是：半智能的城市社区垃圾分类投放站，它包括分为上下两层的投放站外壳，所述投放站外壳的上层为排成一行的若干个垃圾再分类区，所述投放站外壳的下层为与垃圾再分类区一一对应的若干个垃圾存放区，安装于投放站外壳后挡板内壁的控制中心及图像处理单元，由控制中心及图像处理单元驱动的在不同垃圾再分类区之间移动的可伸缩机械臂和机械手爪；所述垃圾再分类区包括位于投放站外壳正面的投放口挡板，位于垃圾再分类区顶部的垃圾再分类区摄像头，位于垃圾再分类区底部的垃圾再分类区底板，所述垃圾再分类区底板一端与投放站外壳正面内壁转动连接，另一端间隙配合有沿投放站外壳长度方向分布的传送带；所述垃圾存放区包括垃圾存放区后挡板、垃圾存放区底板、垃圾存放区前挡板。

上述方案的改进是所述投放站外壳的正面还设有与控制中心及图像处理单元信号连接的投放站外摄像头，所述投放口挡板与控制中心及图像处理单元信号连接。

上述方案的进一步改进是所述垃圾存放区后挡板和垃圾存放区前挡板上分别对应分布有红外线发射器和红外线接收器，所述红外线发射器和红外线接收器与控制中心及图像处理单元信号连接。

本实用新型的有益效果是上层垃圾再分类区可实现对居民分类的纠错，投放站后方安装有机械臂，机械臂可伸缩。机械臂前方的机械手爪可破坏环保垃圾收集袋，将其中的垃圾分散开来。之后，安装在投放站顶板上的摄像头拍摄图像，通过识别图像中的垃圾，判断其具体类别。分类错误的垃圾由机械手爪抓取，送至投放站后方传送带，由传送带送至其正确的类别区域，完成上述步骤后，垃圾再分类区底板旋转，垃圾滑到下方垃圾存放区，确保垃圾正确分类处理。

附图说明

图1 是本实用新型实现的垃圾分类收集系统的总体框架示意图；

图2 是本实用新型具体实现的垃圾投放站的结构示意图；

图中，1、投放站外摄像头；2、投放口挡板；3、垃圾再分类区；4、垃圾再分类区摄像头；5、机械手爪；6、可伸缩机械臂；7、控制中心及图像处理单元；8、传送带；9、投放站后挡板；10、红外线接收器；11、垃圾存放区后挡板；12、垃圾存放区；13、垃圾存放区底板；14、投放站外壳；15、垃圾存放区前挡板；16、红外线发射器；17、垃圾再分类区底板。

具体实施方式

下面结合附图 ，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

以上海市垃圾分类的背景为例：

上海市将垃圾分为干垃圾、湿垃圾、可回收垃圾、有害垃圾四大类，本实用新型所提供的垃圾收集系统，可将生活垃圾分为上述四大类。借鉴传统垃圾桶以颜色表示不同垃圾种类的思想，黑色表征干垃圾，棕色表征湿垃圾，蓝色表征可回收垃圾，红色表征有害垃圾。在投放站处居民可以自助领取四种颜色的环保垃圾收集袋，自觉进行垃圾分类，将对应的垃圾用对应颜色的环保垃圾收集袋收集。采用该方法倡导居民使用不同颜色的环保垃圾收集袋对垃圾进行预分类。

如图1所示，整套系统包括机械执行子系统、图像采集及传感器子系统、图像处理子系统、控制中心四部分。机械执行子系统，包括投放口挡板2、垃圾再分类区底板17、传送带8、可伸缩机械臂6、机械手爪5、电机。图像采集及传感器子系统，包括投放站外摄像头1、垃圾再分类区摄像头4、红外线发射器16、红外线接收器10。图像处理子系统为控制中心及图像处理单元7中的FPGA。控制中心为控制中心及图像处理单元7中的树莓派。

如图2所示，半智能的城市社区垃圾分类投放站，它包括分为上下两层的投放站外壳14，所述投放站外壳的上层为排成一行的若干个垃圾再分类区，所述投放站外壳的下层为与垃圾再分类区一一对应的若干个垃圾存放区，安装于投放站外壳后挡板内壁的控制中心及图像处理单元，由控制中心及图像处理单元驱动的在不同垃圾再分类区之间移动的可伸缩机械臂和机械手爪；所述垃圾再分类区包括位于投放站外壳正面的投放口挡板，位于垃圾再分类区顶部的垃圾再分类区摄像头，位于垃圾再分类区底部的垃圾再分类区底板13，所述垃圾再分类区底板一端与投放站外壳正面内壁转动连接，另一端间隙配合有沿投放站外壳长度方向分布的传送带；所述垃圾存放区包括垃圾存放区后挡板、垃圾存放区底板、垃圾存放区前挡板。

作为本实用新型的优选例，所述投放站外壳的正面还设有与控制中心及图像处理单元信号连接的投放站外摄像头，所述投放口挡板与控制中心及图像处理单元信号连接。居民手持环保垃圾收集袋前往投放站进行垃圾投放，安装在投放站正上方的投放站外摄像头1对投放站前的景象以图像的形式采集下来，通过USB接口发送至控制中心及图像处理单元7中的树莓派。树莓派通过I2C接口将图像传送至图像处理单元FPGA，在图像处理单元FPGA中对图像进行目标识别。当投放站前出现手持环保垃圾收集袋的人时，利用卷积神经网络模型识别出图像中的人和环保垃圾收集袋，并且进行连通性分析，识别出人手中的环保垃圾收集袋。同时利用极限学习机模型识别出人手中环保垃圾收集袋的颜色，并与所代表的垃圾类型进行匹配，将匹配信息传送至系统控制中心树莓派，树莓派通过GPIO口输出电平的高低来实现电机的旋转，从而控制投放口挡板2的开启，开启数秒后，投放口挡板2自动关闭。这样，可根据居民手持的垃圾类型，开启对应类型的投放口。

作为本实用新型的另一优选例，所述垃圾存放区后挡板和垃圾存放区前挡板上分别对应分布有红外线发射器和红外线接收器，所述红外线发射器和红外线接收器与控制中心及图像处理单元信号连接。垃圾存放区前挡板在垃圾最大存放高度处安装有三个红外线发射器，三个红外线发射器安装在一条水平直线上。垃圾存放区后挡板同一高度安装有三个红外线接收器，三个红外线接收器安装在一条水平直线上。当垃圾存放区垃圾超过红外线发射器安装高度，遮挡了从红外线发射器发射出的红外线，红外线接收器接收不到红外线。当三个红外线接收器都接收不到红外线，存放的垃圾已经超过最大存放高度，则停止该类垃圾的投放，并将信息发送至垃圾收集中心，及时转移投放站中该类垃圾至垃圾中转站，等待下一步处理。相关工作人员打开投放站后挡板，将垃圾清理之后，将投放站后挡板安装至原位，该类型垃圾方可继续投放。

机械执行子系统，包括电机、投放口挡板、垃圾再分类区底板、传送带、机械臂、机械手爪等。其中投放口挡板的开关、垃圾再分类区底板的翻转、传送带的运动、机械臂的伸缩与机械手爪的开合由电机驱动。

图像采集及传感器子系统，包括摄像头、红外线发射器、红外线接收器等。摄像头采集图像，红外线发射器与红外线接收器表征垃圾最大存放高度。

图像处理子系统使用FPGA，利用FPGA实现图像的目标识别与匹配，将相关模型与算法内嵌在FPGA中。

特别的，系统中，人与环保垃圾收集袋的识别，以及垃圾再分类时类型的识别，均采用卷积神经网络模型来实现。环保垃圾收集袋颜色的识别采用极限学习机模型。

系统的控制中心选用树莓派。机械执行子系统中的电机与液压机构，以及图像采集及传感器子系统中的摄像头、红外线发射器和红外线接收器由树莓派控制。树莓派通过I2C接口与FPGA之间进行信息交换，从而实现图像驱动功能。

特别的，将电机的引脚与树莓派的GPIO接口连接，通过控制GPIO接口输出电平的高低，可实现电机转动方向的控制。摄像头与树莓派的USB接口连接。红外线发射器和红外线接收器的VCC和GND引脚与树莓派的VCC和GND接口连接，红外线发射器和红外线接收器的DATA引脚与树莓派的GPIO接口连接。

要强调的是，上述模型与算法、人与环保垃圾收集袋的识别，以及垃圾再分类时类型的识别都是利用现有技术可以实现的，在此不再赘述。

本实用新型的工作流程如下：居民将用环保垃圾收集袋打包的垃圾，从投放口投入站内，环保垃圾收集袋打包的垃圾落在投放站上层即垃圾再分类区3中垃圾再分类区底板17上。投放站后方的可伸缩机械臂6伸长，可伸缩机械臂6前方安装的机械手爪5破坏环保垃圾收集袋，并将垃圾分散开来。安装在投放站顶板上的垃圾再分类区摄像头4拍摄分散开的垃圾的图像，图像通过USB接口发送至树莓派，再通过I2C接口将图像传送至FPGA，在FPGA中通过卷积神经网络模型识别图像中的垃圾，判断其具体类别。分类错误的垃圾由机械手爪5抓取，送至投放站后方传送带8，由传送带8送至其正确的类别区域。再分类完成后，可伸缩机械臂6收缩到原位置。可伸缩机械臂6的伸缩、机械手爪5的开合、传送带8的移动均由电机控制，通过改变树莓派GPIO口输出电平的高低，控制电机转动方向，实现上述动作。

垃圾再分类完成后，垃圾再分类区底板17旋转，垃圾滑到下方垃圾存放区12中。垃圾存放区前挡板15在垃圾最大存放高度处安装有三个红外线发射器16，三个红外线发射器16安装在一条水平直线上。垃圾存放区后挡板11在同一高度处安装有三个红外线接收器10，三个红外线接收器10安装在一条水平直线上。树莓派可通过GPIO口控制红外线发射器16发送红外线。红外线接收器10接受到红外线后产生的信号通过GPIO口传送给树莓派。当垃圾存放区12中的垃圾超过红外线发射器16的安装高度，遮挡了从红外线发射器16发射出的红外线，红外线接收器10接收不到红外线。当三个红外线接收器10都接收不到红外线，存放的垃圾已经超过最大存放高度，则停止该类垃圾的投放，并将信息发送至垃圾收集中心，及时转移投放站中该类垃圾至垃圾中转站，等待下一步处理。相关工作人员打开投放站后挡板9，将垃圾清理之后，将投放站后挡板9安装至原位，该类型垃圾方可继续投放。投放站外壳14起到保护投放站内部结构的作用。

Claims (3)

1.半智能的城市社区垃圾分类投放站，其特征是：它包括分为上下两层的投放站外壳，所述投放站外壳的上层为排成一行的若干个垃圾再分类区，所述投放站外壳的下层为与垃圾再分类区一一对应的若干个垃圾存放区，安装于投放站外壳后挡板内壁的控制中心及图像处理单元，由控制中心及图像处理单元驱动的在不同垃圾再分类区之间移动的可伸缩机械臂和机械手爪；所述垃圾再分类区包括位于投放站外壳正面的投放口挡板，位于垃圾再分类区顶部的垃圾再分类区摄像头，位于垃圾再分类区底部的垃圾再分类区底板，所述垃圾再分类区底板一端与投放站外壳正面内壁转动连接，另一端间隙配合有沿投放站外壳长度方向分布的传送带；所述垃圾存放区包括垃圾存放区后挡板、垃圾存放区底板、垃圾存放区前挡板。

2.如权利要求1所述的半智能的城市社区垃圾分类投放站，其特征是：所述投放站外壳的正面还设有与控制中心及图像处理单元信号连接的投放站外摄像头，所述投放口挡板与控制中心及图像处理单元信号连接。

3.如权利要求1所述的半智能的城市社区垃圾分类投放站，其特征是：所述垃圾存放区后挡板和垃圾存放区前挡板上分别对应分布有红外线发射器和红外线接收器，所述红外线发射器和红外线接收器与控制中心及图像处理单元信号连接。

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