新经济背景下生活垃圾智能分拣系统设计与实践的价值分析*

2019-12-09刘策柳杨通化师范学院

营销界 2019年47期

■刘策柳杨（通化师范学院）

生活垃圾作为一项增长型资源，其具有基数大、品类多等特点，且部分垃圾含有一定的危险物质，如未对垃圾进行正确分类与处理，将对周边环境造成严重的威胁。反之，采取科学处理工艺，对大量生活垃圾进行加工在利用，可带来大量的经济效益，例如，利用垃圾燃烧来进行火力发电，可有效减轻电力企业的运行成本。*

一、生活垃圾智能分拣系统的设计

（一）系统框架设计

本文生活垃圾智能分拣系统主要由运行导向线、自动分拣装置等组成。运行导向线是分拣系统的引导装置，一般分为红色、蓝色、绿色、灰色四类，以保证装置在运行过程中，可依据颜色将信息反馈到操作系统中，以得出正确的操控指令。自动分拣装置则由电机、摄像装置、抓取装置、垃圾桶、集成电路平台等组成，其在运行过程中，依托于摄像装置，对外界颜色信息进行获取，将信息反馈到集成模块，然后由操控平台发送相应的指令需求，令装置完成自动化运行。

（二）硬件设计

在对硬件进行设计时，应以电路操控板、摄像传感装置、电机驱动三部分为主体进行分析。在对电路操控板进行设计时，采用XS128 型号的单片机作为主系统，其具有多模块运行的优势，在运行过程中主要是对外界传感器接收到的信息进行采集与分析，然后再依据神经网络算法对系统下位的操作单元进行轨迹指令传输，以确定各操作部件的空间位置。在对电源系统进行选择时，考虑到单片机的工作形态，其电路供给模式应包含内部供电形式、外部供电形式两种，以确保芯片、摄像头、分拣装置可正确执行程序指令。

在对摄像传感装置进行设计时，为保证传感器的动态化运行模式，应将其分为连续型、隔行型两种工作模式，且图像生成格式应为VGA，数据格式为YUV，帧频传输速率为36fp，以满足设备自身的运行需求。

电机驱动是以BTS8780 芯片为主体，内部支持的最大电流为74A，并具备逻辑性、有序性数据输入功能。选用此类芯片主要目的由于应用形式简便，只需在芯片处接出引脚，然后由PWM 波便可实现自动化操控。如电机驱动系统只需单项运行的话，则可将电机进行接地控制，而另一端内与芯片的第三引脚相连接便可。如电机驱动系统需进行双向控制时，则需采取全桥的连接形式。在正确的硬件系统设计下，极大增强设备自身的机动性，同时电路操控板与电机驱动应形成一种嵌套形式，以保证数据信息可及时在两个系统间进行传递，进而令电机实现单转与反转的实时转变，进而满足生活垃圾智能分拣系统的自动化运行。

（三）软件设计

在对软件系统进行设计时，内控程序控制是分拣装置的上位模块系统，为保证软件程序运行的精准性，本文采取的设计形式是以开源式系统为主，其支持多语言开发、交互界面统一的特点。软件在运行过程中分拣装置一般执行下列指令，第一，系统在启动以后，进行初始化自检，通过摄像传感装置对外界信息进行确认，并将景象信息映射到数据层内，当所有信息采集完毕以后作为数据基准参数贯穿于整个运行系统中。第二，当装置运行到固定位置后，摄像头将对外界信息进行采集，然后进行颜色识别，此时数据信息回传到整体主模块操作系统中，然后系统依据颜色信息对零部件进行指令操控，如操控机械爪夹取垃圾桶。第三，待装置将垃圾桶进行倾倒后，则源数据参数将执行复位操控，以此来实现整体化操控。

（四）机械手控制设计

智能分拣系统中的机械手作为驱动装置，在接受系统操作指令后，正确执行指令来完成操作任务。在对机械手的空间位置设定时，图像坐标系是摄像装置的采集信息为主，在单个像素中，图像空间位置则代表坐标起始点，且应将图像架构的左顶角位置作为像素中心点，图像整体宽度为170x140，即横轴水平与原点之间的距离最大值为170，纵轴竖直与原点之间的距离最大值140。控制机械手运动的上位传输系统的固定初始距离，应以静态机械手的位置为基准，一般设定在传送带的边缘位置。从工作原理来讲，机械手在运行过程中，依据摄像装置对外界信息进行采集，经由内部数据信息处理由控制中心直接发送相关指令，令机械手完成垃圾分拣工作。数据信息在传递到处理模块时，需经历数据缓存区，通过图像中显示的空间节点信息来进行计算，如目标与机械手的相对空间位置、机械手的运动路径及角速度等。在精密算法的控制下，机械手对垃圾进行拾取，此类运动过程中产生的时间段分为指令传输时间、缓冲计算时间、驱动执行时间三部分，其中承接摄像装置信息传输及坐标定位的时间属于系统内的向量型空间信息。

此外，在具体程序设定时，应对数据缓冲区内的信息进行分析，如在进行数据缓冲计算时，摄像装置内有新的成像目标时，则应将目标信息纳入到抓取机械手的指令范围内，然后按照先进先出模式，执行第一个目标抓取指令。

（五）末端执行机构设计

机械臂终端操控系统属于嵌套式钢性连接结构，其运行功能与起重机的升降机械臂相符，在执行分拣指令时，机械臂按照系统的参数实现轨迹运行，此时，机械臂的空间运动范围与垃圾本身具有一定的活动空间，以此来对运行中的机械臂进行空间位置调整，增强冗余精度。然而垃圾分拣装置要想实现商用，设备外界环境因素将极大影响设备本身的工作属性，如周边工作条件无法与预期运动参数相契合，则在机械臂轨迹运行时，易与外界障碍物发生碰撞，当碰撞产生的作用力大于机械设备的钢性力时，则必然加大设备自身的损耗。鉴于此，应对设备进行缓冲区域设定，确保末端执行机构在缓冲保护区域内，考虑到垃圾重量、机械臂运行强度等，应将末端执行设备的重量限值设定为50kg，且同一工作环节中的空间自由度应为6项，最大扩张半径应小于120mm，气动内控压强应高于1.2MPa，允许最大的柔性形变量为30mm。采用上述设计形式，可保证设备在运行过程中，可有效减少外界环境的干扰，令设备自身可精准执行指令。

二、生活垃圾智能分拣系统的实践

智能分拣系统在对颜色进行识别时，由于本次设计采用的红色、蓝色、绿色、灰色四类颜色，识别过程应以灰度测量数据值为主，每一种颜色所代表的灰度值具有较大偏差，在实际确认过程中，摄像装置应精准的将数据值信息传输到系统模块中，然后依据系统参数的比对，即阈值、灰度值之间的成比情况来对颜色进行选取，进而精准分析出与颜色相对应的垃圾种类。除颜色识别外，轨迹精准识别的形式也作为系统本身的工作特性，在系统接到数据成像信息时，依托于视觉技术，将芯片内的信息进行扫描识别，并将信息的产生点与颜色灰度值进行比对，如灰度值远远小于阈值时，则可将实际中心线作为导向，来将数据信息整合为定向参数值，进而为后续设备的运行提供精准数据服务支持。装置在运行过程中，依托于集成操控模块可实现分化处理，令不同工作指令在同一时间下运行，如夹取环节、数据传输环节、轨迹预算环节等，在内部精确算法的作用下，可对各类各环节的操作轨迹进行精准确认，在内部参数基准的限定下，令系统实现自动化、智能化操控。

在对系统寻迹的形式路径进行检测时，生活垃圾智能分拣系统的运行依托于整体各模块之间的衔接形式，在外部摄像装置对环境信息进行监测后，依据阈值与系统内的设定参数进行比对，以分析出当前分拣装置所处的中心位置与各驱动环节的中心坐标点，然后系统内的逻辑程序将对指令进行顺位发送，以制定出当前分拣装置各系统的运行路径。在对装置的工作误差进行分析时，需采用多数据综合的方式，即将红色、蓝色、绿色、灰色四类颜色的垃圾进行基准参数设定，保证光线强度、摄像头空间参数信息的一致，然后令生活垃圾智能分拣装置进行周期运动，保证运行周期大于15 圈，以此来对数据进行综合测量。智能分拣装置在运行过程中，运行轨迹线的最大波动范围应不超过1.5cm，以保证在摄像装置的成像区域内，机械手的指令运行模式可将垃圾精准的投放到存储装置中。