基于深度学习的智能垃圾桶结构设计

周 鑫，路 赛，王露露，付文凤

（郑州科技学院信息工程学院 河南 郑州 450064）

1 引言

近些年国家大力推进垃圾分类的实行，垃圾分类被提上生活日程[1]。认识垃圾、识别垃圾、投放垃圾成了日常的生活之一，在这个过程中垃圾桶的作用凸现出来。

2 垃圾桶的现状

垃圾桶是生活中不可缺少的一个工具，人们制造的垃圾都通过它来装载，进而再整合分类。制造一个体积小空间利用率高同时又具有自主分类学习的垃圾桶具有很高的现实意义。

3 社会用户的需求分析

3.1 分类投放需求

以一桶多分为前提，在空间中进行分割，形成多个空间，满足对垃圾分类的需求，同时设置有自主分类功能，为使用者进行分类识别，对应分类模块响应，打开对应的盖子，使用者只需要将垃圾放到识别摄像头前，识别后进行投放即可。

3.2 审美需求分析

外观设置为圆筒状，大幅降低占地面积。垃圾桶设置内外两层，内外桶壁形成单独的回收仓，运用套娃的思想对整体桶部结进行设计。

3.3 资源需求

针对国家的需求，提出功能的需求，减少垃圾桶的占地面积，提高桶内空间利用率。且提出相关设计方法，一桶多分，并可根据桶内各模块垃圾填充状态，进行自动调节桶内空间分配布局。

3.4 生理需求

针对使用人群的需求，提出功能需求，准确识别快速分类。且提出相关设计方法，自动识别，自动打开，语音播报，危险辨识，实时信息反馈网端。

3.5 安全需求

针对环卫工人的需求，提出功能需求，易清洁夜晚可视。且提出相关设计方法，压环和钩子相配合，桶部可发光照明。

3.6 社会需求

针对制造商的需求，提出功能需求，易加工，可持续（回收率高）。提出相关设计方法，设计为拼装结构，易加工回收率高。

3.7 尊重需求

针对拾荒者的需求，提出功能需求，环境清洁，易拾取。且提出相关设计方法，设置单独回收瓶子箱子的模块，且设计的特殊模块易识别分辨，拾荒者不必再在所有垃圾中翻寻。

4 垃圾桶结构设计的新颖点

4.1 套娃思想的运用

整体空间由内外桶壁和桶盖包裹构成，分内外两个桶。内桶进行分隔设计，将圆形的内筒分隔成多个扇形格子，满足垃圾的分类需求，格子的个数可以根据需要进行自我调整，最大分隔的格子数为6格，也就是可以分成6格扇形，同时也是6种分类，完全满足日常的分类需求。外桶则套在内桶外，内外筒壁构成圆环状单独回收仓。

4.2 分桶叶片的卡点以及角度移动设置[2]

当分类模块的其中之一，因垃圾填充过度达到传感器反馈范围，进而作用于舵机控制分桶叶片在内桶的移动，达到根据实时填充状态，进行桶内空间自动调控功能。

4.3 桶底空间设计

在桶的底部用来放制垃圾桶的中枢即智能控制装置,它就像人的脑壳一样保护着脑子内的一切，即使不小心碰倒也不必担心会因高度造成的硬件损伤，因为它的高度仅几厘米。

4.4 桶盖设计

桶盖分内桶盖和外桶盖两部分，内桶盖和桶盖骨架是一体，外桶盖采用拼接的方式放到桶盖骨架上，并环绕在内桶盖周围。内桶盖上有与的分类模块对应的桶口，当垃圾桶处于休眠时是闭合的，工作时唤醒，对应的垃圾口打开。针对改变桶内垃圾分格后，桶口和相应垃圾分类模块对应的问题，设置在垃圾桶上的主控面板进行人工调节。外桶盖的滑轨只有180°的空间是可以随意移动的，当对应的空间装满后，外桶盖滑轨骨架会调整180°方向。

4.5 外观设计

外观上采用圆柱体的外形，在侧面加上一个控制面板，用液晶的显示屏。底部加上四个轮子，平时可以进行固定，需要移动时可以方便移动。

4.6 整体结构设计

整体上采用拼接的设计，由多个部分拼接而成，这样避免安装和远距离移动带来的装卸以及运输困难，随时能拆卸，提高了报废后的利用率，降低了厂家制造的难度。

4.7 风光互补辅助设计

增加风力发电、太阳能发电的辅助设计，使它不需要人工充电也能长久工作，不占用城镇生活公共能源。

5 各结构选材

内、外桶材料选择，户外或者城镇马路上采用不锈钢材质或者玻璃钢，可以防止在户外被腐蚀，同时也不易变形。不锈钢的选型：常规的304不锈钢即可，使用年限长久，满足城镇的变化需求。室内的放置则根据地区的不同选用304、201或者塑料材质。

扇叶采用玻璃钢或镀锌板进行加工，硬度相对高也不易变形，工作温度能满足需求。底座、桶盖可以通过3D打印技术进行打印。

其余部分均可采用标准件进行组装。

6 设计路线

6.1 实用性为前提

加入智能化的功能使得设计的本身更符合现代生活进步的需求。通过图像识别进行分类，以STM32为主控，运用NB-IOT物联网技术构建一个智能化的设备。结构上通过套娃思想的一桶多分式，配置可调节桶内分类模块的空间的分桶叶片，进行空间分配调控。

6.2 空间利用为主要目的

将内桶进行划分，加入空间“均衡”分配功能，增大空间利用率，能够自动调整。

7 总结

生活中垃圾分类是不得不重视的一部分，减轻垃圾分类的负担，做好垃圾的回收与处理已经是必不可少的课题研究。智能垃圾桶的出现能做到识别-分类-投放-回收，最后人工进行特殊处理。只有识别与分类做好，后面的步骤才能更加方便[3]。