自走式智慧垃圾收集箱的主体结构设计

罗金武 赵威蕤 焦万均 赵唯屹 马超 杜亮

摘要：为解决体育馆这类大型场馆对馆内垃圾进行智慧收集的需求，节省劳力成本，对垃圾收集装置进行主体结构设计。研究设计了一种自走式智慧垃圾收集箱，用以代替人工在场馆内进行巡视，实现对垃圾的收集与分类，为大型场所的智慧垃圾收集装置提供一种设计思路。

关键词：大型场馆;自走式;垃圾收集，分類，结构设计

诸如体育馆、大礼堂等大型场馆具有较大的人流量，产生着大量垃圾。固定于场馆各处的垃圾箱可对一部分垃圾进行有效收集[1]。但仍有部分垃圾会散落在场馆内（特别是观众座椅周围和人流过道上），这增加了场馆的人工清洁成本且费时费力[2]。对此，本文设计了一种可以自动巡视的智慧垃圾收集装置，来解决对场馆内散落垃圾的收集和分类，从而提高场馆运行管理效率，节省劳力成本。

1 整体设计思路

自走式智慧垃圾收集箱按照设定路线巡视场馆，自主对沿途垃圾进行捡拾、收集。其中，捡拾主体采用吸盘式结构，并利用机器视觉模块完成对垃圾的识别和分类，依据垃圾类型的不同，收集臂自动进行收缩、旋转将垃圾放入到收集主体中。收集主体为内置式垃圾存储空间结构，分为三个区域：可回收区、不可回收区与有害区。

2 结构设计

2.1 捡拾主体结构

如图1所示，捡拾主体采用可伸缩旋转式吸盘臂，安置于捡收基座上的伸缩轴可以控制垃圾拾取高度，利用前臂的旋转来控制整个吸盘臂的拾取角度，在驱动电机作用下，吸盘轴与吸盘联动，利用负压原理完成对垃圾的吸附。吸盘轴与吸盘之间有一个电机，此电机可以调整吸盘转动方向，以最佳方向吸住垃圾。吸盘底部存在一个机器视觉模块，可以有效分析垃圾的类型。整个结构可以让垃圾在被识别吸附后放入不同的垃圾收集区域。

2.2 收集主体结构

收集主体为内置式垃圾存储空间结构，如图2所示，不同类型的垃圾被分别收集在三个区域中。考虑到场馆中不可回收垃圾的数量远高于其他两类垃圾，在不可回收区域装有两个同步伸缩装置，推动压缩板产生挤压作用，实现对不可回收垃圾的压缩，使得垃圾的后续处理更加方便。各区域均配置有一个滑动门，是倾倒垃圾的出口。

2.3 整体运动支撑结构

如图3所示，自走式智慧垃圾收集箱的整体构型为箱体形式，在垃圾箱外侧前后共设计有4个轮辐式车轮，并配置有4个电机，利用4轮驱动技术，带动整体装置的前进、后退与转向。

3 垃圾收集箱的三维模型

完成主体部件设计，需进一步应用计算机辅助设计软件，对垃圾收集箱进行一个更加细致的建模，用于分析和评判结构设计的合理性和适配性，从中发现不足并加以改正。为体现自走式智慧垃圾收集箱的设计思路，对外壳等零件进行了透明处理，基于SOLIDWORKS软件，对各主要部分零件进行三维建模，依据一定的几何约束关系完成智能垃圾收集小车结构的装配。图4展现了垃圾收集箱在智能化运行中的两种工作状态。三维模型的搭建为后续开展对整机的机电一体化设计以及仿真分析提供了模型基础。

4 结语

将大型场馆散落垃圾的收集过程实现智能化，提出了一种自走式智慧垃圾收集箱的设计思路，研究设计了该机械的主体结构，并采用SOLIDWORKS完成了三维建模，为后续研究做好准备。该装置不仅可以提高大型场馆清洁的高效性，还有助于垃圾分类与环保，同时也能有效降低劳力成本。

【参考文献】

[1] 王培明.城镇垃圾分类评价及管理机制探讨[J].广东化工，2021，48（16）：185-186.

[2] 张蒙新.基于IPA分析法的临汾市体育场馆服务质量研究[D].山西师范大学，2020.

基金项目：2018年度成都工业学院“青苗计划”项目（2018QM020）;成都工业学院校级科研项目（2020ZR024）。

第一作者：罗金武（1993—），男，湖北天门人，硕士，讲师，研究方向：CAD/CFD技术应用，机电一体化。

通讯作者：赵威蕤（2002—），男，四川巴中人，本科（在读），研究方向：机械设计。