一种智能落叶收集回收车

2022-09-24石硕硕毛伟汪鑫孙保彬朱广宇王兵记夏俊伟张帅宁志成杨子涵

科技创新导报 2022年15期

石硕硕毛伟汪鑫孙保彬朱广宇王兵记夏俊伟张帅宁志成杨子涵

（安徽新华学院安徽合肥 230000）

由于城市公共生活服务区域及居民工作生活区域相对较为集中，尤其在正是上下班堵车高峰期的时段，道路上的车流量及人流量非常大。在这种情况下，如果落叶不能及时进行清扫，它就不再是城市的自然景观了，反而可能会影响整个城区公共市政、城区市容及周围环境，造成空气污染。城市绿化脱落的鲜花、树叶若长期得不到清理，会逐渐风干，经过碾压很容易变得细碎。此外，落叶也容易堵塞下水道口，本文所述落叶回收机不但可以实现对落叶进行收集，而且还可以对落叶直接进行利用。本处理机器可以广泛应用于大学校园、公园、城市及街道等范围，不仅操作简单、使用便利，且该处理装置操作成本相对较低、运行稳定、操作简单、使用寿命长，可有效减少山林落叶垃圾处理过程中带来的环境污染，迎合了目前我国所普遍倡导的绿色节能低碳减排的环保主题。目前，市面上收集落叶的装置还处于半自动化的状态，只能进行简单的收集，应用场合有限，现有的装置还需要进一步的优化和创新。

1 设计与实现

1.1 系统方案

本设计的研究思路是基于了解市场上的落叶收集器的多样性并充分考虑了现有装置存在的不足，在降低用户的使用成本的同时，达到对落叶高效、高质收集处理的目的，使其更便捷、耗能更少。

1.2 整体结构及运行流程

如图1 所示，该机器主要由3 个部分组成，即落叶收集器、落叶除杂器、落叶处理器。落叶收集器先将落叶收集起来，然后经过落叶杂质分离机构对落叶进行除杂处理，之后通过传送带送至落叶粉碎机构，最后进入落叶储存桶。当机器的电量到达设定值时，机器停止收集，并且停止行走，太阳能板及蓄电装置对电池进行充电。

图1 机器组成部分

1.2.1 机械部分

关于机械部分，采用了一些机构创新设计，主要包括落叶收集机构、落叶杂质分离机构、落叶传送机构、蒸汽发电内部冷却机构的创新［1］。

1.2.2 落叶收集机构

该设计机构的主要创新之处在于，收集车落叶扫帚回收系统通过利用收集车前方的4个同轴转向完全相反的、由直流边轮减速器发电机进行驱动的同轴旋转边轮扫帚，使两个同轴外侧的边轮扫刷机和旋转扫帚方向相同且都向内侧边轮旋转，并且在两个同侧边轮扫刷之间设有一块利用弹簧进行连接的落叶挡板，以便于回收落叶的及时收集。落叶收集机构的创新之处还在于，可以展开盘刷及抬升盘刷，优点是利用一根推杆就可以完成盘刷的收合动作，结构巧妙，另外，展开幅度是可以通过手动调节的。抬升机构也比较新颖，利用平行四连杆机构，使整个抬升过程更加稳定［2］。

1.2.3 落叶杂质分离机构

该落叶振动筛选机构是通过利用振动筛振子的激振往复振动而工作的。振子的上旋转重锤使筛面产生平面回旋振动，而下旋转重锤则使筛面产生锥面回转振动，其联合作用的效果则使筛面产生复旋型振动。其中，在振动电机上与落叶振动轴相对应的筛面上，落叶具有一定的落叶倾角，从而实现落叶从后向前运动，并且实现对落叶除杂的主要目的，以及对整个电机落叶向后高速进行筛选物料除杂短距离高速筛选运输［3-4］。

1.2.4 太阳板发电装置

太阳能电池发电装置由两部分组成，一部分是太阳能电池，另一部分是太阳能控制器。其中，太阳能电池是可以直接利用太阳光进行发电的光电半导体薄片，只要在一定的光照条件下，它瞬间就可以输出电压并在回路中产生电流。太阳能控制器的作用是对太阳能电池产生的电压、电流进行调控，主要是控制输出电压和功率。

1.2.5 实现原理

本机器是通过利用智能手机与单片机Arduino 进行无线连接，通过智能手机实时监控装置的运行情况。Arduino与小车电机高速驱动系统相连，通过自动控制电机PWM 来自动调控小车电机的运动转速，从而实时控制一辆小车高速行进的运动速度，Arduino还与Wi-Fi继电器相连，继电器连上手机的局域网，从而实现对落叶收集装置和落叶处理装置的无线控制。

1.2.6 特性

MCU的主要任务是处理车辆的底层控制，并提供来自底层车载传感器的读数。MCU 通过串行连接接收车辆控制和指示信号，将控制转换为电机控制器的PWM 信号，并根据指示器信号切换LED。Arduino 程序还通过计算左右前轮上光学传感器的中断来跟踪轮盘旋转。

1.3 功能

1.3.1 落叶回收

本装置涉及环保回收装置各种技术应用领域。该落叶收集回收车的落叶收集处理装置大致可以分为扇叶、收集箱、粉碎机3个部分。收集箱的底部位置固定安装有扇叶挡板块，收集箱的侧面底部固定安装有扇叶吸收排气管，收集箱的顶部通过两个螺钉与封闭板的底部一端通过螺纹板相连接；封闭板的底部位置固定安装有两个防护框，封闭板底部位于两个防护框侧面的底部位置固定安装有清洁机的电机；清洁机在电机的两个输出端底部固定安装有两片扇叶；收集箱内腔的底部位置固定安装有扇叶隔离板；隔离板的侧面底部固定安装有扇叶收集筐；收集筐的底部安装有滑轮。本新型机器具有拆卸便捷、维修简单、可持续稳定地工作、落叶处理效果好、环保程度高的优点。

1.3.2 落叶利用

该装置将路边的落叶收集后进入箱体，并通过粉碎机将其落叶粉碎，然后将落叶通过土和水将其腐殖化和矿质化。矿质化过程中产生单糖、多肽和氨基酸等简单有机物供微生物利用，最终产生二氧化碳、水、铵离子、磷酸氢根、硫酸根等无机成分；腐殖化过程形成腐殖质，可改善土壤性质，调节土壤肥力。对于矿质化产生的简单有机物，树体可少量吸收利用；对于无机成分，树根可吸收利用。

1.3.3 太阳能发电（可再生能源的循环利用）

该智能落叶回收车是一种靠太阳能来驱动的装置。利用贴在车体外表的太阳电池板，将太阳能直接转换成电能，再通过消耗电能，驱动车辆行驶，对于车的行驶快慢，只要控制输入电机的电流就可以解决。

1.3.4 无线智能远程控制

无线网络手机智能远程控制基于人工智能手机智慧APP 的智能监控器，对设备进行程序化自动监控和设备环境监测数据采集，通过手机无线连接，利用手机智能APP的无线网络，实时、随地获得远程工作环境巡视监控中的设备环境数据，进行对当地段科学工作运行环境的实时跟踪监测分析，完成对现场环境参数的正确合理设置与自动化的调整、修复故障等。

2 设计测试与分析

在该装置的测试中，落叶回收利用机的功能都可以实现。当落叶回收利用机进入道路后，通过Wi-Fi模块，可实现手机远程操控小车行驶，摄像头可实现清洁人员对于路况的实时观察，由此进行落叶的清理及落叶的粉碎回收。传感器可使小车自动检测到落叶，当检测到落叶时，扫地的扇叶将其扫到风口以达到吸入的效果。人为操控与自动寻找落叶的相互结合可避免小车自动忽略细小目标而直奔的情况，确保将落叶尽可能全部收集。随后，将落叶粉碎回收，减少囤积空间。在小车的运行同时，太阳能板实时地进行电量储存，循环给小车供电。由测试与分析可得，落叶回收利用机的功能都可以实现。在各个路况中，该款落叶回收利用机可以保证复杂情况下对现场进行二次检查和落叶回收。