一种基于人工智能的垃圾分类方法及垃圾分类系统与流程

本发明属于垃圾智能处理技术领域，涉及一种基于人工智能的垃圾分类方法及垃圾分类系统。

背景技术：

随着人们生活水平的提高，城市垃圾也越来越多，根据环保部的数据预计，2019年全国生活垃圾将超过2000万吨，城市垃圾已经成为全国大中城市一个重要的污染来源，垃圾分类已经刻不容缓。现有的生活垃圾虽然也设置了可回收垃圾桶与不可回收垃圾桶，但由于每个人对是否可回收都有不同的理解，从而导致分类垃圾桶形同虚设。

中国目前90%以上可以利用的废弃物，是被填埋或焚烧掉。而实现最大利用的前提便是垃圾分类。在北京、杭州、广州、上海等，垃圾分类试点已经推行了多年，却未见明显实效，尽管小区门口放了不同颜色的垃圾桶，但仍然各种垃圾混杂、免费发放的可降解垃圾袋也被用来装其他垃圾。

目前市场上出现的各类用于垃圾分类的前端设备，都是基于人工分类模式。即先由投放垃圾的人区分垃圾所属类别（二分类或四分类、六分类），然后将垃圾集中投放至某一分类桶内，然后有不同的收集渠道进行转运。但是这种模式有以下缺陷：

1）居民培养垃圾分类技能所需要的时间过长、成本过高；

2）各城市的分类标识与颜色不统一，不利于居民记忆区分；

3）使用奖励机制，大量依赖政府补贴的投放模式不可持续，无法有效激励居民投放；

4）公共区域的垃圾分类无法施行有效的奖励刺激机制。

对此，申请号为cn201811000409.8的中国发明专利申请提出一种基于人工智能分类的垃圾收集机器人，所述垃圾收集机器人还设有大数据库，不仅可以根据已有的垃圾名称对垃圾进行分类，而且还可以自动添加新的垃圾名称，实现垃圾分类的自动更新。因此，本发明是一种基于人工智能垃圾分类更加明确、可以较远距离启闭垃圾门、更加环保的垃圾收集机器人。然而，该方案并没有对其声称的“大数据库”给出具体方案，仅仅是泛泛的提到“大数据库内部设有大量的垃圾名称，并对每个垃圾名称进行可回收垃圾和不可回收垃圾分类；语音系统接收到垃圾名称时，通过控制系统保存到大数据库中”，实现效果存疑；申请号cn201810678499.x的中国发明专利申请则提出一种基于人工智能与大数据技术的垃圾智能回收系统，利用摄像头对垃圾进行拍照，再通过垃圾识别模块对摄像头拍下的垃圾照片进行识别，将垃圾分类，并控制对应的垃圾存储箱开启，将垃圾投放进对应的垃圾存储箱中。然而，本领域技术人员均知晓，简单的基于图像识别的垃圾分类方法准确度不高，这也是目前的垃圾分类为何还需要大量人工参与的原因；申请号为cn201811546245.9的中国发明专利申请则提出一种基于人工智能的室内生活垃圾自动分拣的装置，通过控制摄像头进行拍照，获取到的照片先与开机时获取的基准图像进行对比，将获取的照片压缩为jpeg格式，获取上传到云平台的识别结果，其依然是声称采用“人工智能的分类模型”，解决居民分类的不精确，分类意愿问题，通过翻转机构快速实现二种分类模式。但是却并没有给出具体的分类模型实现方式以及效果验证。

总而言之，垃圾处理是一个完整的系统，分类收集、分类运输、分类处理、分类利用，必须前后衔接，相互配套，否则分类的效果就会大打折扣。现有技术聚焦于试图一次性将垃圾进行分类，但是这种一次性分类如果要保证准确，则必须要投入大量的人力，即需要人工配合才能分类准确，仅仅依靠诸如所述图像识别等方法的分类结果，其准确度很低，完全不可能大规模推广。

为此，发明人认为，要改变现有技术这种试图一次性分类的技术偏见，才能尽可能准确的实现垃圾智能分类。

技术实现要素：

本发明正是为了解决上述技术问题而提出的对应有效技术方案。

为此，本发明提出一种基于人工智能的垃圾分类方法及垃圾分类系统。本发明的技术方案，并不聚焦于试图在一个步骤中就将垃圾细分为准确的类别（事实上，每个地方的垃圾分类的细则标准都不同），而是重点放在垃圾分类的前处理阶段，即粗分类阶段。所述粗分类基于每一次的分类结果，对分类控制系统进行反馈，从而不断训练该分类控制系统，使得对于原始垃圾的粗分类结果越来越精确；基于粗分类结果，后续可以根据各自的更细分标准，采用其他技术进行细分。由于细分是基于粗分类结果，则可以采用计算机化实现，例如，图像识别技术来进行细分。

值得注意的是，本发明的垃圾分类系统不包含任何需要图像识别的过程。

本发明针对的待分类垃圾，可以是垃圾产生者按照自己的意愿分类投放的垃圾，也可以是原始的混装垃圾。经过本发明的技术方案的处理，至少所述待处理垃圾将在物理表现形式上更加容易区分，从而便于后续采用自动化的手段进行精细化识别，进而进行自动化分类。

在本发明的第一个方面，提出一种人工智能的垃圾分类系统，所述分类系统包括垃圾量斗器的运动控制系统、垂直传送带系统以及连接所述运动控制系统与所述垂直传送带的反馈控制系统。

所述垃圾量斗器在所述运动控制系统的控制下，沿第一水平方向往复运动

所述垂直传送带系统位于所述第一水平方向下方；

所述垂直传送带系统包括多个传送带；所述传送带的传送方向与所述第一水平方向垂直，所述多个传送带采用多个分离隔板隔开，所述多个分立隔板均垂直于所述传送带水平面；并且所述多个分立隔板的高度自中间向两边递减；

所述量斗器在沿第一水平方向往复运动的过程中，同时沿着自身的中心垂直轴沿着旋转方向自转；

并且，所述垂直传送带系统还包括人工智能分类识别引擎，基于所述人工智能分类识别引擎的识别结果，调节所述量斗器在沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度和水平方向运动速度；

所述多个分立隔板的高度自中间向两边递减，具体为：

所述多个分立隔板的高度符合高斯分布；

初始状态时，所述量斗器在沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度和水平方向运动速度随着其下方的分立隔板的高度变化而变化。

其中，所述人工智能分类识别引擎，用于对所述多个传送带各自传送的垃圾进行识别分类，所述多个传送带的每一个均设置有重量传感器、湿度传感器；所述重量传感器检测对应传送带上的垃圾的重量，所述湿度传感器用于检测所述对应传送带上的垃圾的湿度；如果所述多个传送带上的所有垃圾的重量值符合高斯分布，则保持所述量斗器沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度和水平方向运动速度不变，否则，调节所述量斗器沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度和/或水平方向运动速度，使得所述多个传送带上的所有垃圾的重量值符合高斯分布。

其中，如果所述多个传送带上的所有垃圾的湿度值符合高斯分布均匀分布，则保持所述量斗器沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度和水平方向运动速度不变，否则，调节所述量斗器沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度和/或水平方向运动速度，使得所述多个传送带上的所有垃圾的湿度值符合均匀分布。

所述量斗器包括：第一上边框；第二下边框；第三底盘；连接所述第一上边框和第二下边框的多个侧面连接片；连接所述第一上边框和第三底盘中心位置的旋转轴;以及设置在所述旋转轴上的与所述旋转轴垂直的多个交错设置的横杆片。

其中，所述多个交错设置的横杆片的长度值符合高斯分布。

所述第三底盘与所述第二下边框存在高度差，并且所述高度差可调节。

所述第一上边框围成的区域面积大于所述第二下边框围成的区域面积，所述第三底盘的面积大于所述第二下边框围成的区域面积。

所述量斗器包括运动控制装置，所述运动控制装置连接所述垂直传送带系统，基于所述垂直传送带系统的人工智能分类识别引擎的识别结果，调节所述量斗器在沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度和水平方向运动速度。

在本发明的第二个方面，提出一种利用所述的垃圾分类系统进行垃圾分类的方法，所述方法包括如下步骤：

s1：初始化所述量斗器的所述运动控制装置，使得所述量斗器在沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度和水平方向运动速度随着其下方的分立隔板的高度变化而变化；

s2：分批次将待分类垃圾投入所述量斗器，直到所述量斗器填满；

s3：所述运动控制装置控制所述量斗器沿第一水平方向往复运动，并且同时控制所述量斗器沿着自身的中心垂直轴沿着旋转方向自转，直到所述量斗器处于空闲状态；

s4：所述垂直传送带系统的人工智能分类识别引擎对落入所述多个传送带上的垃圾进行分类识别；

s5：基于所述分类识别结果，所述垂直传送带系统发送反馈参数给所述运动控制装置，使得所述运动控制装置调节所述量斗器在沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度和水平方向的运动速度；返回步骤s2。

其中，所述量斗器处于空闲状态后，所述所述垂直传送带系统的所述多个传送带开始启动，将传送带上的垃圾传送到远端进行所述分类识别。

其中，所述多个分立隔板的高度可调节。

本发明的进一步优点将结合附图，通过具体的实施例进一步体现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请人工智能的垃圾分类系统的整体框架图；

图2是本申请人工智能的垃圾分类系统的运行示意图；

图3是本申请人工智能的垃圾分类系统所采用的的量斗器的细节图；

图4是本申请人工智能的垃圾分类方法流程图。

具体实施例

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参见图1，该实施例公开人工智能的垃圾分类系统，所述分类系统包括垃圾量斗器的运动控制系统、垂直传送带系统以及连接所述运动控制系统与所述垂直传送带的反馈控制系统。

需要指出的是，本实施例目标是对垃圾进行粗分类，所述垃圾分类系统不包含任何需要图像识别的过程。

具体而言，参见图2，所述垃圾量斗器在所述运动控制系统的控制下，沿第一水平方向往复运动；

所述垂直传送带系统位于所述第一水平方向下方；

所述垂直传送带系统包括多个传送带；所述传送带的传送方向与所述第一水平方向垂直，所述多个传送带采用多个分离隔板隔开，所述多个分立隔板均垂直于所述传送带水平面；并且所述多个分立隔板的高度自中间向两边递减；

所述量斗器在沿第一水平方向往复运动的过程中，同时沿着自身的中心垂直轴沿着旋转方向自转；

并且，所述垂直传送带系统还包括人工智能分类识别引擎，基于所述人工智能分类识别引擎的识别结果，调节所述量斗器在沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度和水平方向运动速度；

其中，所述人工智能分类识别引擎，用于对所述多个传送带各自传送的垃圾进行识别分类，所述多个传送带的每一个均设置有重量传感器、湿度传感器；所述重量传感器检测对应传送带上的垃圾的重量，所述湿度传感器用于检测所述对应传送带上的垃圾的湿度；如果所述多个传送带上的所有垃圾的重量值符合高斯分布，则保持所述量斗器沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度和水平方向运动速度不变，否则，调节所述量斗器沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度和/或水平方向运动速度，使得所述多个传送带上的所有垃圾的重量值符合高斯分布。

其中，如果所述多个传送带上的所有垃圾的湿度值符合高斯分布均匀分布，则保持所述量斗器沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度和水平方向运动速度不变，否则，调节所述量斗器沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度和/或水平方向运动速度，使得所述多个传送带上的所有垃圾的湿度值符合均匀分布。

举例来说，图2中垂直传送带系统示出了5个垂直方向的传送带，所述重量传感器检测对应5个传送带上的垃圾的重量，如果第1/3/4/5个传送带上的垃圾重量大致符合高斯分布，而第二个传送带上的垃圾重量值无法拟合到该分布中，则意味着该第二个传送带的垃圾重量值过大或者过小；

需要指出的是，上述数字5仅仅是示意性说明，实际上，仅仅5个样本值当然无法拟合出高斯分布，本发明的实施例具体运行时当然不止5个传送带，传送带的数量更多，使其能够满足高斯分布的样本数量要求。

如果重量值过小，则在所述量斗器在水平方向上接近所述第二个传送带时，减少所述水平方向运动速度；在所述量斗器在水平方向上接近远离第二个传送带时，增大所述水平方向运动速度，和/或，增加所述旋转速度；作为优选，所述水平方向运动速度的增大部分值小于所述旋转速度的增加部分值。

同样的，所述湿度传感器检测对应5个传送带上的垃圾的湿度值，如果第1/3/4/5个传送带上的垃圾湿度值大致符合均匀分布，而第二个传送带上的垃圾湿度值无法拟合到该分布中，则意味着该第二个传送带的垃圾湿度值过大或者过小；

如果如果重量值过小，则在所述量斗器在水平方向上接近所述第二个传送带时，增大所述水平方向运动速度；在所述量斗器在水平方向上接近远离第二个传送带时，增加所述旋转速度。

当然，所述垃圾分类系统存在一个初始状态，无法获取所述反馈参数。因此，需要设置初始化状态。

在本实施例中，经过发明人研究，初始状态时，所述量斗器在沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度和水平方向运动速度随着其下方的分立隔板的高度变化而变化。

具体而言，所述分立隔板的高度与所述所述量斗器在沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度成正相关，与所述水平方向运动速度成反相关。

所述多个分立隔板的高度自中间向两边递减，具体为：

所述多个分立隔板的高度符合高斯分布。

具体的，参见图3，是本申请人工智能的垃圾分类系统所采用的的量斗器的细节图。

所述量斗器包括：

第一上边框（1）；第二下边框（2）；第三底盘（3）；

连接所述第一上边框（1）和第二下边框（2）的多个侧面连接片（4）；

连接所述第一上边框（1）和第三底盘（3）中心位置的旋转轴（5）;

以及设置在所述旋转轴（5）上的与所述旋转轴（5）垂直的多个交错设置的横杆片（6）。

其中，所述多个交错设置的横杆片（6）的长度值符合高斯分布。

所述第三底盘（3）与所述第二下边框（2）存在高度差，并且所述高度差可调节。

其中，所述第一上边框（1）围成的区域面积大于所述第二下边框（2）围成的区域面积，所述第三底盘（3）的面积大于所述第二下边框（2）围成的区域面积。

采用上述独特设计，使得在量斗器在水平方向运动的状态和旋转方向运动状态影响下的垃圾分离后的分布能够尽量符合预期的高斯分布，从而完成垃圾的粗分类。

进一步参照图4，是本申请人工智能的垃圾分类方法流程图。

利用垃圾分类系统进行垃圾分类的方法，所述方法包括：

s1：初始化所述量斗器的所述运动控制装置，使得所述量斗器在沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度和水平方向运动速度随着其下方的分立隔板的高度变化而变化；

作为优选，初始状态时，所述量斗器在沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度和水平方向运动速度随着其下方的分立隔板的高度变化而变化。

具体而言，所述分立隔板的高度与所述所述量斗器在沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度成正相关，与所述水平方向运动速度成反相关。

s2：分批次将待分类垃圾投入所述量斗器，直到所述量斗器填满；

本实施例的量斗器填满的状态，是指投入的垃圾在体积上占据了所述量斗器的全部内部空间，包括所述第一上边框（1）、第二下边框（2）以及所述多个侧面连接片（4）围成的空间；

所述填满状态的检测，可以通过传感器组件实现，例如所述第一上边框（1）所在平面的红外传感器；

并且，在装填垃圾时，所述第三底盘（3）和所述第二下边框（2）的高度差调节为最小；

s3：所述运动控制装置控制所述量斗器沿第一水平方向往复运动，并且同时控制所述量斗器沿着自身的中心垂直轴沿着旋转方向自转，直到所述量斗器处于空闲状态；

同时，所述连接所述第一上边框（1）和第三底盘（3）中心位置的旋转轴（5）在垂直方向上逐步下降，使得所述第三底盘（3）和所述第二下边框（2）的高度差逐渐增大。

所述量斗器处于空闲状态，是指所述量斗器内的垃圾经过所述水平方向运动以及旋转运动，绝大部分或者完全散落到其下方的所述垂直传送带系统的多个传送带上；此时，表明本次装填的垃圾已经完成粗分类；

所述空闲状态的检测，可以通过重量传感器来识别；

s4：所述垂直传送带系统的人工智能分类识别引擎对落入所述多个传送带上的垃圾进行分类识别；

具体而言，所述分类识别包括：所述多个传送带的每一个均设置有重量传感器、湿度传感器；所述重量传感器检测对应传送带上的垃圾的重量，所述湿度传感器用于检测所述对应传送带上的垃圾的湿度；

s5：基于所述分类识别结果，所述垂直传送带系统发送反馈参数给所述运动控制装置，使得所述运动控制装置调节所述量斗器在沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度和水平方向的运动速度；返回步骤s2。

具体来说，包括：

如果所述多个传送带上的所有垃圾的重量值符合高斯分布，则保持所述量斗器沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度和水平方向运动速度不变，否则，调节所述量斗器沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度和/或水平方向运动速度，使得所述多个传送带上的所有垃圾的重量值符合高斯分布。

其中，如果所述多个传送带上的所有垃圾的湿度值符合高斯分布均匀分布，则保持所述量斗器沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度和水平方向运动速度不变，否则，调节所述量斗器沿第一水平方向往复运动的过程中的旋转速度和/或水平方向运动速度，使得所述多个传送带上的所有垃圾的湿度值符合均匀分布。

其中，所述量斗器处于空闲状态后，所述所述垂直传送带系统的所述多个传送带开始启动，将传送带上的垃圾传送到远端进行所述分类识别。

这里的远端，是指远离所述量斗器下方的区域，使得下一次量斗器不会散落垃圾到远端。

进一步的，所述多个分立隔板的高度可调节。这样，可以适当调节到每一个传送带上的垃圾的重量。

作为进一步的优选，还可以基于所述分类识别结果，调节所述多个分立隔板的高度。

总体来说，本发明的技术方案，并不聚焦于试图在一个步骤中就将垃圾细分为准确的类别（事实上，每个地方的垃圾分类的细则标准都不同），而是重点放在垃圾分类的前处理阶段，即粗分类阶段。所述粗分类基于每一次的分类结果，对分类控制系统进行反馈，从而不断训练该分类控制系统，使得对于原始垃圾的粗分类结果越来越精确；基于粗分类结果，后续可以根据各自的更细分标准，采用其他技术进行细分。由于细分是基于粗分类结果，则可以采用计算机化实现，例如，图像识别技术来进行细分。

实践表明，通过本发明的技术方案进行垃圾粗分离后，后续的计算机自动识别流程的准确度已大大提升，有效的减轻了人力，提高了垃圾分类的效率。

本发明针对的待分类垃圾，可以是垃圾产生者按照自己的意愿分类投放的垃圾，也可以是原始的混装垃圾。经过本发明的技术方案的处理，至少所述待处理垃圾将在物理表现形式上更加容易区分，从而便于后续采用自动化的手段进行精细化识别，进而进行自动化分类。

通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。