智能分类垃圾桶

1.本技术涉及垃圾分类技术领域，尤其涉及一种智能分类垃圾桶。


背景技术：

2.随着社会的快速发展，垃圾存量急剧上升，“垃圾围城”、“垃圾围村”正日益成为困扰中国各个城市、乡村的难解之题。保护生态环境就是保护生产力，改善生态环境就是发展生产力。所以要摒弃损害甚至破坏生态环境的发展模式，摒弃以牺牲环境换取一时发展的短视做法，让良好生态环境成为全球经济社会可持续发展的支撑。垃圾分类是社会进步和生态文明的标志，是人人均可参与其中来保护环境和改善环境的方式。目前人们生活中所用的垃圾桶，还普遍是露天集体堆放或是需要手动打开的传统有盖垃圾桶。而相关技术中的分类垃圾桶并列摆放时，分拨执行部件存在设计结构较为繁琐、控制复杂等缺点。由于人们对垃圾回收还存在认识不足，环保认识不够，平时对于比较脏乱的垃圾桶敬而远之，对于垃圾智能回收方面还有很多欠缺的地方。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术的目的在于提出一种智能分类垃圾头。
4.基于上述目的，本技术提供了一种智能分类垃圾桶，包括：
5.垃圾桶，包括四格回收箱和垃圾桶翻盖，所述垃圾桶翻盖的一侧与所述四格回收箱铰接，另一侧开设有垃圾投放口，所述四格回收箱通过互相垂直的分隔板分隔为四个开口，所述分隔板相交处设置有收纳盒，其中，与分类后的垃圾相对应的所述开口为目标开口；
6.垃圾检测机构，包括传感器识别部、图像识别部和主控制器，所述图像识别部与所述垃圾桶翻盖的盖板连接，所述传感器识别部和所述主控制器设置于所述收纳盒内，所述主控制器分别与所述传感器识别部和所述图像识别部通信连接，其中，垃圾检测机构被配置为检测垃圾的种类；
7.垃圾分拣机构，包括托盘部和分拣部，所述托盘部设置在所述收纳盒的上方，所述分拣部设置于所述盖板和所述托盘部之间，所述托盘部的垃圾托盘开设有用于垃圾进入所述目标开口的落入口，所述分拣部用于将位于垃圾托盘上的垃圾推进所述落入口。
8.进一步地，还包括垃圾溢满报警机构；所述垃圾溢满报警机构包括超声检测器和显示报警器，所述超声检测器设于所述收纳盒内，所述显示报警器设置在所述垃圾桶翻盖上，所述超声检测器和所述显示报警器分别与所述主控制器通信连接。
9.进一步地，还包括无线通信机构；所述无线通信机构包括定位器和通信器，所述定位器和所述通信器设于所述收纳盒内，所述定位器和所述通信器分别与所述主控制器通信连接，所述无线通信机构被配置为与后台管理系统进行信息交互。
10.进一步地，所述托盘部还包括托盘支撑架和第一舵机；所述托盘支撑架一端与所述收纳盒卡接，另一端与所述垃圾托盘转动连接，所述第一舵机固设在所述所述收纳盒内，
所述第一舵机的转动端与所述垃圾托盘固定连接，用于带动所述垃圾托盘相对于所述托盘支撑架转动。
11.进一步地，所述分拣部包括分拣棒和第二舵机；
12.所述第二舵机固设在所述盖板下侧，所述分拣棒设置为l型，l型所述分拣棒的一边与所述第二舵机固定连接，另一边与所述所述垃圾托盘平行，所述第二舵机被配置为带动所述分拣棒转动至将垃圾推入所述落入口，且所述第二舵机和所述第一舵机的转动轴位于同一直线上。
13.进一步地，所述托盘支撑架与所述收纳盒卡接的一端开设有与所述收纳盒相匹配的卡槽，所述托盘支撑架通过所述卡槽卡接在所述收纳盒外部，所述托盘支撑架靠近所述垃圾托盘的一端设置有滑道，所述滑道内均匀布置有多个滚珠。
14.进一步地，所述图像识别部包括摄像头和树莓派；所述摄像头与所述盖板的下侧固定连接，所述树莓派固设于所述盖板的下侧，所述树莓派与所述摄像头和所述主控制器通信连接。
15.进一步地，所述收纳盒靠近所述垃圾投放口一侧开设有探头通孔，所述传感器识别部的多个传感器的传感器探头穿过所述探头通孔伸出到所述收纳盒外部。
16.进一步地，所述垃圾托盘开设有探测口，所述探测口位于所述传感器探头的上方。
17.进一步地，所述超声检测器设置有四个，四个所述超声检测器分别设置于四个所述开口的中心处，分别与所述收纳盒的盒底板固定连接。
18.从上面所述可以看出，本技术提供的智能分类垃圾桶，垃圾通过开设在垃圾桶翻盖上的垃圾投放口进入垃圾桶，进入垃圾桶后的垃圾被暂时存放在垃圾分拣机构的垃圾托盘上，此时，垃圾检测机构的传感器识别部和图像识别部对垃圾进行分类检测，以确定垃圾的种类信息，该种类信息与四格回收箱中的一个开口相对应，采用图像识别与传感器检测综合的交叉算法对垃圾进行了分类，对垃圾的识别通过多重指标交叉确定，提升了垃圾识别的精准度，使得智能垃圾分类可由两类分拣提升至四类分拣，且综合的算法降低了单一算法的鉴定误差，也提高了同类垃圾识别的正确率。然后，主控制器根据该种类信息控制垃圾托盘转动至落入口与四格回收箱中与种类信息相对应的开口对齐，主控制器再控制分拣部将垃圾推入落入口，完成垃圾的智能分类存放。采用呈矩阵结构排列四格回收箱配合垃圾分拣机构进行垃圾的分类存放，垃圾分拣机构结构简单，易于维护，整个垃圾桶也具有体积小，外形美观，操作简单等优点。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述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技术的实施例，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。
20.图1为本技术实施例的智能分类垃圾桶的垃圾桶结构图；
21.图2为本技术实施例的智能分类垃圾桶的垃圾桶剖视结构图；
22.图3为本技术实施例的四格回收箱的俯视结构图；
23.图4为本技术实施例的智能分类垃圾桶的内部电路示意图；
24.图5为本技术实施例的托盘支撑架的结构图；
25.图6为本技术实施例的收纳盒的结构图。
26.附图标记：1、垃圾桶；1-1、垃圾桶翻盖；1-1-1、盖板；1-2、四格回收箱；1-3、收纳盒；1-3-1、探头通孔；1-4、分隔板；1-5、垃圾投放口；2、垃圾检测机构；2-1、传感器识别部；2-2、图像识别部；2-3、主控制器；2-2-1、摄像头；2-2-2、树莓派；3、垃圾分拣机构；3-1、托盘部；3-1-1、垃圾托盘； 3-1-2、托盘支撑架；3-1-2-1、卡槽；3-1-2-2、滑道；3-1-2-3、滚珠；3-1-3、第一舵机；3-1-4、落入口；3-1-5、探测口；3-2、分拣部；3-2-1、分拣棒；3-2-2、第二舵机；4、垃圾溢满报警机构；4-1超声检测器；4-2、显示报警器；5、无线通信机构；5-1、定位器；5-2、通信器。
具体实施方式
27.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本技术进一步详细说明。
28.需要说明的是，除非另外定义，本技术实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
29.相关技术中的分类垃圾桶的分类并没有实现真正的智能分类。目前比较通用的有一些自动开盖垃圾桶，例如：智能感应双分类垃圾桶、智能分类四区分类垃圾桶、智能化扫码垃圾桶等。其中，智能感应双分类垃圾桶，多为家中厨用垃圾桶，有感应开盖功能，内部分为干湿垃圾，需要投放者自主进行分类与投放。智能分类四区分类垃圾桶，原理与能感应双分类垃圾桶类似，分类种类多了两类，也是感应开盖功能，内部四个小垃圾桶，需要人为分好类进行投放。智能化扫码垃圾桶是社区试用的大型垃圾回收箱，它的功能是通过扫码人为主观选择要投放的垃圾种类进行并有积分系统，当投掷相应的垃圾后获得相应的积分可以兑换物品，人为主观进行分类，有时候也会不准确，还是会有很多人懒得去垃圾分类，没有实现真正的智能分类的功能。
30.本技术提供的智能分类垃圾桶以垃圾分类为重点出发，设计了以一个垃圾桶为主体，分四格存放四种类型的垃圾，并采用了图像识别和传感器检测相结合的识别算法，根据不同垃圾的图像特征及具有不同的电气特性来实现物体分类，通过应用传感器检测弥补了图像识别对垃圾中变形物体识别时存在的缺陷，增加了垃圾检测的精准度，提高了垃圾分类的准确度，解决了垃圾桶垃圾分类难的问题，实现对垃圾的自动智能分类，并在分类后利用垃圾分拣机构对垃圾进行存放。
31.在一些实施例中，如图1至图4所示，所述智能分类垃圾桶，包括：
32.垃圾桶1，包括四格回收箱1-1和垃圾桶翻盖1-2，垃圾桶翻盖1-1的一侧与四格回收箱1-2铰接，另一侧开设有垃圾投放口1-5，四格回收箱1-2通过互相垂直的分隔板1-4分
隔为四个开口，分隔板相交处设置有收纳盒1-3，其中，与分类后的垃圾相对应的开口为目标开口；
33.垃圾检测机构2包括传感器识别部2-1、图像识别部2-2和主控制器2-3，图像识别部2-2与垃圾桶翻盖1-1的盖板1-1-1连接，传感器识别部2-1和主控制器2-3设置于收纳盒1-3内，主控制器2-3分别与传感器识别部2-1和图像识别部2-2通信连接，其中，垃圾检测机构2被配置为检测垃圾的种类；
34.垃圾分拣机构3包括托盘部3-1和分拣部3-2，托盘部3-1设置在收纳盒 1-3的上方，分拣部3-2设置于盖板1-1-1和托盘部3-1之间，托盘部3-1的垃圾托盘3-1-1开设有用于垃圾进入任意一个开口的落入口3-1-4，分拣部3-2用于将位于垃圾托盘3-1-1上的垃圾推进落入口3-1-4；
35.在该实施例中，垃圾通过开设在垃圾桶翻盖1-1上的垃圾投放口1-5进入垃圾桶1，进入垃圾桶1后的垃圾被暂时存放在托盘部3-1的垃圾托盘3-1-1 上，垃圾托盘3-1-1为四分之三圆形亚克力盘，四格回收箱1-2的四个开口围成与垃圾托盘3-1-1相适配圆形开口，四个开口对应存放的垃圾种类预先设定在主控制器2-3中，圆形垃圾托盘3-1-1的四分之一圆的缺口为垃圾的落入口 3-1-4，此时，垃圾检测机构2的传感器识别部2-1和图像识别部2-2对垃圾进行分类检测，其中，垃圾检测机构2的传感器识别部2-1被配置为：获取垃圾的物质信息，通过识别物质信息中含有的物质特征信息，得到第一标定参数；垃圾检测机构2的图像识别部2-3被配置为：获取垃圾的图像信息，基于预先设定的数据模型集合对图像信息进行识别，得到第二标定参数，第一标定参数和第二标定参数构成属性信息，根据该属性信息，利用主控制器2-3确定垃圾的种类信息，可选地，主控制器2-3可以选择型号为stm32l151的单片机，该种类信息与四格回收箱1-2中的目标开口相对应；结合图像识别部2-2的图像识别结果(第二标定参数)和传感器识别部2-1的识别结果(第一标定参数)降低了单一识别算法的鉴定误差，也提高了同类垃圾识别的正确率。然后，主控制器2-3根据该种类信息控制垃圾托盘3-1-1转动至落入口3-1-4与目标开口对齐，主控制器2-3再控制分拣部3-2将垃圾推入落入口3-1-4，完成垃圾的智能分类存放。采用呈矩阵结构排列四格回收箱1-2配合垃圾分拣机构3进行垃圾的智能分类存放，垃圾分拣机构3结构简单，易于维护，整个垃圾桶1也具有体积小，外形美观，操作简单等优点。
36.在一些实施例中，如图2和图4所示，智能分类垃圾桶1还包括垃圾溢满报警机构4；垃圾溢满报警机构4包括超声检测器4-1和显示报警器4-2，超声检测器4-1和显示报警器4-2设于收纳盒1-3内，超声检测器4-1和显示报警器4-2分别与主控制器2-3通信连接。
37.其中，当垃圾分类存放完毕，垃圾溢满报警机构4通过超声波测距原理判断垃圾桶1内垃圾的高度：超声检测器4-1向垃圾桶1桶底方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声检测器4-1的超声波接收器收到反射波就立即停止计时，得到时间差，根据超声波在空气中的传播速度和时间差，得到垃圾桶1内垃圾的高度。主控制器2-3将测得的高度与预设的满载高度进行比较，若测得的高度大于预设的满载高度，说明垃圾桶1存满；若测得的高度小于预设的满载高度，说明垃圾桶1未存满。若垃圾桶1已经存满，主控制器2-3会向显示报警器4-2发送报警信息，显示报警器4-2收到报警信息后会利用蜂鸣器报警器发出报警信息，并将存满情况通过设置在盖板1-1-1外侧的led显示屏进行展示，提示人们不要继续向垃圾桶1内投放垃圾，可选地，超
1-2-1的宽度略小于收纳盒1-3的宽度，保证该卡槽3-1-2-1 可以稳定卡接在收纳盒1-3的上侧，托盘支撑架3-1-2顶部设有圆形滑道 3-1-2-2，该滑道3-1-2-2沿托盘支撑架3-1-2上表面的圆周方向设置，滑道3-1-2-2 中设置多个滚珠3-1-2-3，以确保垃圾托盘3-1-1可在托盘支撑架3-1-2上自由转动。
48.在一些实施例中，如图2所示，图像识别部2-2包括摄像头2-2-1和树莓派2-2-2；摄像头2-2-1与盖板1-1-1的下侧固定连接，树莓派2-2-2固设于盖板1-1-1的下侧，树莓派2-2-2与摄像头2-2-1和主控制器2-3通信连接。
49.其中，利用摄像头2-2-1对进入垃圾桶1的垃圾进行实时图像采集，将采集到的图像进行图像分割，图像分割可以将目标识别对象与背景和其他识别对象区分开，然后，将目标识别对象对应的图像部分转换为灰度图像，并将其二值化，将二值化后的图像与树莓派2-2-2中数据模型集合中的有害垃圾模型进行比对，若二值化后的图像分别与数据模型集合中的有害垃圾模型、可回收垃圾模型和干垃圾模型进行匹对，若二值化后的图像与数据模型集合中的有害垃圾模型相匹配，判定该垃圾为有害垃圾；若二值化后的图像与数据模型集合中的可回收垃圾模型相匹配，判定该垃圾为可回收垃圾；若二值化后的图像与数据模型集合中的干垃圾模型相匹配，判定该垃圾为干垃圾，实现垃圾的初步识别。
50.在一些实施例中，如图6所示，收纳盒1-3靠近垃圾投放口1-5一侧开设有探头通孔1-3-1，传感器识别部2-1的多个传感器的传感器探头穿过探头通孔 1-3-1伸出到收纳盒1-3外部。
51.可选地，传感器识别部2-1的传感器分别为电容式接近开关、镜面反射光电传感器、金属检测传感器和温湿度传感器，在垃圾进入垃圾桶1的过程中，会触发电容式接近开关，进而打开镜面反射光电传感器、金属检测传感器和温湿度传感器与树莓派2-2-2之间的串口通道，电容式开关可以选择中国台湾力科型号为kc3035-kp2的电容式传感器，其中，金属检测传感器可以选择型号为 bcf-40n的金属检测传感器，金属检测传感器是为了辅助图像识别对金属垃圾进行识别，图像对一些不规则的物体进行识别时准确度较低，加上金属传感器的双重判定可以对可回收中的金属易拉罐等金属垃圾实行高精度的判定；镜面反射光传感器的型号可以选择为e3jk-r8m1-j，镜面反射光传感器是以红外光源为介质、应用光电效应，当光源受物体遮蔽或发生反射、辐射和遮光导致受光量变化来检测垃圾的有无、大小和明暗，当透明物体经过时光亮无明显变化，而不透明物体经过时光亮衰减明显，从而可分辨透明与不透明物质，实现对可回收的塑料瓶和玻璃等透明物质的检测和判定；温湿度传感器的型号可以选择为sht20，温湿度传感器可以通过数模转换实时获取温湿度值，在厨余垃圾中瓜果蔬菜占了大多数而这些物体的水分比较多可以引起湿度的较大变化，从而可以实现对湿垃圾的判定，且，电容式接近开关、镜面反射光电传感器、金属检测传感器和温湿度传感器的探头分别通过收纳盒1-3的探头通孔1-3-1伸出到收纳盒1-3外部。传感器识别部2-1的传感器配合图像识别部2-2实现垃圾的最终识别。
52.在一些实施例中，如图3所示，垃圾托盘3-1-1开设有探测口3-1-5，探测口3-1-5位于传感器探头的上方。
53.其中，电容式接近开关、镜面反射光电传感器、金属检测传感器和温湿度传感器无法穿过垃圾托盘3-1-1实现垃圾的检测，所以在电容式接近开关、镜面反射光电传感器、金属检测传感器和温湿度传感器的传感器探头的上方开设探测口3-1-5，该探测口3-1-5较
小，在保证传感器探头能够检测到垃圾的同时防止垃圾从探测口3-1-5处掉落。
54.在一些实施例中，如图2所示，超声检测器4-1设置有四个，四个超声检测器4-1分别设置于四个开口的中心处，分别与收纳盒1-3的盒底板固定连接。
55.其中，由于垃圾在垃圾桶1的四个分格的存放过程中，一般每个分格的中心位置为垃圾的最高位置，选择将四个超声检测器4-1分别设置于四个开口的中心处，可以在垃圾的最高高度超过满载高度时就判定垃圾桶存满，避免垃圾因四格回收箱1-2已存满而无法被推入落入口3-1-4。
56.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
57.本技术实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本技术实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。