一种智能分类垃圾桶以及分类方法

本发明属于智能垃圾桶，特别是涉及一种智能分类垃圾桶以及分类方法。

背景技术：

1、长久以来，危害我国环境问题之一的是垃圾污染，保护环境刻不容缓。从焚烧垃圾来解决垃圾堆积问题，到开始有垃圾桶贮藏垃圾，再到后来意识到垃圾分类的重要性，人类经历了漫长的认知提升过程。为了使传统的垃圾桶能够更加人性化、智能化，提出了基于深度学习的智能识别分类垃圾桶。

2、智能识别分类拉垃圾桶作为机器智能化的高端技术产物之一，包含了实时图像获取及其分类处理技术、机器视觉、机械原理、机械传动系统、电路设计制造、机械工程力学分析、机器人控制技术、模拟实现交互等多学科交叉，实现对不同种类的垃圾实现自动分类。不仅可以满足高端智能垃圾桶生成商对产品优化升级的商业需求，从而带来巨大的经济效益，更重要的是智能识别分类垃圾桶包含的多种智能技术尤其是机器视觉、图像分类技术在工业生成、交通能源、生物医疗、以及国防军事等领域均有极其重要而广阔的应用潜力。

3、目前我国的智能垃圾箱控制系统比较简单，表现为垃圾箱较单一并且基本可以分为三类：第一类智能垃圾箱是利用红外线测距技术或是超声波感知是否有物体靠近，如果感知到有物体靠近将拖动电机转动，并以此使得垃圾箱具有翻盖功能。但这类垃圾箱受用范围小，比如办公室或者家中等私人场所。但如果是将被运用到公共场合的垃圾箱，脚踏式或是手动的这类没有任何智能控制系统的垃圾箱往往因为其便捷性而受到人们的青睐，相反，智能垃圾箱在这种环境下往往被人们认为是多此一举。且这类智能垃圾箱在我国基本不会在普通商场售卖。想要购买基本只能用较高的价格通过网络购买。第二类智能垃圾箱通过将太阳能转化为电能从而驱动电机压缩垃圾。这种垃圾箱曾经在第五届中国-东盟博览会高科技展厅减排区展出过。不过同第一类垃圾箱一样，其应用范围和商业价值不高而未被推广使用。第三类智能垃圾箱也同第二种一样。可以将太阳能转化为电能，但转化而来的电能不会被用来处理垃圾而被供应给垃圾箱外的广告灯。综上所述，虽然现有技术中有很多智能垃圾桶，但是其设计方向大多数为自动开盖、压缩垃圾以及电能转化供给广告灯等，没有真正意义上实现垃圾分类处理的功能。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述问题，本发明旨在提供了一种智能分类垃圾桶以及分类方法，解决现有技术中的智能垃圾桶没有真正意义上实现(单列或并排)垃圾分类处理的功能的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种智能识别分类垃圾桶，包括垃圾桶桶身和主控系统，垃圾桶桶身的顶部设置有垃圾入口；

4、垃圾桶桶身的内部设置有位于垃圾入口下方的垃圾传输装置，垃圾传输装置的顶部设置有与主控系统电性连接的摄像头；

5、垃圾传输装置的出口端设置有与主控系统电性连接的垃圾分拣机构，垃圾分拣机构下方设置有多个用于存放不同类型垃圾的垃圾存放筒。

6、本发明的基本原理为：通过在垃圾桶桶身内设置垃圾传输装置，实现对垃圾传输装置进行待分类并排垃圾的分离和运输，将并排垃圾分离为单列垃圾后，再将待分类垃圾运送至垃圾分拣机构，垃圾分拣机构根据摄像头识别图像信息和主控系统的控制指令对待分类垃圾进行分拣，将待分类垃圾分拣至不同的垃圾存放筒内，实现真正意义上的垃圾分类工作。

7、进一步地，垃圾桶桶身包括框架和多块用于覆盖框架的面板。框架的结构为长方体结构，可以通过铝型材和连接件用螺栓连接而成，稳定坚固，为垃圾桶桶身提供了良好的刚度和强度；同时在框架的侧壁上覆盖面板，位于框架底部的面板可拆卸，便于拿出垃圾存放筒，方便安装和清理垃圾存放筒。面板可以选用pc透明塑料板，便于透过面板直接观察垃圾桶桶身内部元件的工作状态，辨别垃圾分类是否正确，垃圾存放筒是否满载。

8、进一步地，垃圾桶桶身的顶部设置有与主控系统电性连接的显示器；显示器可以采用树莓派7寸高清触摸屏；显示器的功能为显示投放的垃圾的类型、每次投放的垃圾的重量、垃圾存放筒是否已经满载，以及循环播放垃圾分类宣传视频等实时信息。其中垃圾的类型将通过摄像头拍摄到垃圾后，将图片传送给上位机进行识别，识别完成后将信号传递给显示器进行显示。

9、进一步地，主控系统包括相互电性连接的上位机和下位机，上位机与摄像头、垃圾传输装置和显示器电性连接；下位机与垃圾分拣机构电性连接。上位机为jetson nano芯片，而下位机为stm32单片机；上位机设置在垃圾桶桶身的顶部，而下位机可以设置在垃圾桶桶身的底部，分开对摄像头、垃圾传输装置、显示器和垃圾分拣机构的控制，减少信号传输线的长度，实现主控系统的系统功能稳定，误差较低。

10、进一步地，垃圾传输装置包括设置于垃圾桶桶身内部的三组传输装置，第一组传输装置位于垃圾入口的正下方，第二组传输装置位于第一组传输装置的下方，第三组传输装置位于第二组传输装置和垃圾分拣机构之间；

11、每组传输装置均包括间隔设置的主动辊轴和从动辊轴，主动辊轴和从动辊轴之间设置有传送带，主动辊轴的一端通过联轴器与步进电机传动连接；

12、三组传输装置中的步进电机均与上位机电性连接。

13、由于垃圾桶桶身整体呈长方体柱状结构，导致垃圾桶桶身内部空间有限，将垃圾传输装置分段设置，实现在有限的空间内安装垃圾传输装置，提高垃圾桶桶身内部空间的使用效率。

14、进一步地，作为垃圾分拣机构的具体设置方式，垃圾分拣机构包括与垃圾桶桶身内部固定连接的安装架，安装架上设置有舵机底座，舵机底座上安装有与下位机电性连接的舵机，舵机的输出轴竖直朝上设置，舵机的输出轴上设置有金属舵盘，金属舵盘上设置有基板，基板上倾斜安装有分拣盘，分拣盘位于第三组传输装置输出端的下方；多个垃圾存放筒位于分拣盘的下方。

15、舵机可以精确地带动分拣盘在360度任意方向旋转，进而实现分拣盘倾斜方向对准不同的存放不同类型垃圾的垃圾存放筒，达到分拣的目的。

16、进一步地，为了实现分拣盘倾斜，便于垃圾从倾斜的分拣盘经过进入至对应的垃圾存放筒内，基板的正视投影呈“v”字形结构，基板的夹角为30°～40°；基板的一侧侧面水平设置并与金属舵盘顶面固定连接，基板的另一侧侧面与分拣盘的下端面固定连接。

17、进一步地，为了避免垃圾因从分拣盘的其他方向直接落入垃圾存放筒，造成垃圾分类错误的问题；分拣盘包括呈矩形结构的底板，底板的三侧设置有挡板，底板的未设置挡板一侧向下倾斜设置。

18、进一步地，多个垃圾存放筒分别用于存放有害垃圾、厨余垃圾、可回收垃圾和其他垃圾；

19、每个垃圾存放筒的内底面均设置有一个压力传感器，压力传感器的顶部设置有垫块，垫块的形状与垃圾存放筒的内部轮廓相匹配；

20、每个垃圾存放筒的顶部均设置有至少一个激光测距模块；压力传感器和激光测距模块均为下位机电性连接。

21、每次投放的垃圾的重量是通过压力传感器实现，并将压力传感器采集的数据给下位机和上位机从而在显示器上进行显示。

22、满载检测将通过激光测距模块实时检测与投放垃圾间的距离来辨别垃圾存放筒是否已经满载，如果已经满载，则将信号传递给下位机和上位机从而在显示器上进行显示。

23、本发明还提供一种智能识别分类垃圾桶的分类方法，其包括：

24、步骤1、启动智能识别分类垃圾桶；

25、步骤2、投入待分类垃圾，待分类垃圾通过垃圾入口投放至垃圾传输装置上；

26、步骤3、垃圾传输装置对待分类垃圾进行分离处理，将并排的垃圾分离为单列垃圾；

27、步骤4、摄像头获取待分类垃圾在垃圾传输装置上的实时图像，并将获得的实时图像传递至上位机；

28、步骤5、上位机对实时图像进行处理，识别待分类垃圾的种类和数量，并根据垃圾种类和数量生成舵机旋转角度和预设分类次数的控制指令，并将控制指令传递至下位机；

29、步骤6、下位机根据控制指令控制垃圾分拣机构中舵机的旋转角度和旋转次数；

30、步骤7、舵机带动分拣盘旋转，使分拣盘的出口对准当前垃圾对应的垃圾存放筒，垃圾传输装置对待分类垃圾进行输送，待分类垃圾经过分拣盘进入垃圾存放筒内；下位机记录舵机的旋转次数；

31、步骤8、上位机判断下位机记录舵机的旋转次数是否达到预设分类次数，若是，则完成待分类垃圾的分类工作，否则，重复步骤6(7)。

32、值得一提的是，如果待分类垃圾属于单一的单类垃圾，如属于单一的可乐瓶，那么上位机中生成的预设分类次数只有一次，生成的控制指令为控制舵机带动分拣盘的出口对准可回收垃圾的垃圾存放筒的顶部，可乐瓶依次经过垃圾传输装置和分拣盘，进入垃圾存放筒内，实现可乐瓶的回收。

33、如果待分类垃圾属于混合垃圾，如待分类垃圾包含一个可乐瓶和一节普通干电池，由于垃圾传输装置是连续运作，会将一个可乐瓶和一节普通干电池分散开，便于摄像头采集到可乐瓶和普通干电池的图像信息，分别将可乐瓶和普通干电池识别为可回收垃圾和有害垃圾；则上位机会按照可乐瓶和普通干电池输出的顺序，生成两个控制指令，分别为控制舵机带动分拣盘的出口对准可回收垃圾的垃圾存放筒顶部和控制舵机带动分拣盘的出口对准有害垃圾的垃圾存放筒顶部，进而完成混合垃圾的分离工作。依次类推，当待分类垃圾包含多种不同类型的垃圾时，则上位机根据摄像头采集的图像信息，对下位机按序生成不同的控制指令，下位机根据不同的控制指令控制舵机和分拣盘旋转对应的角度，达到对垃圾进行分离的目的。

34、本发明的有益效果为：本发明中的智能识别分类垃圾桶，通过在垃圾桶桶身内设置垃圾传输装置，实现对垃圾传输装置进行待分类并排垃圾的分离和运输，将待分类垃圾运送至垃圾分拣机构，垃圾分拣机构根据摄像头识别图像信息和主控系统的控制指令对待分类垃圾进行分拣，将待分类垃圾分拣至不同的垃圾存放筒内，实现真正意义上的垃圾分类工作。