阅读说明：本技术 智能垃圾分类装置及智能垃圾分类方法 (Intelligent garbage classification device and intelligent garbage classification method ) 是由 田卫新 张力 温征 刘本梦 于 2019-11-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了智能垃圾分类装置,并公开了智能垃圾分类方法,包括利用摄像头采集分类层台面上平铺的垃圾的图像根据垃圾的图像,采用神经网络模型对垃圾进行识别、分类；对垃圾图像中可回收物、有害垃圾、干垃圾、湿垃圾等分别进行目标识别和定位；用机械手逐一对可回收物进行分拣并放入可回收物的垃圾斗；用机械手逐一对有害垃圾进行分拣并放入有害垃圾的垃圾斗；利用机械手对剩余的垃圾进行干垃圾、湿垃圾的分类；对市民投放的垃圾进行垃圾质量评价。本发明对分拣后的垃圾进行分类储存,用于对市民投放的分类垃圾进行核查和二次分拣,根据核查结果对用户垃圾投放质量评分并制定奖惩机制,提高垃圾分类精度,同时鼓励用户提高垃圾分类投放质量。(The invention discloses an intelligent garbage classification device and an intelligent garbage classification method, wherein a camera is used for collecting images of garbage tiled on a classification layer table board, and a neural network model is used for identifying and classifying the garbage according to the images of the garbage; respectively identifying and positioning recyclable matters, harmful garbage, dry garbage, wet garbage and the like in the garbage image; sorting the recyclable materials one by using a manipulator and placing the recyclable materials into a garbage hopper; a garbage hopper for sorting the harmful garbage one by using a mechanical arm and putting the harmful garbage into the garbage hopper; classifying the dry garbage and the wet garbage by using a mechanical arm; and performing garbage quality evaluation on the garbage thrown by citizens. The garbage sorting method and the garbage sorting device have the advantages that sorted garbage is stored in a classified mode and is used for checking and secondary sorting classified garbage thrown by citizens, the user garbage throwing quality is scored according to the checking result, a reward and punishment mechanism is formulated, the garbage sorting precision is improved, and meanwhile the user is encouraged to improve the garbage classified throwing quality.)

智能垃圾分类装置及智能垃圾分类方法

技术领域

本发明属于垃圾分类领域，具体涉及智能垃圾分类装置及智能垃圾分类方法。

背景技术

随着经济的快速发展和生活水平的提高，生活垃圾的产量也急剧增加。生活垃圾的种类繁多，有些垃圾可回收再利用，有些垃圾则对环境有很大的影响，若是随意丢弃，可能会造成很大的污染。我国已经开展垃圾分类回收工作多年，主要是以分类垃圾桶为主。但是垃圾分类的效果并不理想，民众垃圾分类的意识也很薄弱。

最近两年，我国开始在部分城市建立起了严格的垃圾分类制度。以上海为例，要求居民将垃圾分为可回收物、有害垃圾、湿垃圾、干垃圾四类。由于要求垃圾类别比较复杂，对居民投放的分类垃圾缺乏有效监测和激励，导致垃圾的后端处理难度增加。

发明内容

本发明的技术问题是随着垃圾分类的工作的细化，目前虽广泛设置了分类垃圾桶，但市民的垃圾分类意识薄弱，分类积极性不高，依靠市民自觉对垃圾进行分类投放的垃圾分类效果不佳，市面上缺乏快速从市民投放的垃圾中分离出可回收物、有害垃圾、湿垃圾的垃圾分类处理装置，缺乏判断市民投放垃圾前的垃圾分类情况的判断方法。

本发明的目的是解决上述问题，提供一种智能垃圾分类装置及智能垃圾分类方法，对垃圾进行分类放置，对可回收物、有害垃圾、湿垃圾单独放置，以便回收利用或者单独特别处理，降低对环境的污染，对可回收物、有害垃圾、湿垃圾进行自动识别、分类，计算市民投放垃圾的平均单件处理时间，以了解市民投放垃圾前的分类情况。

本发明的技术方案是智能垃圾分类装置，包括垃圾分类箱体、控制柜，垃圾分类箱体顶部设有垃圾投入口，圾投入口下方设有垃圾分类面板，垃圾分类面板将垃圾分类箱体分为分类层和存储层，分类层设有分拣机构，存储层设有多个垃圾斗，分拣机构包括第一X轴滑轨、第一Y轴滑轨、Z轴滑轨，第一X轴滑轨的两端与垃圾分类箱体的侧壁固定连接，第一X轴滑台与第一X轴滑轨滑动配合，第一Y轴滑轨的端部与第一X轴滑台固定连接；第一Y轴滑台与第一Y轴滑轨滑动配合，Z轴滑轨的端部与第一Y轴滑台固定连接，垃圾分拣头与Z轴滑轨滑动配合，垃圾分拣头包括Z轴滑台和与其连接的机械手；控制柜中设有控制器，分拣机构的控制端与控制器电连接；Y轴滑台设有视觉传感器，视觉传感器的输出端与控制器电连接，视觉传感器用于采集Y轴滑台下方的图像。

进一步的，垃圾分类箱体的远离控制柜的一侧，靠近底面的部位设有多个垃圾回收口，垃圾斗与垃圾回收口对应的部位设有活动门。

进一步的，机械手的爪部内侧设有触觉传感器，触觉传感器的输出端与控制器电连接。

优选地，垃圾投入口设有垃圾入口控制机构，垃圾入口控制机构包括第一垃圾盖、第二垃圾盖、液压杆，第一垃圾盖的一侧与垃圾分类箱体的顶部铰接连接，液压杆的基座与垃圾分类箱体的顶部固定连接，液压杆的伸缩杆的杆头与第二垃圾盖固定连接，第二垃圾盖随着液压杆的杆头的伸缩，控制垃圾投入口的打开、关合；液压杆的控制信号输入端与控制器的控制信号输出端连接。

进一步的，垃圾分类面板下方设有可回收垃圾斗、有害垃圾斗、湿垃圾斗和干垃圾斗。

优选地，所述智能垃圾分类装置还包括设置在垃圾分类面板上方的传送机构，传送机构用于将垃圾分类面板上的垃圾聚拢，传送机构包括分别与垃圾分类面板固定连接的第二X轴滑轨、第二Y轴滑轨，第二X轴滑台与第二X轴滑轨滑动配合，X轴挡片与第二X轴滑台固定连接，第二Y轴滑台与第二Y轴滑轨滑动配合，Y轴挡片与第二Y轴滑台固定连接；传送机构的控制端与控制器电连接。

进一步的，所述控制柜的高度大于垃圾分类箱体的高度，控制柜靠近垃圾投入口的侧壁的顶部设有摄像头，摄像头的输出端与控制器电连接。

优选地，所述液压杆为电子液压杆。

采用上述的智能垃圾分类装置的智能垃圾分类方法，控制器采用神经网络模型根据垃圾的图像、触觉数据对垃圾进行识别、分类，智能垃圾分类方法包括以下步骤，

步骤1：利用摄像头采集分类层台面上平铺的垃圾的图像；

步骤2：对垃圾图像中可回收物、有害垃圾分别进行目标识别和定位；

步骤3：根据步骤2中的可回收物的定位，用机械手逐一对可回收物进行分拣并放入可回收物的垃圾斗；

步骤4：根据步骤2中的有害垃圾的定位，用机械手逐一对有害垃圾进行分拣并放入有害垃圾的垃圾斗；

步骤5：利用机械手对剩余的垃圾进行干垃圾、湿垃圾的分类，械手对分类层台面的剩余垃圾逐一进行分拣，利用机械手的触觉传感器判别是否为湿垃圾，若判别是湿垃圾，则将其放入湿垃圾的垃圾斗；若不是湿垃圾，则将其放入其它垃圾的垃圾斗。

进一步的，所述智能垃圾分类方法还包括步骤1之前的采集投放垃圾的市民的头部图像和步骤5之后的对市民投放的垃圾进行垃圾质量评价，具体步骤如下 ，

步骤1：利用摄像头采集分类层台面上平铺的垃圾的图像；

步骤2：对垃圾图像中可回收物、有害垃圾分别进行目标识别和定位；

步骤3：根据步骤2中的可回收物的定位，用机械手逐一对可回收物进行分拣并放入可回收物的垃圾斗；

步骤4：根据步骤2中的有害垃圾的定位，用机械手逐一对有害垃圾进行分拣并放入有害垃圾的垃圾斗；

步骤5：利用机械手对剩余的垃圾进行干垃圾、湿垃圾的分类，械手对分类层台面的剩余垃圾逐一进行分拣，利用机械手的触觉传感器判别是否为湿垃圾，若判别是湿垃圾，则将其放入湿垃圾的垃圾斗；若不是湿垃圾，则将其放入其它垃圾的垃圾斗；

步骤6：将垃圾分类过程中机械手分拣的次数记为市民单次投放的垃圾数量，记录市民单次投放垃圾后的垃圾分类处理时间，将垃圾分类处理时间除以垃圾数量得到单件垃圾的平均处理时间，根据市民投放垃圾的单位垃圾的平均处理时间评价市民投放垃圾的质量。

优选地，步骤2中，所述对垃圾图像中可回收物、有害垃圾分别进行目标识别和定位，采用CNN神经网络模型对目标物进行目标识别和定位。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1）对居民投放的分类垃圾进行检查并二次分类，增加垃圾初次分类的质量，降低了后期垃圾处理的时间；

2）本发明设置了多个类别的垃圾斗，对垃圾进行分类放置，便于对垃圾的进一步处置，便于可回收物的回收利用，便于有害垃圾的特别处理，降低对环境的污染；

3）本发明利用垃圾的图像和触觉信息，采用神经网络模型对垃圾进行识别、分类，分类结果更准确，可靠性好；

4）本发明的方法根据二次分类的处理时间对居民投放垃圾进行质量评价，通过计算本发明的装置处理市民投放垃圾的平均单件处理时间，用以评价垃圾投放前的垃圾分类的好坏，便于了解市民投放垃圾前对垃圾分类情况，可用于管理部门对居民垃圾投放行为进行激励和惩罚，提高居民垃圾分类的积极性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为智能垃圾分类装置的结构示意图。

图2为垃圾投入口控制机构的结构示意图。

图3为分拣机构的结构示意图。

图4为传送机构的结构示意图。

图5为智能垃圾分类方法的流程示意图。

图6为实施例的神经网络模型的结构示意图。

附图标记说明：垃圾分类箱体1、控制柜2、分拣机构3、第一X轴滑轨301、第一X轴滑台302、第一Y轴滑轨303、第一Y轴滑台304、Z轴滑轨305、Z轴滑台306、机械手307、视觉传感器308、传送机构4、第二X轴滑轨401、第二X轴滑台402、X轴挡片403、第二Y轴滑轨404、第二Y轴滑台405、Y轴挡片406、垃圾分类面板5、垃圾投入口6、第一垃圾盖601、第二垃圾盖602、液压杆603、摄像头7。

具体实施方式

如图1-4所示，智能垃圾分类装置，包括垃圾分类箱体1、控制柜2，垃圾分类箱体1顶部设有垃圾投入口6，垃圾分类箱体1内设有分拣机构3、传送机构4，垃圾分类箱体1内垃圾投入口6下方设有垃圾分类面板5，垃圾分类箱体1正面靠近底面的部位设有多个垃圾回收口，垃圾分类面板5下方设有可回收垃圾斗、有害垃圾斗、湿垃圾斗和干垃圾斗，可回收垃圾斗、有害垃圾斗、湿垃圾斗、干垃圾斗与垃圾回收口对应的部位设有活动门。控制柜2的高度大于垃圾分类箱体1的高度，控制柜2靠近垃圾投入口6的侧壁的顶部设有摄像头7。控制柜2中设有控制器，分拣机构3的控制端与控制器电连接。

可回收垃圾斗、有害垃圾斗、湿垃圾斗、干垃圾斗的活动门分别设有电子锁，垃圾车进行垃圾清运时，根据垃圾车上垃圾的类型将对应的垃圾斗的活动门解锁，将垃圾斗中的垃圾收集到垃圾车上。

如图2所示，垃圾投入口6设有垃圾入口控制机构，垃圾入口控制机构包括第一垃圾盖601、第二垃圾盖602、液压杆603，第一垃圾盖601的一侧与垃圾分类箱体1的顶部铰接连接，电子液压杆603的基座与垃圾分类箱体1的顶部固定连接，电子液压杆603的伸缩杆的杆头与第二垃圾盖602固定连接，第二垃圾盖602随着电子液压杆603的杆头的伸缩，控制垃圾投入口6的打开、关合。电子液压杆603的液压油管中设有电磁阀，通过电磁阀控制电子液压杆603的伸缩。电磁阀的控制端与控制器电连接。

如图3所示，分拣机构3包括第一X轴滑轨301、第一Y轴滑轨303、Z轴滑轨305，第一X轴滑轨301的两端与垃圾分类箱体1的侧壁固定连接，第一X轴滑台302与第一X轴滑轨301滑动配合，第一Y轴滑轨303的端部与第一X轴滑台302固定连接；第一Y轴滑台304与第一Y轴滑轨303滑动配合，Z轴滑轨305的端部与第一Y轴滑台304固定连接，垃圾分拣头与Z轴滑轨305滑动配合，垃圾分拣头包括Z轴滑台306和与其连接的机械手307，机械手307的抓爪内侧设有触觉传感器，设置机械手307上的数字舵机控制机械手307的抓爪的抓取、释放。第一X轴滑轨301上设有丝杆，第一X轴滑台302设有与丝杆配合的通孔，通孔的孔壁设有滚道，滚道中填充滚珠，丝杆与伺服电机的转轴固定连接，伺服电机旋转时，第一X轴滑台302向滑轨一端或另一端做直线运动；第一Y轴滑轨303、第一Y轴滑台304分别与第一X轴滑轨301、第一X轴滑台302结构相同；第一Z轴滑轨305、第一Z轴滑台306分别与第一X轴滑轨301、第一X轴滑台302结构相同。一种实施例中，第一X轴滑轨301、第一X轴滑台302采用直线模组。分拣机构3的伺服电机的控制端与控制器电连接。机械手307上的数字舵机的控制端与控制器电连接。

分拣机构3的Y轴滑台304的右侧设有视觉传感器308，视觉传感器308的输出端与控制器电连接，视觉传感器308用以采集垃圾分类面板5上的垃圾的图像。实施例中，视觉传感器308采用摄像头。

控制器控制分拣机构3对垃圾分类面板5上的垃圾进行分拣时，分别通过控制伺服电机移动X轴滑台、Y轴滑台、Z轴滑台，使机械手307靠近垃圾分类面板5上的垃圾，通过机械手307上的数字舵机控制机械手307的抓爪抓取垃圾，抓取垃圾后再次通过伺服电机移动X轴滑台、Y轴滑台、Z轴滑台，将机械手307移动至垃圾对应的垃圾斗的上方，再通过数字舵机控制机械手307的抓爪释放垃圾至对应的垃圾斗。

如图4所示，传送机构4用于将垃圾分类面板5上的垃圾聚拢，传送机构4包括分别与垃圾分类面板5固定连接的第二X轴滑轨401、第二Y轴滑轨404，第二X轴滑台402与第二X轴滑轨401滑动配合，X轴挡片403与第二X轴滑台402固定连接，第二Y轴滑台405与第二Y轴滑轨404滑动配合，Y轴挡片406与第二Y轴滑台405固定连接。第二X轴滑轨401、第二X轴滑台402分别与第一X轴滑轨301、第一X轴滑台302结构相同；第二Y轴滑轨404、第二Y轴滑台405分别与第一X轴滑轨301、第一X轴滑台302结构相同。传送机构4的伺服电机的控制端与控制器电连接。先通过控制伺服电机移动X轴滑台及与其固定连接的X轴挡片，将垃圾分类面板5上的垃圾沿第二Y轴滑轨404聚拢，然后通过控制伺服电机移动Y轴滑台及与其固定连接的Y轴挡片，将沿第二Y轴滑轨404聚拢的垃圾集中。

如图5所示，智能垃圾分类方法，垃圾分类前利用摄像头采集投放垃圾的市民的头部图像以便确认市民的身份，将市民投放的垃圾在分类层台面上展开，采集展开的垃圾的图像，对垃圾进行识别、定位，再利用机械手对垃圾进行分拣，智能垃圾分类方法包括以下步骤，

步骤1：利用摄像头采集分类层台面上平铺的垃圾的图像；

步骤2：对垃圾图像中可回收物、有害垃圾分别进行目标识别和定位；

步骤3：根据步骤2中的可回收物的定位，用机械手逐一对可回收物进行分拣并放入可回收物的垃圾斗；

步骤4：根据步骤2中的有害垃圾的定位，用机械手逐一对有害垃圾进行分拣并放入有害垃圾的垃圾斗；

步骤5：利用机械手对剩余的垃圾进行干垃圾、湿垃圾的分类，械手对分类层台面的剩余垃圾逐一进行分拣，利用机械手的触觉传感器判别是否为湿垃圾，若判别是湿垃圾，则将其放入湿垃圾的垃圾斗；若不是湿垃圾，则将其放入其它垃圾的垃圾斗；

步骤6：将垃圾分类过程中机械手分拣的次数记为市民单次投放的垃圾数量，记录市民单次投放垃圾后的垃圾分类处理时间，将垃圾分类处理时间除以垃圾数量得到单件垃圾的平均处理时间，根据市民投放垃圾的单位垃圾的平均处理时间评价市民投放垃圾的质量。

垃圾分类过程中，垃圾分类面板5上的垃圾分拣完成前，将垃圾投入口6关闭，垃圾分类面板5上的垃圾分拣完成后，将垃圾投入口6打开。

步骤2中，所述对垃圾图像中可回收物、有害垃圾分别进行目标识别和定位，采用CNN神经网络模型对目标物进行目标识别和定位。如图6所示，CNN神经网络模型包括卷积层、全连接层和分类器，采用4个卷积层，每个卷积层后链接一个池化层，激活函数采用ReLU函数，最后连接的是softmax层。输入图像的大小为160*160像素。实施例中，卷积层的卷积核大小均为4*4，学习率设为0.01。