一种垃圾分类系统及垃圾视觉识别方法与流程

1.本发明涉及垃圾分类技术领域，尤其涉及一种垃圾分类系统及垃圾视觉识别方法。


背景技术：

2.随着经济的快速发展，人民生活水平的日益提高，生活垃圾也随之增多，这对环境造成了极大的污染，导致生态环境遭受破坏，造成了资源的浪费。为此，国家先后施行多项政策来推行垃圾分类，解决生活垃圾造成的污染和浪费的问题，实现垃圾的循环利用。但是，目前的垃圾分类回收多依靠人工来完成，存在垃圾分类效率低及分类不准确的问题。因此，智能垃圾桶已成为垃圾桶领域的研究热点和趋势，其能够提高垃圾分类的效率，避免人工分类中主观因素的影响，同时减少人力资源的消耗，为生活垃圾的再回收起到积极的作用。
3.专利号为“201520256627.3”的专利文献设计了一种zigbee智能垃圾桶。该垃圾桶主要实现空气检测及人员靠近检测，通过空气检测器检测垃圾桶内空气质量，通过红外探测器检测是否有人员靠近并进行垃圾桶盖的自动开合，但该垃圾桶并不能够实现垃圾的自动分类，且红外探测器对于是否有人靠近的检测存在一定的缺陷。
4.专利号为“202021938745.x”的专利文献公开了“一种用于垃圾分类的智能分类垃圾桶”，该垃圾桶通过按键控制垃圾投入到对应垃圾桶之中，实现了可回收、厨余、有害、其他四类垃圾的分类回收，但缺少满载检测、自动识别分类等功能，相较缺少“智能化”。
5.从现有技术来看，目前已有的智能垃圾分类装置或受投放者达到主观性影响，或者装置识别的垃圾种类不高，尚未达到社会对各类生活垃圾的高效、精确识别和分类需求。因此，针对生活垃圾的分类回收，设计一种智能垃圾分类系统对于环境环保及资源再利用等具有重要的意义。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种垃圾分类系统及垃圾视觉识别方法，解决垃圾分类过程中人工成本过高、正确率不高的问题，实现满载检测、自动识别、自动分类等功能于一体的智能化系统。
7.为了达到上述目的，第一方面，本技术提供了一种垃圾分类系统，包括上下相对设置的投放识别机构和分类储存机构；
8.所述投放识别机构包括第一安装腔和设置在所述第一安装腔内的投放识别模块；所述第一安装腔呈立方体状，底部敞口设置；所述投放识别模块包括上层支撑板，固定设置在所述上层支撑板上、用于垃圾投入的落料桶，安装在所述上层支撑板上的投放开启组件，以及垃圾识别控制系统；所述上层支撑板水平、固定安装在所述第一安装腔内底部；所述落料桶上开设有与外界连通的投料口，所述落料桶底部与所述落料桶底部在上层支撑板上的投影区域均贯穿设置；所述投放开启组件包括投放转盘和用于驱动所述投放转盘绕圆心水
平旋转的第一动力元件，所述投放转盘上偏心开设有一落料孔，所述第一动力元件固定安装在所述上层支撑板上，所述投放转盘转动安装在所述上层支撑板底部；所述垃圾识别控制系统包括视觉识别单元和控制单元，所述视觉识别单元与所述控制单元信号连接，所述视觉识别单元用于识别投入到所述落料桶内的垃圾的种类；所述第一动力元件与所述控制单元信号连接；
9.所述分类储存机构包括第二安装腔和设置在所述第二安装腔内的分类储存模块；所述第二安装腔呈立方体状，顶部敞口设置；所述分类储存模块包括下层支撑板、转动安装在所述下层支撑板上的储存组件和用于驱动所述储存组件转动的第二动力元件；所述下层支撑板水平、固定安装在所述第二安装腔内底部；所述储存组件包括水平设置的安装板和多个呈圆周阵列均匀分布在所述安装板上的垃圾桶，所述安装板转动安装在所述下层支撑板上，并与所述第二动力元件传动连接；所述第二动力元件固定安装在所述下层支撑板上，并与所述控制单元信号连接；
10.所述第一安装腔的一侧底部与所述第二安装腔的一侧顶部铰接连接。
11.进一步，所述第一动力元件为第一电机，所述第一电机通过第一驱动器与所述控制单元信号连接；
12.所述第一电机的转轴与所述投放转盘的圆心位置固定连接。
13.进一步，所述落料桶的投料口上连接有导料槽，所述导料槽包括倾斜设置的滑料板和相对设置在所述滑料板两侧的挡板；所述滑料板的底部与所述落料桶的投料口固定连接，顶部与所述第一安装腔的顶板固定连接；所述挡板的一侧与所述落料桶的外壁固定连接；所述第一安装腔的顶板上开设有与所述导料槽相对的通孔。
14.进一步，所述垃圾桶设置有四个，四个所述垃圾桶中部通过限位板固定，所述限位板上开设有连接孔，所述垃圾桶连接在所述连接孔内；
15.所述限位板与所述安装板之间通过连接轴同轴连接，所述连接轴两端均固定套设有法兰，所述限位板与安装板分别通过螺栓固定连接在对应的所述法兰上；
16.所述连接轴底端向下延伸穿过所述安装板后与安装在所述下层支撑板上的轴承连接；
17.所述安装板与下层支撑板之间设置有多个万向球，所述万向球固定安装在所述下层支撑板上，所述安装板承载在所述万向球上；
18.所述连接轴与所述第二动力元件传动连接。
19.进一步，所述第二动力元件为第二电机，所述第二电机通过第二驱动器与所述控制单元信号连接；
20.所述第二电机通过同步带与所述连接轴传动连接，所述连接轴上安装有第一同步带轮，所述第二电机上安装有第二同步带轮，所述同步带套设在所述第一同步带轮和第二同步带轮上；
21.所述第二同步带轮与所述第一同步带轮的传动比为：。
22.进一步，所述安装板与下层支撑板之间还设置有限位元件，所述限位元件包括限位开关和限位触发块，所述限位触发块安装在所述安装板底部，所述限位开关通过底座固定安装在所述下层支撑板上；
23.所述限位开关与所述控制单元信号连接。
24.进一步，所述上层支撑板上还设置有用于对所述垃圾桶进行满载检测的光电传感器，所述光电传感器与所述控制单元信号连接。
25.进一步，所述第一安装腔的侧壁上还安装有显示屏，所述显示屏与所述控制单元信号连接。
26.进一步，所述视觉识别单元包括摄像头和与所述摄像头信号连接的图像识别模块，所述图像识别模块与所述控制单元信号连接；所述摄像头安装在所述落料桶内；
27.所述控制单元为单片机；
28.所述单片机与所述图像识别模块均安装在控制盒内，所述控制盒安装在所述上层支撑板上。
29.第二方面，本技术还提供了一种垃圾视觉识别方法，适用于第一方面所述的垃圾分类系统，所述方法包括：
30.投放转盘将落料桶底部密封；
31.摄像头拍摄落料桶内的视频图像，并将所述视频图像发送至图像识别模块；
32.所述图像识别模块对所述视频图像进行图像识别，判断所述落料桶内是否有垃圾并判断出垃圾的种类，生成垃圾种类信号，并将所述垃圾种类信号发送至单片机；
33.所述单片机根据所述垃圾种类信号控制第二电机转动，带动储存组件转动使用于储存对应种类垃圾的垃圾桶正对所述落料桶；
34.光电传感器对落料桶下方的垃圾桶进行满载检测；
35.若未满载，所述单片机控制第一电机转动，带动所述投放转盘旋转以使所述投放转盘上的落料孔正对所述落料桶；
36.所述落料桶内的垃圾落入相应的垃圾桶中后，所述单片机控制第一电机转动，带动所述投放转盘旋转使所述投放转盘上的落料孔与落料桶错位从而将所述落料桶底部密封；所述单片机控制第二电机转动，带动储存组件转动归位，限位触发块与限位元件触碰；
37.若已经满载，所述单片机控制显示屏显示垃圾满载。
38.本发明提供的垃圾分类系统，减少了人工垃圾分类工作强度，提高了垃圾分类效率和准确率。该垃圾分类系统不仅满足了生活垃圾自动识别与分类的需求，还具有满载检测、人机交互等功能，使得该系统更加的智能化、便捷化，避免了在垃圾分类过程中人为主观因素的影响，提高了垃圾分类的准确率。
附图说明
39.图1为本发明实施例提供的一种垃圾分类系统的结构示意图；
40.图2为本发明实施例提供的一种垃圾分类系统的投放识别模块的结构示意图；
41.图3为本发明实施例提供的一种垃圾分类系统的投放转盘的安装结构示意图；
42.图4为本发明实施例提供的一种垃圾分类系统的分类储存模块的结构示意图；
43.图5为本发明实施例提供的一种垃圾分类系统的连接轴与第二动力元件的连接结构示意图；
44.图6为本发明实施例提供的一种垃圾分类系统的万向球的安装结构示意图。
45.图中：1为投放识别机构，2为分类储存机构，3为第一安装腔，4为上层支撑板，5为落料桶，6为投放转盘，7为第一动力元件，8为落料孔，9为第二安装腔，10为下层支撑板，11
为第二动力元件，12为安装板，13为垃圾桶，14为导料槽，15为限位板，16为连接轴，17为法兰，18为轴承，19为万向球，20为同步带，21为第一同步带轮，22为第二同步带轮，23为限位开关，24为限位触发块，25为光电传感器，26为显示屏，27为摄像头，28为控制盒。
具体实施方式
46.下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
47.第一方面，如图1
‑
图6所示，本技术实施例提供的一种垃圾分类系统，包括上下相对设置的投放识别机构1和分类储存机构2。
48.投放识别机构1包括第一安装腔3和设置在第一安装腔3内的投放识别模块。第一安装腔3呈立方体状，底部敞口设置。投放识别模块包括上层支撑板4，固定设置在上层支撑板4上、用于垃圾投入的落料桶5，安装在上层支撑板4上的投放开启组件，以及垃圾识别控制系统。上层支撑板4水平、固定安装在第一安装腔3内底部；落料桶5上开设有与外界连通的投料口，落料桶5底部与落料桶5底部在上层支撑板4上的投影区域均贯穿设置；投放开启组件包括投放转盘6和用于驱动投放转盘6绕圆心水平旋转的第一动力元件7，投放转盘6上偏心开设有一落料孔8，第一动力元件7固定安装在上层支撑板4上，投放转盘6转动安装在上层支撑板4底部。垃圾识别控制系统包括视觉识别单元和控制单元，视觉识别单元与控制单元信号连接，视觉识别单元用于识别投入到落料桶5内的垃圾的种类；第一动力元件7与控制单元信号连接。
49.本实施例中，视觉识别单元包括摄像头27和与摄像头27信号连接的图像识别模块，图像识别模块与控制单元信号连接。摄像头27安装在落料桶5内，用于拍摄落料桶5内的视频图像，并将拍摄的视频图像发送至图像识别模块进行识别。图像识别模块识别出视频图像中是否有垃圾，并识别出垃圾的种类，生成垃圾种类信号，发送给控制单元。
50.图像识别模块采用openmv h7 plus，图像识别模块中运行有识别模型，选用moilenet v1可分离卷积神经网络模型作为识别模型，通过对样本的大量采集及对模型的大量训练，并调整模型宽度因子α为1.0，分辨率因子β为0.86，以实现对可回收垃圾、厨余垃圾、其他垃圾、有害垃圾四类垃圾的准确分类，进一步实现四类垃圾的准确回收。将摄像头27拍摄的视频图像导入至已训练好的mobilenet v1模型中进行图像匹配，根据轮廓、色彩、材质等特征识别方法寻求两者间的共同点，进而识别出所投垃圾类别。
51.本实施例中，控制单元为单片机，单片机采用stc89c52芯片。单片机与图像识别模块均安装在控制盒28内，控制盒28安装在上层支撑板4上。
52.分类储存机构2包括第二安装腔9和设置在第二安装腔9内的分类储存模块。第二安装腔9呈立方体状，顶部敞口设置。分类储存模块包括下层支撑板10、转动安装在下层支撑板10上的储存组件和用于驱动储存组件转动的第二动力元件11。下层支撑板10水平、固定安装在第二安装腔9内底部。储存组件包括水平设置的安装板12和多个呈圆周阵列均匀分布在安装板12上的垃圾桶13，安装板12转动安装在下层支撑板10上，并与第二动力元件11传动连接；第二动力元件11固定安装在下层支撑板10上，并与控制单元信号连接。
53.第一安装腔3的一侧底部与第二安装腔9的一侧顶部通过合页铰接连接。第一安装
腔3上安装有把手，拉动把手，第一安装腔3绕合页转动从而可以将第一安装腔3向上抬起，此时可以对垃圾桶13内存放的垃圾进行清理，避免垃圾桶13长时间处于满载状态。
54.具体的，本实施例中，第一动力元件7为第一电机，第一电机为步进电机，第一电机通过第一驱动器与控制单元信号连接。第一电机的转轴与投放转盘6的圆心位置固定连接，带动投放转盘6绕第一电机的转轴旋转。
55.进一步，为方便用户投放垃圾，使垃圾直接滑入落料桶5内，落料桶5的投料口上连接有导料槽14，导料槽14包括倾斜设置的滑料板和相对设置在滑料板两侧的挡板。滑料板的底部与落料桶5的投料口固定连接，顶部与第一安装腔3的顶板固定连接；挡板的一侧与落料桶5的外壁固定连接；第一安装腔3的顶板上开设有与导料槽14相对的通孔，用户将垃圾从通孔放入导料槽14内后，滑入落料桶5内。
56.具体的，垃圾桶13设置有四个，四个垃圾桶13分别用于存放可回收垃圾、厨余垃圾、其他垃圾和有害垃圾。为防止垃圾桶13在安装板12转动的过程中发生侧翻，四个垃圾桶13中部通过限位板15固定，限位板15上开设有连接孔，垃圾桶13直接插在对应的连接孔内。安装板12上表面上设置有连接槽，垃圾桶13底部直接垛放在连接槽内，使安装板12可以带动垃圾桶13转动。限位板15与安装板12之间通过连接轴16同轴连接，连接轴16两端均固定套设有法兰17，限位板15与安装板12分别通过螺栓固定连接在对应的法兰17上。
57.连接轴16底端向下延伸穿过安装板12后与安装在下层支撑板10上的轴承18连接。安装板12与下层支撑板10之间设置有多个万向球19，万向球19固定安装在下层支撑板10上，安装板12承载在万向球19上，安装板12在转动的过程中，万向球19对安装板12提供支撑，并减少摩擦力。
58.连接轴16与第二动力元件11传动连接。本实施例中，第二动力元件11为第二电机，第二电机为步进电机，第二电机通过第二驱动器与控制单元信号连接。第二电机通过同步带20与连接轴16传动连接，连接轴16上安装有第一同步带轮21，第二电机上安装有第二同步带轮22，同步带20套设在第一同步带轮21和第二同步带轮22上。第二同步带轮22与第一同步带轮21的传动比为2：1。
59.控制单元通过第二驱动器控制第二电机转动，第二电机通过同步带20带动连接轴16转动，从而带动安装板12转动，使存放对应种类垃圾的垃圾桶13旋转到落料桶5正下方。
60.进一步，安装板12与下层支撑板10之间还设置有限位元件，限位元件包括限位开关23和限位触发块24，限位触发块24安装在安装板12底部，限位开关23通过底座固定安装在下层支撑板10上，限位开关23与控制单元信号连接。
61.初始状态时，可以使其中一个垃圾桶13与落料桶5正对，限位触发块24与限位开关23接触，限位开关23向控制单元发送触发信号。在实际工作的过程中，安装板12每旋转90
°
，即可使下一个垃圾桶13与落料桶5正对，安装板12最多旋转270
°
。在垃圾落入到存放对应种类的垃圾桶13内之后，控制单元通过第二驱动器控制第二电机反向转动，直至限位触发块24与限位开关23重新接触，限位开关23向控制单元发送触发信号，此时回到初始状态，便于控制单元下一次对第二电机进行控制。
62.进一步，上层支撑板4上还设置有用于对垃圾桶13进行满载检测的光电传感器25，光电传感器25与控制单元信号连接。光电传感器25通过测量位于落料桶5正下方的垃圾桶13内的垃圾顶部与光电传感器25之间的距离，实现在垃圾分类过程中对对应垃圾桶13的满
载检测。若垃圾桶13内的垃圾顶部与光电传感器25之间的距离大于设定的阈值，则说明该垃圾桶13未满载，控制单元控制第一电机转动，使投放转盘6上的落料孔8与落料桶5对正，落料桶5内的垃圾落入该垃圾桶13内。若垃圾桶13内的垃圾顶部与光电传感器25之间的距离小于等于设定的阈值，则说明该垃圾桶13满载，控制单元控制不会控制第一电机转动，垃圾无法落入该垃圾桶13内。
63.进一步，第一安装腔3的侧壁上还安装有显示屏26，显示屏26与控制单元信号连接。显示屏26为液晶显示屏。显示屏26可以动态显示垃圾投入状态，例如用户当前投入的垃圾的种类信息，并在空闲状态下自动播放垃圾分类宣传视频。在对应种类的垃圾桶13满载时，可以在显示屏26上显示满载提示信息，方便清理人员尽快清理。
64.本发明提供的垃圾分类系统，减少了人工垃圾分类工作强度，提高了垃圾分类效率和准确率。该垃圾分类系统不仅满足了生活垃圾自动识别与分类的需求，还具有满载检测、人机交互等功能，使得该系统更加的智能化、便捷化，避免了在垃圾分类过程中人为主观因素的影响，提高了垃圾分类的准确率。
65.第二方面，本技术实施例还提供了一种垃圾视觉识别方法，适用于第一方面的垃圾分类系统，方法包括：
66.投放转盘6将落料桶5底部密封；
67.摄像头27拍摄落料桶5内的视频图像，并将视频图像发送至图像识别模块；
68.图像识别模块对视频图像进行图像识别，判断落料桶5内是否有垃圾并判断出垃圾的种类，生成垃圾种类信号，并将垃圾种类信号发送至单片机；
69.单片机根据垃圾种类信号控制第二电机转动，带动储存组件转动使用于储存对应种类垃圾的垃圾桶13正对落料桶5；
70.光电传感器25对落料桶5下方的垃圾桶13进行满载检测；
71.若未满载，单片机控制第一电机转动，带动投放转盘6旋转以使投放转盘6上的落料孔8正对落料桶5；
72.落料桶5内的垃圾落入相应的垃圾桶13中后，单片机控制第一电机转动，带动投放转盘6旋转使投放转盘6上的落料孔8与落料桶5错位从而将落料桶5底部密封；单片机控制第二电机转动，带动储存组件转动归位，限位触发块24与限位元件触碰；
73.若已经满载，单片机控制显示屏26显示垃圾满载。
74.上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。