楊王杰， 陳劍欽， 楊鈺泳， 張惠明， 汪 泓， 曾浩彬， 何穎祺，盧文彰， 張東升

（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院， 廣東 廣州 510800）

引言

現(xiàn)在全球都處于資源緊張的狀態(tài)，為了節(jié)約資源，保護(hù)植被已經(jīng)成為當(dāng)前社會(huì)的重要課題，回收再利用舊紙皮為新的紙制產(chǎn)品可以有效地解決這個(gè)問(wèn)題。目前紙皮的回收有兩種形式，第一種是上門(mén)回收，這種形式使工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，而且效率低；第二種是定點(diǎn)回收，有些居民會(huì)覺(jué)得將回收物帶到指定地點(diǎn)太麻煩，就會(huì)隨意丟棄，對(duì)資源造成浪費(fèi)[1-2]。本論文擬設(shè)計(jì)一種設(shè)備，該設(shè)備可以在城市中的居民小區(qū)中投入使用，一方面可以方便工作人員進(jìn)行回收物的收集；另一方面在回收紙箱的同時(shí)，設(shè)備可以自動(dòng)派發(fā)貓糧，對(duì)家里的貓進(jìn)行喂養(yǎng)。以物換物的概念和設(shè)備相結(jié)合，不但可以減少紙皮的隨意丟棄，也會(huì)更好地對(duì)紙箱進(jìn)行回收。

1 以物換物智能設(shè)備的總體設(shè)計(jì)

為了達(dá)到自助回收已經(jīng)用過(guò)的紙皮，并等量換取一些貓糧的目的，本文設(shè)計(jì)了一種以物換物智能設(shè)備[3]，該設(shè)備需要同步完成紙皮的自動(dòng)收納和貓糧的等量派發(fā)功能，其外部設(shè)計(jì)如圖1 所示，包含柜體、紙皮入口、貓糧出口三個(gè)部分。

該設(shè)備設(shè)置安裝在各生活小區(qū)，方便就近小區(qū)居民可以隨時(shí)投遞舊的紙皮，其工作原理為：人們可以將家里的廢紙皮從柜體上的紙皮入口投入到設(shè)備中，再由紙皮收納裝置收納并稱(chēng)出其重量，導(dǎo)入控制系統(tǒng)，算出可更換的貓糧的量，再由貓糧派發(fā)裝置按照控制系統(tǒng)要求派發(fā)相應(yīng)數(shù)量的貓糧流入貓糧出口，由交換人拿走。

圖1 以物換物智能設(shè)備外部設(shè)計(jì)圖

整套設(shè)備擬采用鋁型材構(gòu)建機(jī)身，密度小、質(zhì)量輕，便于產(chǎn)品的投放和搬運(yùn)，有很強(qiáng)的耐腐蝕能力，可提高產(chǎn)品的使用周期。以物換物設(shè)備主要有PLC系統(tǒng)控制、采用圖像采集裝置（攝像頭）、可回收檢測(cè)裝置（紅外傳感器）、升降臺(tái)裝置電機(jī)、貓糧派發(fā)通電控制等控制元件，其系統(tǒng)工作原理圖如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)工作原理圖

紙皮入口處的傳感器可以檢測(cè)是否有東西投入，攝像頭判斷放入的東西是否為可回收物，頂部的紅外傳感器檢測(cè)可探測(cè)回收物是否放滿(mǎn)，裝滿(mǎn)則升降平臺(tái)下降。攝像頭檢測(cè)到為可回收物并稱(chēng)重，將信號(hào)傳回PLC，PLC 再將信號(hào)傳給下方電機(jī)帶動(dòng)貓糧派發(fā)裝置工作，進(jìn)行貓糧的派發(fā)。

2 紙皮收納裝置的設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，為了滿(mǎn)足以紙皮換取貓糧的目的，以物換物設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由紙皮收納裝置和貓糧派發(fā)裝置兩大部分組成，分別完成紙皮的收納和貓糧的派發(fā)功能。

為了解決以物換物智能設(shè)備中以物（紙皮）換物（貓糧）時(shí)，紙皮的自動(dòng)收納問(wèn)題，這里專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了一種以物換物智能設(shè)備紙皮收納裝置[4]，如圖3、圖4所示。

圖3 以物換物智能設(shè)備紙皮收納裝置的設(shè)計(jì)圖

圖4 以物換物智能設(shè)備紙皮收納裝置的俯視圖

當(dāng)居民將回收紙皮從紙皮入口投入后，會(huì)落在帶稱(chēng)重功能的工作臺(tái)上，從而稱(chēng)重，并將增加的重量錄入控制系統(tǒng)，為貓糧派發(fā)裝置提供交換數(shù)據(jù)；為了保證紙皮收納裝置里內(nèi)紙皮的存儲(chǔ)量，帶稱(chēng)重功能的工作臺(tái)需要可以不斷下移，空出更多的存儲(chǔ)空間，所以整個(gè)設(shè)備支架上安裝了平臺(tái)上下滑動(dòng)光桿和上下移動(dòng)平臺(tái)，而帶稱(chēng)重功能的工作臺(tái)則安裝在上下移動(dòng)平臺(tái)上，當(dāng)上下移動(dòng)平臺(tái)上下移動(dòng)時(shí)便可帶動(dòng)帶稱(chēng)重功能的工作臺(tái)上下移動(dòng)，以方便以物換物設(shè)備可以存儲(chǔ)更多的回收紙皮。

如圖4 所示，以物換物智能設(shè)備紙皮收納裝置頂端安裝了電機(jī)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)通過(guò)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)皮帶輪及固定支座中的皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，然后兩個(gè)皮帶同步傳動(dòng)，再由固定在上下移動(dòng)平臺(tái)上皮帶夾緊裝置帶動(dòng)上下移動(dòng)平臺(tái)上下滑動(dòng)，另外，支架上安裝上限位開(kāi)關(guān)和下限位開(kāi)關(guān)對(duì)上下移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行了上下限位，保證上下移動(dòng)平臺(tái)在規(guī)定范圍內(nèi)滑動(dòng)，但整套設(shè)備的收納空間還是有限的，故需要工作人員定時(shí)過(guò)來(lái)拿走回收的紙皮，為后續(xù)紙皮的回收騰出空間。

需要強(qiáng)調(diào)的是支架上紙皮入口附件還安裝了位置感應(yīng)開(kāi)關(guān)，用來(lái)感應(yīng)柜內(nèi)紙皮的收納高度，當(dāng)感應(yīng)到紙皮較高時(shí)，便會(huì)將信號(hào)傳給控制系統(tǒng)，進(jìn)而控制上下移動(dòng)平臺(tái)向下移動(dòng)，騰出更多收納空間。

3 貓糧派發(fā)裝置的設(shè)計(jì)

為了解決以物換物智能設(shè)備中以物（紙皮）換物（貓糧）時(shí)，貓糧如何派發(fā)的問(wèn)題，本設(shè)備設(shè)計(jì)了一種以物換物智能設(shè)備貓糧派發(fā)裝置[5]，如圖5 所示，其由4 大部分組成，分別為：貓糧收納箱、貓糧收納盤(pán)、電磁鐵貓糧流量控制裝置、貓糧存儲(chǔ)箱。

圖5 貓糧派發(fā)裝置設(shè)計(jì)圖

其工作原理為：工作人員需實(shí)現(xiàn)將貓糧存儲(chǔ)于貓糧存儲(chǔ)箱，并定時(shí)添加，當(dāng)控制系統(tǒng)將根據(jù)紙皮的質(zhì)量算出的貓糧派發(fā)量向電磁鐵貓糧流量控制裝置發(fā)出信號(hào)后，電磁鐵貓糧流量控制裝置就會(huì)打開(kāi)貓糧存儲(chǔ)箱的出口，貓糧便會(huì)由貓糧存儲(chǔ)箱出口流出，流入貓糧收納箱內(nèi)的貓糧收納盤(pán)上，以供交換人取出貓糧。

需要強(qiáng)調(diào)的是，貓糧的數(shù)量是由電磁鐵貓糧流量控制裝置控制的，如圖6 所示，電磁鐵貓糧流量控制裝置由電磁鐵開(kāi)關(guān)、貓糧存儲(chǔ)箱出口門(mén)板、貓糧出口滑道3 個(gè)部分組成，電磁鐵開(kāi)關(guān)是由供電開(kāi)關(guān)控制，當(dāng)其通電后，電磁鐵開(kāi)關(guān)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)磁性，便會(huì)將由不銹鋼制成的貓糧存儲(chǔ)箱出口門(mén)板吸起來(lái)，從而封閉貓糧存儲(chǔ)箱出口；反之，當(dāng)其關(guān)電后，電磁鐵開(kāi)關(guān)會(huì)失去磁性，由不銹鋼制成的貓糧存儲(chǔ)箱出口門(mén)板在重力作用下便會(huì)落下，從而打開(kāi)貓糧存儲(chǔ)箱出口，貓糧便會(huì)由貓糧存儲(chǔ)流出，經(jīng)過(guò)貓糧出口滑道流入貓糧收納箱內(nèi)的貓糧收納盤(pán)上，以供交換人取出貓糧。而貓糧流出的數(shù)量則由關(guān)電的時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)控制，而關(guān)電時(shí)間的長(zhǎng)短則由回收的紙皮重量決定，即控制系統(tǒng)可以根據(jù)回收紙皮的重量算出需要派發(fā)的貓糧的數(shù)量，再根據(jù)貓糧流出的效率算出關(guān)電的時(shí)間。

圖6 電磁鐵貓糧流量控制裝置設(shè)計(jì)圖

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的以物換物智能設(shè)備，其結(jié)構(gòu)主要包括紙皮收納裝置和貓糧派發(fā)裝置，可以解決以物（紙皮）換物（貓糧）時(shí)，紙皮的自動(dòng)收納和貓糧的等量派發(fā)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)節(jié)約資源，避免浪費(fèi)的目的，同時(shí)可以減少隨意丟棄紙皮的現(xiàn)象，更好地進(jìn)行紙箱回收，真正實(shí)現(xiàn)紙皮的再次回收利用。需要強(qiáng)調(diào)的是該設(shè)備也可以根據(jù)需要將貓糧換成其他物品，比如狗糧、魚(yú)糧等，實(shí)現(xiàn)其功能的多樣性。