一种非触控式快速开合的垃圾回收装置

摘要

本发明公开了一种非触控式快速开合的垃圾回收装置，包括手/手指识别子系统、舱门开合控制子系统以及虹膜式舱门机构。手/手指识别子系统包括红外测温模块和激光扫描模块。舱门开合控制子系统包括单片机的运动控制模块、马达驱动器及马达。虹膜式舱门机构由多个相互重叠的弧形薄金属叶片叠加围合构成圆形舱门，利用叶片的离合实现舱门的启闭。本发明可在多种环境下使用，尤其是在人流量大且空间受限的公共区域，对随意以及不可避免地接近垃圾桶的物体不会做出误操作，可以有目标地进行扫描识别，快速启闭垃圾收集装置，具有自动识别、易用、清洁卫生、功耗低的特点，满足公共场合的垃圾回收需求。

权利要求

1.一种非触控式快速开合的垃圾回收装置，包括以下功能组块：

一个手/手指识别子系统，包括红外测温模块和激光扫描模块；

一个舱门开合控制子系统，包括单片机的运动控制模块、马达驱动器及马达；所述单片机的运动控制模块包括位置模式算法模块和力矩模式算法模块；打开舱门时，位置模式算法模块工作，控制舱门打开到指定位置；关闭舱门时，力矩模式算法模块工作，控制舱门关闭动作的启停；运动控制模块将控制信号送至马达驱动器，马达驱动器根据接收到的控制信号对马达进行驱动，进而控制舱门机构动作；

一个虹膜式舱门机构，由多个相互重叠的弧形薄金属叶片叠加围合构成一个圆形舱门，利用叶片的离合实现舱门的启闭；叶片的离合由所述舱门开合控制子系统的马达驱动；

其特征在于：

所述红外测温模块，包括光学聚焦镜头组、调制器、红外探测器、放大器、A/D转换器及单片机的温度判别算法模块；人手发出的红外辐射进入光学聚焦镜头组，经调制器调制成交变辐射，由红外探测器转换成电信号，该信号经放大器和A/D转换器，在单片机的温度判别算法模块中判断是否达到手指的温度阈值；

所述激光扫描模块，包括激光光源、旋转棱镜、集光器、光电转换器、放大器、A/D转换器及单片机的手指占空比判别算法模块；激光光源产生的光线照射到旋转棱镜上，行成激光扫描线照射到手指上或者非手指上，形成条或空信号，由集光器进行采集、聚焦，通过光电转换器转换成方波电信号，该信号经放大器和A/D转换器，在单片机的手指占空比判别算法模块中判断是否达到手指的占空比阈值；

所述光学聚焦镜头组、旋转棱镜、集光器组成光学系统，封装在同一机械机构中，由高速旋转马达带动旋转。

说明书

一种非触控式快速开合的垃圾回收装置

技术领域

[0001] 本发明主要涉及非接触式垃圾收集领域，且特别是有关于一种基于红外激光感应的快速自动开合舱门的垃圾回收装置，是集光学、机械、电子为一体的智能自动化系统。

背景技术

[0002] 传统垃圾箱的舱门开合主要有两种方式，即接触式和非接触式。

[0003] 接触式舱门开合，目前主要采用手动打开舱门和脚踏打开舱门两种方式，在某些公共场合，给使用者带来诸多不便，在直接接触垃圾桶的情况下，容易发生交叉感染，有安全卫生方面的隐患。脚踏开舱门受制于机械结构，使用寿命有限。

[0004] 非接触式舱门开合，目前主要采用红外感应粗略估计检测目标物体，即只要是靠近垃圾桶的物体都可以引发其开启舱门，这在人流量大而空间较小的公众场所，如火车车厢内，不可避免地造成频繁误动作。不利于垃圾的密封，散发异味，危害公众健康。

[0005] 此外，目前垃圾箱的舱门设计大多采用掀背式或者抽拉式，占用空间比较大，且受制于机械结构的行程问题，无法自动快速开合舱门。舱门的机械磨损较大，使用寿命有限，维护成本较高。

发明内容

[0006] 针对上述问题，本发明提出了一种不受使用场所限制、反应精准、经济实用的非触控式快速开合的垃圾回收装置，有效解决舱门误动作及快速开合舱门问题，满足公共场合的垃圾回收需求。

[0007] 为达上述的目的及功效，本发明采用以下技术内容：

[0008] 一种非触控式快速开合的垃圾回收装置，包括以下功能组块：

[0009] 一个手/手指识别子系统，包括红外测温模块和激光扫描模块；红外测温模块，包括光学聚焦镜头组、调制器、红外探测器、放大器、A/D转换器及单片机的温度判别算法模块；人手发出的红外辐射进入光学聚焦镜头组，经调制器调制成交变辐射，由红外探测器转换成电信号，该信号经放大器和A/D转换器，在单片机的温度判别算法模块中判断是否达到手指的温度阈值；激光扫描模块，包括激光光源、旋转棱镜、集光器、光电转换器、放大器、A/D转换器及单片机的手指占空比判别算法模块；激光光源产生的光线照射到旋转棱镜上，行成激光扫描线照射到手指上或者非手指上，形成条或空信号，由集光器进行采集、聚焦，通过光电转换器转换成方波电信号，该信号经放大器和A/D转换器，在单片机的手指占空比判别算法模块中判断是否达到手指的占空比阈值；光学聚焦镜头组、旋转棱镜、集光器组成光学系统，封装在同一机械机构中，由高速旋转马达带动旋转；

[0010] 一个舱门开合控制子系统，包括单片机的运动控制模块、马达驱动器及马达；所述单片机的运动控制模块包括位置模式算法模块和力矩模式算法模块；打开舱门时，位置模式算法模块工作，控制舱门打开到指定位置；关闭舱门时，力矩模式算法模块工作，控制舱门关闭动作的启停；运动控制模块将控制信号送至马达驱动器，马达驱动器根据接收到的控制信号对马达进行驱动，进而控制舱门机构动作；

[0011] 一个虹膜式舱门机构，由多个相互重叠的弧形薄金属叶片叠加围合构成一个圆形舱门，利用叶片的离合实现舱门的启闭；叶片的离合由舱门开合控制子系统的马达驱动。

[0012] 本发明至少具有以下有益效果：

[0013] 本发明可在多种环境下使用，尤其是在人流量拥挤的公共场所，如火车、公交以及商场等人流量大且空间受限的公共区域，对随意以及不可避免地接近垃圾桶的物体不会做出误操作，可以有目标地进行扫描识别，快速启闭垃圾收集装置，具有自动识别、易用、清洁卫生、功耗低等特点。

[0014] 本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术内容得到进一步的了解。为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

[0015] 图1是本发明的总体框图。

[0016] 图2是本发明的手/手指识别子系统的原理框图。

[0017] 图3是本发明的舱门开合控制子系统的原理框图。

[0018] 图4是本发明的虹膜式舱门机构的开闭各阶段状态示意图。

[0019] 图5是本发明的虹膜式舱门机构的一种实施例结构图。

具体实施方式

[0020] 本发明揭示之内容涉及一种非触控式快速开合的垃圾回收装置，可以有目的地识别探测用户开启垃圾箱舱门的意图，从而做出正确快速反应，是一种高效精准收集垃圾装置。其基本原理，是通过转镜式红外激光传感器，对人的手指进行线扫描，精确探测人手的温度及手指间的占空比，识别出用户的正确意图，从而快速打开虹膜式垃圾箱舱门，便于用户投放垃圾，避免传统非接触式回收装置的误开合垃圾箱舱门动作。

[0021] 接下来将透过实施例并配合所附图式，说明本发明与先前技术相比具有创新、进步或功效等独特技术部分，使本领域普通技术人员能据以实现。须说明的是，本领域普通技术人员在不悖离本发明的精神下所进行的修饰与变更，均不脱离本发明的保护范畴。

[0022] 请参阅图1，本发明主要由三大模块组成，即手/手指识别子系统、舱门开合控制子系统、虹膜式舱门机构。三个模块顺序连接，依次工作，共同实现本发明的设计目的。

[0023] 手/手指识别子系统，主要完成待测目标物体的识别任务，可靠有效的辨识出用户准备开启垃圾箱舱门的正确意图。

[0024] 舱门开合控制子系统，主要完成垃圾箱舱门的快速开闭功能，打开舱门采用的是位置控制模式，关闭舱门采用的是力矩控制模式，防止夹伤用户。

[0025] 虹膜式舱门机构，其结构设计主要基于舱门设计空间的限制，以及便于快速机械反应。相比于传统垃圾箱舱门，虹膜式舱门机构可有效提高其使用寿命和可靠性。

[0026] 以下分别详述各模块的组成结构及工作原理。

[0027] 请参阅图2，手/手指识别子系统，主要完成手(手指)扫描判别任务，其由两大模块组成：红外测温模块、激光扫描模块。红外测温模块非接触测量手的温度，根据温度来判决是否为手指信号；激光扫描模块将激光打到手指，通过手指反射形成一个方波信号，根据其占空比来判决是否为手指信号。温度、手指占空比同时满足设定阈值条件，即可判断出用户需要开启垃圾箱舱门。

[0028] 红外测温采用逐点分析的方式，即把物体一个局部区域的热辐射聚焦在单个探测器上，并通过已知物体的发射率，将辐射功率转化为温度。基本结构主要包括光学聚焦镜头组、调制器、红外探测器、放大器及A/D转换器等。人手发出的红外辐射，进入光学聚焦镜头组，经调制器把红外辐射调制成交变辐射，由红外探测器转变成为相应的电信号。该信号经过放大器和A/D转换器，并在单片机的温度判别算法模块中按照现有算法和目标发射率校正后转变为温度值，并通过与设置的温度阈值相比较来判断是否达到手指的温度阈值。针对此应用，可将温度阈值设置为35.27℃。

[0029] 激光扫描模块的基本结构主要包括激光光源、旋转棱镜、集光器、光电转换器、放大器及A/D转换器等。将激光光源(激光二极管)产生的光线照射到旋转棱镜上，行成一条激光扫描线，激光扫描线照射到手指上或者非手指上，形成条或空信号，由集光器进行采集、聚焦，通过光电转换器转换成电信号，该信号为方波信号。该信号经过放大器和A/D转换器，并在单片机的手指占空比判别算法模块中通过与设置的占空比阈值相比较来判断是否为手指。

[0030] 本子系统中的光学聚焦镜头组、旋转棱镜、集光器均被封装在同一机械机构中，形成光学系统，由高速旋转马达带动其旋转。光学系统在本子系统中的作用，一是形成激光扫描线，二是对人手多点测温并取去均值，降低温度采集误差。

[0031] 请参阅图3，舱门开合控制子系统，主要完成垃圾箱的舱门开合的运动控制，主要有单片机的运动控制模块、马达驱动器及马达组成。运动控制模块采用两种控制算法，即位置模式和力矩模式。由于要迅速打开舱门，对开舱门动作选择位置模式控制，只控制舱门打开的位置，速度、电流的大小均不作要求，从而快速将舱门定位到开的位置。而关闭舱门要考虑安全因素，比如人手投放垃圾过程中，可能深入舱门内，导致关闭舱门夹伤用户。有鉴于此，采用力矩模式控制舱门关闭，通过电机电流闭环控制，在检测到电机发生堵转后，关闭舱门动作结束。在此过程中如果夹到人手，亦可马上停止关闭舱门动作，防止误伤。上述控制信号送至马达驱动器，马达驱动器根据接收到的控制信号驱动马达，进而驱动舱门机构。

[0032] 请参阅图4和图5，虹膜式舱门机构，将快速虹膜式机械结构技术应用在收集舱门结构中，由多个相互重叠的弧形薄金属叶片叠加围合构成一个圆形舱门，利用叶片的离合实现舱门的启闭。虹膜式结构和传统的收集装置相比，不仅动作速度快，节省空间，同时从根本上杜绝了桶盖直触垃圾的可能性，卫生环保。

[0033] 综上所述，本发明具有如下特点：

[0034] 1、将温度检测及手指占空比检测整合集成，可有效探测鉴别人手/手指，精准判别用户开启垃圾箱的舱门的真实意图，从而避免干扰物体，如身体的其它部位或者其他冷目标物体的干扰而做出盲目反应。

[0035] 2、应用力矩模式控制舱门闭合，解决目前市场存在的非接触式感应开合垃圾箱舱门易夹手的弊端，提高其使用的安全可靠性。

[0036] 3、将虹膜式机械结构应用于垃圾箱舱门设计，开合舱门机械行程较短，且磨损少，高速旋转马达带动舱门叶片实现高速开合，占用空间小，机械结构简洁，经济实用。

[0037] 以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。