綠色創意獎申報表：綠動未來•2008綠色創投方案評選

創意名稱

自動分類垃圾桶

創意者

清華大學 精密儀器與機械學系 丘天 王強 應明 賀楊

環保類別

垃圾回收

環保目標

從源頭對垃圾進行自動分類，減少人的勞動強度，并提高分類準確率

創意來源

目前垃圾分類或準確率低，或成本高，或自動化程度低，亟需垃圾自動分類裝置改善現狀

商業
價值分析

• 方案環保意義：

垃圾的分類回收是減少環境污染、建設節約型社會的重要手段。垃圾分類回收現行的辦法主要有兩種：第一種方法是在垃圾場對大批量的垃圾集中分類，其缺點是很難實現準確分類，回收的各個種類中含雜質成分較多，且設備較為龐大。第二種方法是在垃圾投放源頭利用人工將垃圾依規定分為若干類，此法要求投放者有較高的素質和垃圾分類常識，準確率低的同時也給投放者造成諸多不便。比如在環保意識較強的德國，一貫的理論是：讓市民先分類，也就是利用黃口袋、褐色垃圾桶等方式，對垃圾進行事先分類。這種分類雖然從理論上說可行，但在實際運作中，人們會將大約30%以上的垃圾扔錯地方，特別是在大城市。
根據垃圾分類的發展趨勢和現今存在的問題，我們提出自動分類垃圾桶的設想，即在投放源頭，利用機器把有回收價值的垃圾分類篩選，并作出適當的預處理，以減少人員在垃圾回收中的勞動，實現可持續發展。
二、方案實施方式：
1．功能定位：

• 垃圾投放源頭進行自動分類
• 放置在公園、街道、體育場館等公共場所
• 可一次投放多件垃圾，但每次僅對一件垃圾進行分類
• 回收三類最有價值材料：塑料、玻璃、金屬
• 其余垃圾歸為其他類

2．原理方案：
（1）分類判斷模塊：使用下述原理共將垃圾分為四類：塑料、玻璃、金屬及其他：

• 用金屬探測器檢測金屬
• 分析敲擊模塊采集的聲音信號頻率特性，檢測判斷塑料、玻璃和其它類
• 用行程開關檢測可壓縮性，可壓縮垃圾認為是其他類

（2）壓緊模塊：將投入的垃圾壓緊，方便敲擊采集聲音；
（3）敲擊模塊：敲擊垃圾體表材料，迫使被測物振動，收集聲音信號，送入分類判斷模塊；
（4）分類執行模塊：根據分類判斷模塊的信號反饋，將垃圾按送入相應垃圾桶內；
（5）下壓刮板模塊：輔助分類篩選，并幫助粘性垃圾入桶。
3．工作流程：
投入垃圾→金屬探測器檢測是否為金屬→
【YES】→分類執行模塊工作→分類完成
【NO】→壓緊模塊工作，行程開關檢測是否為可壓縮垃圾
【YES】→分類執行模塊工作→分類完成
【NO】→敲擊模塊工作→分類判斷模塊進行聲音信號判斷→分類執行模塊工作→分類完成
4．實物作品狀況：
（1）功能概述：
目前已制作了兩代樣機，第一代樣機（圖1）可以穩定的對金屬、塑料和玻璃三種材質瓶子進行識別分類；第二代樣機（圖2）在此基礎上增加了其他類垃圾，可以分辨出紙、塑料袋等常見可壓縮垃圾。已有進一步改進方案。
（2）工作流程圖：
圖3表示了第二代樣機的工作流程圖。

圖2 第二代樣機

C模塊整合：
幾大模塊之間信號傳遞方式如圖4所示，采用PLC進行控制。

圖4 第二代樣機功能模塊示意圖
（4）作品整體效果圖：如圖5

圖5 第二代樣機效果圖
（5）作品改進方向：

• 進一步深入分析聲音信號，增加聲音信號可識別垃圾種類
• 增加垃圾緩沖模塊，使可同時投放多件垃圾，提高分類效率
• 用電路代替計算機虛擬儀器，用單片機代替PLC，增強集成性
• 機器加工代替手工加工，增強機構的穩定性
• 擴展電池或太陽能作能源，擴展適用范圍

三、方案商業前景：
1．同類產品調查：

我國在2007年9月由北京綠色領域科技發展有限公司制造的飲料瓶罐有償回收機投入使用，據北京青年報相關報道：“北京天文館新館地下一層飲料罐瓶有償回收機需要靠紅外線掃描條形碼識別罐瓶，沒有條形碼或者條形碼殘缺就無法識別，另外殘破的、有殘液的瓶子也會從退物口吐出。”此產品利用掃描條形碼的技術判斷瓶子的種類，存在很大的局限性。首先，飲料瓶的條形碼主要用于銷售環節，而在消費者使用過程中條形碼很可能遭到污損，導致無法正常識別回收；其次，利用條形碼掃描的技術成本較高，且作為光學系統在垃圾的高污染環境下并不能保證穩定工作。

美國加州一垃圾場建設了一條自動化和人工結合的垃圾分類回收線，試圖改變當今多個垃圾桶分類回收的不便局面。該生產線耗資550萬美元，單光學掃描系統設備花費100萬美元，利用電磁、氣吸、光學等多種方法，且必須引入人工解決垃圾分類的問題。其主要問題在于設備龐大，成本很高，而且工人在高污染惡劣條件工作強度很大。
2．方案優勢：
（1）自動分類垃圾桶概念新穎，能夠從源頭上解決垃圾分類的難題，因此對資源的有效和高效回收具有開創性的意義，并且目前世界各國尚未有自動分類垃圾桶的應用，商業前景十分廣闊。
（2）自動分類垃圾桶可以有效降低人工在垃圾分類中的強度，提高了效率并改善了工人的勞動環境，比一般垃圾桶更為人性化；
（3）該方案原理巧妙，利用聲音進行材料識別，對垃圾的形狀和污染情況沒有過高要求，易于拓展到更多種類和形狀的垃圾；
（4）該方案機構簡單，各功能模塊易于實現和生產，節約成本；
（5）該方案模塊化程度高，并且體積適中，易于安裝、調試和維修，并容易拓展附加功能。
3．商業模式：
自動分類垃圾桶可以單獨放置在公共場所任意位置投入使用，也可以通過開發附加功能發揮特殊作用，以下列舉一些可行方案供參考。
【方案一】大廈全自動垃圾分類回收系統

• 適用場所：體育場館、寫字樓等大型室內公共場所和較大行人流量的室內場所
• 整體設計：中央控制多終端全自動垃圾回收系統（大廈內需預留垃圾處理通道及回收機終端接口）
• 具體方案：
• 以自動分類垃圾桶為系統終端，可在大廈內需要位置安放，每一終端可獨立執行分類功能
• 增加中央控制系統，通過預留的垃圾處理通道及系統總線對每一終端回收機的狀況（如滿溢程度、流量、故障情況）進行聯網監控
• 大廈內設置垃圾統一收集口，將各終端同類垃圾通過預留通道匯集到統一收集口
• 安全措施：錄像監控，中央控制系統可以對安保人員發出信息，或令終端停機自鎖，保證設備安全
• 預期功能：
• 垃圾在任一終端被投放和分類后，進入相應通道匯集到該類垃圾的統一收集口，等待統一處理
• 中央系統監控各終端垃圾流量，可適時發出垃圾滿溢或堵塞預警
• 中央系統監控終端是否故障，并發出相應警告

【方案二】垃圾有償回收機

• 適用場所：博物館、公園、寫字樓等人流量較小的公共場所
• 整體設計：單機自動控制有償回收機
• 具體方案：
• 以自動分類垃圾桶為有償回收機單機主體，可在任意位置安放，各單機間無信號交換
• 增加自動退幣控制系統，可根據可回收垃圾種類判斷退幣數額
• 安全措施：外殼使用強化材料，取垃圾口上鎖，除投放口和退幣口外，外觀不留任何開口或縫隙，保證裝置安全
• 預期效果：
• 若檢測為金屬瓶、玻璃瓶或塑料瓶等可回收垃圾，退出相應數額錢幣
• 若檢測為可壓縮垃圾或其他不可回收垃圾，不退幣

【方案三】垃圾集中處理裝置

• 適用場所：人力垃圾清潔車經過的街道、公園、商場等公共場所
• 整體設計：單機自動控制大容量回收機
• 具體方案：
• 以自動分類垃圾桶為回收機單機主體，可在街邊每隔一定距離放置，各單機間無信號交換
• 增加大容量緩沖模塊，可以儲存一定垃圾，并保證每次送給分類模塊一件垃圾進行分類
• 安全措施：外殼使用強化材料，取垃圾口上鎖，除投放口和退幣口外，外觀不留任何開口或縫隙，保證裝置安全
• 預期效果：
• 清潔員可在清掃途中對車內垃圾進行釋放，以方便繼續進行清潔工作
• 緩沖模塊承接集中釋放的垃圾，并一次一件送給分類模塊進行分類

【附加功能1】平面媒體廣告窗口
說明：自動分類垃圾桶桶身較大，外觀方正，可以張貼平面廣告，美化市容，增加商業價值
【附加功能2】市民環保知識教育
說明：結合有償分類回收機功能，可教育市民識別有回收價值的垃圾，提高資源回收利用率