绿色创意奖申报表：绿动未来•2008绿色创投方案评选

创意名称

自动分类垃圾桶

创意者

清华大学 精密仪器与机械学系 丘天 王强 应明 贺杨

环保类别

垃圾回收

环保目标

从源头对垃圾进行自动分类，减少人的劳动强度，并提高分类准确率

创意来源

目前垃圾分类或准确率低，或成本高，或自动化程度低，亟需垃圾自动分类装置改善现状

商业
价值分析

• 方案环保意义：

垃圾的分类回收是减少环境污染、建设节约型社会的重要手段。垃圾分类回收现行的办法主要有两种：第一种方法是在垃圾场对大批量的垃圾集中分类，其缺点是很难实现准确分类，回收的各个种类中含杂质成分较多，且设备较为庞大。第二种方法是在垃圾投放源头利用人工将垃圾依规定分为若干类，此法要求投放者有较高的素质和垃圾分类常识，准确率低的同时也给投放者造成诸多不便。比如在环保意识较强的德国，一贯的理论是：让市民先分类，也就是利用黄口袋、褐色垃圾桶等方式，对垃圾进行事先分类。这种分类虽然从理论上说可行，但在实际运作中，人们会将大约30%以上的垃圾扔错地方，特别是在大城市。
根据垃圾分类的发展趋势和现今存在的问题，我们提出自动分类垃圾桶的设想，即在投放源头，利用机器把有回收价值的垃圾分类筛选，并作出适当的预处理，以减少人员在垃圾回收中的劳动，实现可持续发展。
二、方案实施方式：
1．功能定位：

• 垃圾投放源头进行自动分类
• 放置在公园、街道、体育场馆等公共场所
• 可一次投放多件垃圾，但每次仅对一件垃圾进行分类
• 回收三类最有价值材料：塑料、玻璃、金属
• 其余垃圾归为其他类

2．原理方案：
（1）分类判断模块：使用下述原理共将垃圾分为四类：塑料、玻璃、金属及其他：

• 用金属探测器检测金属
• 分析敲击模块采集的声音信号频率特性，检测判断塑料、玻璃和其它类
• 用行程开关检测可压缩性，可压缩垃圾认为是其他类

（2）压紧模块：将投入的垃圾压紧，方便敲击采集声音；
（3）敲击模块：敲击垃圾体表材料，迫使被测物振动，收集声音信号，送入分类判断模块；
（4）分类执行模块：根据分类判断模块的信号反馈，将垃圾按送入相应垃圾桶内；
（5）下压刮板模块：辅助分类筛选，并帮助粘性垃圾入桶。
3．工作流程：
投入垃圾→金属探测器检测是否为金属→
【YES】→分类执行模块工作→分类完成
【NO】→压紧模块工作，行程开关检测是否为可压缩垃圾
【YES】→分类执行模块工作→分类完成
【NO】→敲击模块工作→分类判断模块进行声音信号判断→分类执行模块工作→分类完成
4．实物作品状况：
（1）功能概述：
目前已制作了两代样机，第一代样机（图1）可以稳定的对金属、塑料和玻璃三种材质瓶子进行识别分类；第二代样机（图2）在此基础上增加了其他类垃圾，可以分辨出纸、塑料袋等常见可压缩垃圾。已有进一步改进方案。
（2）工作流程图：
图3表示了第二代样机的工作流程图。

图2 第二代样机

C模块整合：
几大模块之间信号传递方式如图4所示，采用PLC进行控制。

图4 第二代样机功能模块示意图
（4）作品整体效果图：如图5

图5 第二代样机效果图
（5）作品改进方向：

• 进一步深入分析声音信号，增加声音信号可识别垃圾种类
• 增加垃圾缓冲模块，使可同时投放多件垃圾，提高分类效率
• 用电路代替计算机虚拟仪器，用单片机代替PLC，增强集成性
• 机器加工代替手工加工，增强机构的稳定性
• 扩展电池或太阳能作能源，扩展适用范围

三、方案商业前景：
1．同类产品调查：

我国在2007年9月由北京绿色领域科技发展有限公司制造的饮料瓶罐有偿回收机投入使用，据北京青年报相关报道：“北京天文馆新馆地下一层饮料罐瓶有偿回收机需要靠红外线扫描条形码识别罐瓶，没有条形码或者条形码残缺就无法识别，另外残破的、有残液的瓶子也会从退物口吐出。”此产品利用扫描条形码的技术判断瓶子的种类，存在很大的局限性。首先，饮料瓶的条形码主要用于销售环节，而在消费者使用过程中条形码很可能遭到污损，导致无法正常识别回收；其次，利用条形码扫描的技术成本较高，且作为光学系统在垃圾的高污染环境下并不能保证稳定工作。

美国加州一垃圾场建设了一条自动化和人工结合的垃圾分类回收线，试图改变当今多个垃圾桶分类回收的不便局面。该生产线耗资550万美元，单光学扫描系统设备花费100万美元，利用电磁、气吸、光学等多种方法，且必须引入人工解决垃圾分类的问题。其主要问题在于设备庞大，成本很高，而且工人在高污染恶劣条件工作强度很大。
2．方案优势：
（1）自动分类垃圾桶概念新颖，能够从源头上解决垃圾分类的难题，因此对资源的有效和高效回收具有开创性的意义，并且目前世界各国尚未有自动分类垃圾桶的应用，商业前景十分广阔。
（2）自动分类垃圾桶可以有效降低人工在垃圾分类中的强度，提高了效率并改善了工人的劳动环境，比一般垃圾桶更为人性化；
（3）该方案原理巧妙，利用声音进行材料识别，对垃圾的形状和污染情况没有过高要求，易于拓展到更多种类和形状的垃圾；
（4）该方案机构简单，各功能模块易于实现和生产，节约成本；
（5）该方案模块化程度高，并且体积适中，易于安装、调试和维修，并容易拓展附加功能。
3．商业模式：
自动分类垃圾桶可以单独放置在公共场所任意位置投入使用，也可以通过开发附加功能发挥特殊作用，以下列举一些可行方案供参考。
【方案一】大厦全自动垃圾分类回收系统

• 适用场所：体育场馆、写字楼等大型室内公共场所和较大行人流量的室内场所
• 整体设计：中央控制多终端全自动垃圾回收系统（大厦内需预留垃圾处理通道及回收机终端接口）
• 具体方案：
• 以自动分类垃圾桶为系统终端，可在大厦内需要位置安放，每一终端可独立执行分类功能
• 增加中央控制系统，通过预留的垃圾处理通道及系统总线对每一终端回收机的状况（如满溢程度、流量、故障情况）进行联网监控
• 大厦内设置垃圾统一收集口，将各终端同类垃圾通过预留通道汇集到统一收集口
• 安全措施：录像监控，中央控制系统可以对安保人员发出信息，或令终端停机自锁，保证设备安全
• 预期功能：
• 垃圾在任一终端被投放和分类后，进入相应通道汇集到该类垃圾的统一收集口，等待统一处理
• 中央系统监控各终端垃圾流量，可适时发出垃圾满溢或堵塞预警
• 中央系统监控终端是否故障，并发出相应警告

【方案二】垃圾有偿回收机

• 适用场所：博物馆、公园、写字楼等人流量较小的公共场所
• 整体设计：单机自动控制有偿回收机
• 具体方案：
• 以自动分类垃圾桶为有偿回收机单机主体，可在任意位置安放，各单机间无信号交换
• 增加自动退币控制系统，可根据可回收垃圾种类判断退币数额
• 安全措施：外壳使用强化材料，取垃圾口上锁，除投放口和退币口外，外观不留任何开口或缝隙，保证装置安全
• 预期效果：
• 若检测为金属瓶、玻璃瓶或塑料瓶等可回收垃圾，退出相应数额钱币
• 若检测为可压缩垃圾或其他不可回收垃圾，不退币

【方案三】垃圾集中处理装置

• 适用场所：人力垃圾清洁车经过的街道、公园、商场等公共场所
• 整体设计：单机自动控制大容量回收机
• 具体方案：
• 以自动分类垃圾桶为回收机单机主体，可在街边每隔一定距离放置，各单机间无信号交换
• 增加大容量缓冲模块，可以储存一定垃圾，并保证每次送给分类模块一件垃圾进行分类
• 安全措施：外壳使用强化材料，取垃圾口上锁，除投放口和退币口外，外观不留任何开口或缝隙，保证装置安全
• 预期效果：
• 清洁员可在清扫途中对车内垃圾进行释放，以方便继续进行清洁工作
• 缓冲模块承接集中释放的垃圾，并一次一件送给分类模块进行分类

【附加功能1】平面媒体广告窗口
说明：自动分类垃圾桶桶身较大，外观方正，可以张贴平面广告，美化市容，增加商业价值
【附加功能2】市民环保知识教育
说明：结合有偿分类回收机功能，可教育市民识别有回收价值的垃圾，提高资源回收利用率