浅析校园场景下智能分类垃圾机器人的发展

摘要：为解决校园环境对垃圾分类需求以及环保意识培养的教育意义，文中设计了一款智能垃圾分类机器人，该装置采用人工智能与机器学习技术、先进的扫描识别技术、大容量设计以及自压缩装置实现垃圾的分类打包，帮助使用者对垃圾正确分类同时培养学生环保意识。

关键词：垃圾分类；机器人；环保意识；机器学习

一．研究背景及意义

中国提出的碳达峰和碳中和目标要求社会各界采取措施减少碳排放，校园作为培养未来社会人才的摇篮，有责任在环保方面做出表率。[1]此外校园垃圾不同于其它场所垃圾，校园垃圾类型相对集中主要垃圾来源是学习用品、生活垃圾以及食堂垃圾，相比于住宅区或商业区，校园的垃圾类型更加集中且相对单一；另一方面校园垃圾中可回收垃圾较多，如：塑料瓶、书本以及试卷等；最后可回收垃圾和厨余垃圾占比大：学生用的纸制品、课本、笔记本等大量产生可回收物；食堂则是厨余垃圾的主要来源。这种特性决定了校园垃圾分类必须更加关注可回收物和厨余垃圾，同时这些垃圾来源比较固定，大部分来自学生和教职工的日常活动，便于制定针对性的垃圾管理策略。

同时，校园作为教书育人培养社会主义接班人的重要场所，其环保意识的培养必不可少，学生是未来的社会主力军，在校园中养成的垃圾分类习惯，将对未来的垃圾处理和社会环保意识提升起到长远作用。针对校园垃圾的专门设计可以确保分类的高效性和教育功能的实现，培养学生的环境保护意识，降低垃圾对环境的负面影响，通过垃圾分类实践，学生能更好地理解环保的重要性，并带动全社会的垃圾分类意识。

二．智能垃圾分类机器人发展现状

目前国内对于垃圾分类的研究有很多，其中最常见、最符合社会需求的垃圾分类箱用到了“扫码”、“人脸识别”等科技。[2]例如上海米泉公司推出的智能垃圾分类回收箱、陕西迪尔西智能回收站和“猫先生”社区环境管家提出的智能回收站。“猫先生”主推社区方面，而上海米泉公司和陕西迪尔西智能回收站对社区、写字楼、闹市区设置智能回收站。三者都是利用智能扫码投放、人工智能等高科技接收市民投放的废纸塑料、金属、玻璃等可回收物，配备定位装置和APP同步，能够更好地接收客户使用情况和垃圾追踪信息情况。[3]

国外垃圾分类实施较好的国家是日本。首先，日本的每个城市都有垃圾分类指南，引导市民正确地进行垃圾分类。但各地方垃圾分类的规定有所不同，有的甚至会细化到所居住的街区。其次，日本对于垃圾分类十分严格，环保的习惯在家庭里传承，日本的孩子从出生开始就会接受垃圾分类知识的教育，而且不履行垃圾分类者将面临巨额罚款。在欧洲德国拥有较为完善的垃圾分类体系，早在 1904 年德国就开始实施城市垃圾分类收集，至今已有一百多年历史。德国的垃圾分类以不同颜色的垃圾桶区分收集不同种类的垃圾，建立了便于回收利用和垃圾处理的法律体系，秉持“谁污染谁付费”的原则严格实行垃圾分类政策。[4]

三．产品概述

校园双碳垃圾分类回收机器是一种智能设备，能够自动识别不同种类的垃圾，并分类投放到相应的回收箱中提高回收利用率。垃圾桶还配备有传感器，能够监测桶内垃圾的体积和重量，实时发送数据到中央处理系统。装有碳足迹追踪，通过分析垃圾的种类和数量，系统能够估算出因正确分类而减少的碳排放量。这些数据可以帮助用户了解他们的行为对环境的影响，并激励他们参与到环保行动中来。该机器还能进行数据收集管理，收集和分析来自各个智能垃圾桶的数据，为管理者提供垃圾处理效率、用户参与度和碳减排效果的实时报告，还可以预测垃圾产生趋势，优化垃圾收集路线和频率。该智能垃圾机器人的总体外观如图1所示：

图1智能垃圾分类机器人外观图

本机器人主要采用全自动化系统，无需人为操作将垃圾放到识别台上即可，机器会对所放垃圾进行识别并将其传送进相应的桶内，实现垃圾分类的全过程自动化。

1）智能扫描系统：采用先进的扫描识别技术，利用光学扫描仪等设备照射被扫描对象，可以对各种垃圾的种类进行精确识别投放。

2）碳足迹追踪系统：监测桶内垃圾的体积和重量，实时发送数据到中央处理系统，估算出因正确分类而减少的碳排放量。

3）数据收集管理系统：通过对相关数据的收集处理，机器人自我学习不断提供其识别准确度以及处理效率。

图2.智能垃圾机器人工作流程

四．产品优势

随着垃圾分类相关政策的推行，垃圾分类将成为人们生活中必不可少的一部分。校园最为社会中最重要的育人场所，对于垃圾分类的必要性不言而喻，学生作为未来社会主义的接班人，更应该建立环保意识，学会垃圾分类。垃圾种类复杂多样，使得多数人无法准确记忆所有垃圾种类，对于垃圾分类知识存有欠缺，在当今快节奏的生活下，垃圾分类问题席卷而来，对人们的生活造成一定的困扰。一款可以兼具教育以及实用的智能垃圾分类机器人是解决上述问题的不二法宝。

4.1产品质量稳定

相较于传统塑料垃圾桶的生产，由于生产研发技术和做工相对落后：生产企业缺乏研发能力和资金投入，生产设备陈旧，自动化程度低，导致产品质量不稳定，生产效率低下。例如，在注塑垃圾桶的生产过程中，模具的精度和注塑工艺的控制对产品的质量有着重要影响，落后的技术和工艺可能导致垃圾桶的壁厚不均匀、强度不够等问题，影响产品的使用寿命和性能。[5]本产品机桶一体化设计，机器内置储物空间，自动化集成度高，采用更为精准的智能程序化操作，分类回收过程全部由机器人进行操作，大大提高了垃圾分类的准确性。

4.2产品技术创新

传统的智能垃圾分类机器在产品设计创新方面存在不足，一些企业只是简单地添加了感应开盖等基本功能，而在垃圾自动分类、异味处理等方面的创新不足。使用和维护方面存在垃圾异味和卫生问题，垃圾桶在使用过程中容易产生异味，尤其是在夏季高温天气下，垃圾发酵产生的异味不仅影响周围环境，也给人们的生活带来困扰。[6]此外，垃圾桶内的垃圾如果不能及时清理，容易滋生细菌和病毒，对人们的健康造成威胁。目前市场上的垃圾桶在异味处理和卫生防护方面的设计还不够完善，无法有效地解决这些问题。

而本文设计的之恶能垃圾分类机器人采用先进的扫瞄识别技术，利用光学扫描仪等设备照射被扫描对象，可以对各种垃圾的种类进行精确识别投放。[7]监测桶内垃圾的体积和重量，实时发送数据到中央处理系统，估算出因正确分类而减少的碳排放量。操作方便：用户只需把垃圾放进机器机器就能自动完成分类和投放。大容量设计：储存量大，可满足校园宿舍垃圾处理需求。环保节能：通过智能化手段促进垃圾减量和资源回收，同时量化减少碳排放，也对垃圾体进行压缩处理，实现垃圾减量化、资源化、无害化处理，促进资源的循环利用。技术创新：采用人工智能和机器学习技术，提高垃圾识别的准确率；配备传感器、碳足迹追踪、数据收集管理服务器。教育功能：在进行垃圾分类的同时会精准判断各类垃圾的类型以及碳值，让学生在丢垃圾的同时，可以学到更加全面准确的垃圾分类知识以及分类的必要性。

4.3产品可持续发展

目前市面上的智能垃圾桶不具备深度的机器学习技术，产品的使用具有一定的年限，随着社会的发展，垃圾类型的多样性以及复杂性，传统智能垃圾桶在区别垃圾类型方面的优势会越来越弱化，而本问设计的智能垃圾分类机器人具有强大的机器学习系统，随着处理垃圾量的增加，识别数据的积累，其会不断的对垃圾的识别系统及数据库更新迭代，不断的完善对不同类型垃圾的精准识别，以应对垃圾类型多样性的变化。

五．结语

随着全球对环境保护的重视，垃圾分类成为减少环境污染、促进资源循环利用的重要手段。中国提出的碳达峰和碳中和目标要求社会各界采取措施减少碳排放，校园作为培养未来社会人才的摇篮，有责任在环保方面做出表率，本文设计的校园场景用智能垃圾分类机器人在兼顾垃圾分类回收的基础上，赋予其育人的作用，为校园垃圾分类贡献出一份力量，随着技术的更新迭代，我们还会继续在原有基础上对其进行升级改造，使之成为更加全面的适应多场景的智能垃圾分类机器人。

参考文献：

[1] 郭怡芳.智慧环卫技术在城市垃圾分类管理中的应用研究[J].皮革制作与环保科技,2024,5(17):177-179.

[2] 杨诚熙.城市可持续发展理论下实行垃圾分类的必要性[J].智库时代，2020（7）：7-8.

[3] 徐天鑫,宛楠,唐安琦,等.智能环保垃圾分类系统设计与实现[J].福建电脑,2024,40(12):88-92.

[4] 余燕萍,赵圣鲁.基于深度学习的智能垃圾分类系统设计与实现[J].电脑与信息技术,2024,32(03):82-85.

[5] 李爱林.垃圾分类智能分拣系统的电气自动化控制技术与应用研究[J].皮革制作与环保科技,2024,5(04):149-151.

[6] 陈博宏,郭琳婧.全自动智能垃圾分类机开关的语音控制方法[J].自动化技术与应用,2024,43(10):95-99.

[7] 魏子瑄，刘小刚，陈真贵，等.基于语音识别技术的智能分类垃圾桶[J].单片机与嵌入式系统应用，2020，20（1）：79-82.

作者简介：

韦富宇（2001.02-）男，瑶族，广西河池市，本科，在读学生。

谢金强（2002.06-）男，汉族，广西北流市，本科，在读学生。

杨德胜（2002.12-）男，壮族， 广西贵港市，本科，在读学生。

欧阳洋(1997.01-)，女，汉族，湖南永州市，广西职业师范学院会计与审计学院，硕士研究生，助教，研究方向:财务管理。