本发明属于垃圾分类收集技术领域，具体涉及一种多投放单分离智能垃圾分类收集装置和方法。
背景技术：
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
《国际联合早报》研究报告显示，到2050年，全球垃圾量将大大增加，垃圾分类任务十分艰巨，研究一种有效的垃圾分类方法已经十分紧迫。与此同时，我国环卫市场规模呈现快速增长态势，预计2020年达到2167亿元。近两年垃圾分类和回收领域活力十足,2018年上半年就共有77个垃圾分类项目放出,累积中标金额超5亿元。
国内外学者针对垃圾分类作了大量分析，但提出的方案多为末端回收方法的创新，前端收集依赖于人们的自觉性，垃圾分类效率很低。针对前端垃圾处理，国外市场如美国纳士达、德国ccko(cckoing)、泽顿和日本体感智能垃圾桶等，大多基于红外感应器、液晶显示屏进行设计。无法满足自动识别分类需求。国内有产品通过摄像头拍摄垃圾实物照片，随后上传至云端进行处理，但这些产品都面临一个问题，便是一次只能投放一件垃圾，投放两件垃圾之间需间隔3秒左右。总而言之，目前没有真正意义上高效的垃圾分类系统。
技术实现要素：
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种多投放单分离智能垃圾分类收集装置和方法。实现垃圾的投放过程中的识别和准确分类。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
第一方面，一种多投放单分离智能垃圾分类收集装置，包括，
滑道结构，由上向下设置若干向下倾斜的滑道，滑道的顶部开口，若干滑道上分别设置活动挡板，相邻滑道的倾斜方向相反，下方相邻的滑道对着上方滑道的出口，挡板的背部设置红外传感器；
旋转投放结构，位于最下方滑道出口的下方；
图像识别模块，位于旋转投放结构的上方，摄取垃圾图像。
能够解决一次只能投放一件垃圾的问题，解决智能垃圾分类的问题。垃圾的分类能耗低，相比于人工分类具有较高经济效益。
第二方面，一种多投放单分离智能垃圾分类收集方法，具体过程为：
利用机器学习方法进行模型构建；
当垃圾通过入口滑道落下后，由上至下依次各个滑道，当垃圾流遮挡，向处理模块发送信号，从而控制舵机驱动挡板横向截断垃圾流，经过多层滑道的筛选结构，最终实现使单个垃圾进入图像识别单元，对垃圾进行摄像；
处理模块得到图像信息，然后对丝杠步进电机下达指令，使投放箱移动到指定位置，然后控制第一步进电机，使旋转叶片旋转，放下垃圾，然后控制投放箱复位，进行下一个垃圾的分类收集。
提高识别准确率，提高识别速度。
本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：请核对并补充
1)解决了一次只能投放一件垃圾的弊端，实现了“多投放，单分离”的效果。并通过滑道、挡板等结构避免了垃圾阻塞，大大提高了垃圾分类的效率，经实验表明，每投入两件垃圾，大约可省下2秒左右的时间。
2)经过图像处理算法及模型训练，使识别准确率和大大提高。根据试验结果，该系统进行垃圾分类识别的准确率可达90％。
3)经过实验对此发现大大提高了经济效益。
和普通垃圾桶对比，分类后进入焚烧厂的生活垃圾密度降低42％；热值由6634kj/kg升高至7749kj/kg，升高16.80％；化学需氧量由67814mg/l降低至64507mg/l，降低4.9％；总氮由3048mg/l降低至2041mg/l，降低33.10％；氨氮由2502mg/l降低至1095mg/l，降低56.24％；有机氮由547mg/l提升至946mg/l，升高72.94％。分类后垃圾组分的变化对焚烧垃圾热电联产有利，可有效降低污染物排放。
和普通智能垃圾桶相比，每日耗电量0.422kw·h,电量可实现自给自足。且年太阳能发电量可达16365kw·h。
可简单处理厨余垃圾，并有效解决异味问题。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为多投放单分离智能垃圾分类收集装置的整体结构图；
图2为滑道部分的侧面图；
图3为挡板移动结构部分的结构图；
图4为旋转投放结构部分的后面结构图；
图5为旋转投放结构部分的侧面结构图；
其中，1、飞絮收集盒，2、外箱体，3、收集桶，4、丝杠，5、投放箱，6、图像识别模块，7、舵机，8、摇杆，9、挡板，10、滑道，11、垃圾袋收集桶，12、太阳能发电板，13、厨余垃圾处理通道，14、投放箱滑块，15、轨道滑块，16、第三级滑道，17、第二级滑道，18、第一级滑道，19、入口滑道，20、支撑轴，21、第一步进电机，22、旋转叶片，23、丝杠步进电机。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种多投放单分离智能垃圾分类收集装置，包括，
滑道结构，由上向下设置若干向下倾斜的滑道，滑道的顶部开口，若干滑道上分别设置活动挡板，相邻滑道的倾斜方向相反，下方相邻的滑道对着上方滑道的出口，挡板的背部设置红外传感器；
旋转投放结构，位于最下方滑道出口的下方；
图像识别模块，位于旋转投放结构的上方，摄取垃圾图像。
能够实现一次只能投放一件垃圾的问题，解决智能垃圾分类的问题。
在本发明的一些实施方式中，还包括处理模块，图像识别模块将垃圾图像传递到处理模块，然后处理模块控制旋转投放结构的移动。
在本发明的一些实施方式中，滑道的数量为三个。
在本发明的一些实施方式中，滑道的剖面为倒梯形结构。
在本发明的一些实施方式中，滑道向下倾斜的角度为20-25度。
在本发明的一些实施方式中，滑道底部设置铰链结构。
在本发明的一些实施方式中，滑道两端开口，滑道底端的底板上设置弧形开口。
在本发明的一些实施方式中，还包括挡板移动结构，挡板移动结构包括舵机、摇杆、滑杆、滑块，滑块在滑杆上配合滑动，舵机连接摇杆，摇杆套接滑杆，舵机带动摇杆转动，滑杆与挡板连接。进一步，摇杆为环形体，环形体的内侧设置槽口，槽口套住滑杆。
在本发明的一些实施方式中，旋转投放结构包括投放箱和旋转叶片，投放箱的顶部和底部开口，投放箱位于最下方滑道开口的下方，旋转叶片可旋转位于投放箱底部开口的下方。进一步，旋转叶片与第一步进电机连接，第一步进电机与投放箱连接。进一步，旋转投放结构还包括支撑轴、丝杠，投放箱通过滑块与丝杠连接，滑块与投放箱固定连接，旋转叶片配合抵在支撑轴上。
在本发明的一些实施方式中，还包括若干收集桶，若干收集桶成排设置在投放箱的下方，与投放箱的位置配合对应。
在本发明的一些实施方式中，还包括厨余收集通道，固定设置在收集桶的上方。
在本发明的一些实施方式中，还包括垃圾袋收集箱，设置在滑道结构的一侧。
在本发明的一些实施方式中，还包括外箱体，外箱体的顶部与滑道结构相对的位置设置垃圾投放口，与垃圾袋收集箱对应的位置设置塑料袋投放口，与厨余收集通道对应的位置设置厨余垃圾投放口。
在本发明的一些实施方式中，图像识别模块包括摄像头。
在本发明的一些实施方式中，外箱体的底部设置飞絮收集盒，飞絮收集盒包括栅栏收集口和风机。
本发明涉及的多投放单分离智能垃圾分类收集装置，是对同时投放的多个垃圾进行分类收集的装置，用户在使用时，将垃圾通过顶部的投放口倒入，然后将塑料袋单独投放到垃圾袋收集桶11。垃圾进入到滑道结构后，沿着倾斜的滑道10向下滑动，然后依次下落，经过几个滑道10后，落到旋转投放结构中，通过识别模块进行识别之后，旋转投放结构使垃圾落入到下方的收集结构中。
滑道结构由若干倾斜的滑道10由上至下依次设置，垃圾在滑道10上呈一列依次滑下，相邻的滑道10的倾斜的方向相反，减缓垃圾运动的速度，实现速度的控制和垃圾的堆积，使垃圾尽可能的呈一列顺序滑下。
每个滑道10上均设置挡板结构，在每一层挡板后面设置有红外传感器，一旦垃圾流遮挡，便会向控制单元发送信号，从而控制舵机驱动挡板横向截断垃圾流。通过多层滑道的筛选架构，最终实现了单个垃圾进入到图像识别模块6，待对垃圾识别分类后，滑道10上的挡板9复位，等待下次命令，此过程循环往复，从而实现对多个垃圾的分离。
由上述可知，本发明的多投放单分离智能垃圾分类收集装置，可实现固态垃圾的一次只能投放一件垃圾的问题，实现垃圾的分类。解决了通过图像识别模块6识别垃圾图片进行分析处理垃圾信息，需要时间间隔的问题。
图像识别模块6，位于旋转投放结构的上方，摄取垃圾图像，可对垃圾进行实时识别，并向控制单元发送信号，处理模块得到垃圾的分类信息，然后控制旋转投放结构移动到合适的位置，进行垃圾的分类。
进一步，滑道10的数量设置3个，如图2所示，垃圾从最上方投放口进入到最上方的滑道，然后从最上方滑道的底端出口在重力的作用下落到下方相邻的滑道上，依次下滑，由于相邻的滑道改变了方向，所以对垃圾进行了缓冲，降低速度。每个滑道上设置挡板9，通过挡板9的操作，在垃圾不断的进入到本发明的多投放单分离智能垃圾分类收集装置中的状态下，避免垃圾在滑道10上堆积，使落到旋转投放结构上的相邻两个垃圾之间时间间隔为3s左右，可以满足垃圾的分类，并且提高垃圾的分类效率。
3个滑道由上至下依次为第一级滑道18、第二级滑道17、第三级滑道16。
进一步，滑道10的剖面为倒梯形结构。滑道的剖面结构，即倒梯形的顶部开口较大，有利于垃圾进入到滑道10中，下方为收口，这样，可以使垃圾更好的约束在滑道中，垃圾在滑道中的位置更稳定，使垃圾尽可能呈一列下滑。
进一步，滑道10向下倾斜的角度为20-25度。滑道10的倾角可以调整垃圾的下滑速度，使垃圾能够顺利的进行下滑。
进一步，滑道10底部设置铰链结构。通过铰链结构，使滑道能够调整倾斜的角度，可调整若干滑道的倾角控制垃圾下滑的速度，与控制单元相匹配。
进一步，滑道10两端开口，滑道底端的底板上设置弧形开口。设置弧形开口，可以使垃圾顺利的落下，为塑料瓶等形状不规则且尺寸较大的垃圾预留足够的滑入空间，并减少对摄像头的遮挡。
滑道10的宽度和高度，可以根据大多数垃圾的情况进行设计，进一步，滑道10的宽度为100mm-180mm。
进一步，还包括挡板移动结构，挡板移动结构包括舵机7、摇杆8、滑杆、滑块，滑块在滑杆上配合滑动，舵机7连接摇杆8，摇杆8套接滑杆，舵机7带动摇杆8转动，滑杆与挡板9连接。进一步，摇杆8为环形体，环形体的内侧设置槽口，槽口套住滑杆。如图3所示，挡板9后端有滑杆，套在摇杆8的槽口中，摇杆8的另一侧连接舵机，由舵机7驱动摇杆往复摆动，进而带动挡板9伸出和缩回。挡板9依靠另一侧的伸出部分固定在滑块上，滑块连接在固定于斜方道的滑轨上，由此约束挡板的运动方向，并利用滑块内部的滚珠结构减小挡板运动时受到的摩擦阻力。
更进一步，挡板9移动结构位于滑道的外侧，挡板9与滑道10插入连接，滑道的两侧的侧壁上与挡板对应的位置设置开口。为节约成本且更好地利用机械结构的优势，设计时令挡板9缩回时置于滑道外侧，不影响垃圾流通过，待垃圾流通过时从滑道侧边预留的狭缝中伸出横向截断垃圾流，将舵机7的旋转运动转变为挡板9的直线运动。且挡板长度略大于斜方道横截面宽度，使挡板伸出时能卡入轨道外侧预留的开口中，尽可能地由机械结构来承受垃圾流的冲击力，这样既能减小挡板9变形，又能减轻舵机的负担，从而减轻舵机选型压力，降低成本。
进一步，旋转投放结构包括投放箱5和旋转叶片22，投放箱5的顶部和底部开口，投放箱5位于最下方滑道开口的下方，旋转叶片22可旋转位于投放箱底部开口的下方。如图4和图5所示，投放箱5的顶部开口，方便垃圾落入投放箱5，底部开口方便垃圾落下，并且下方设置旋转叶片22，旋转叶片22配合进行垃圾的落入到下方的过程。
进一步，旋转叶片22与第一步进电机21连接，第一步进电机21与投放箱5连接。进一步，旋转投放结构还包括支撑轴20、丝杠4，投放箱通过投放箱滑块14与丝杠4连接，滑块与投放箱固定连接。旋转叶片22通过步进电机实现旋转的动作。投放箱分别与滑块、第一步进电机21固定连接，投放箱通过丝杠4实现沿着丝杠4方向的移动，旋转叶片22与第一步进电机21连接，所以旋转叶片22随着投放箱5实现横向的移动，当到达指定的收集桶上方时，旋转叶片旋开，然后垃圾落下。旋转叶片22一端架在支撑轴上另一端支撑在丝杠滑块和丝杠底座的间隙里，留好余量，在未投放垃圾时旋转叶片和丝杠侧留有间隙以减小摩擦，在有垃圾投放至平台时起到一个相互支撑的作用。更进一步，还包括丝杠步进电机23，丝杠步进电机23控制丝杠4的转动，进而控制投放箱的平动。
进一步，还包括若干收集桶3，若干收集桶3成排设置在投放箱的下方，与投放箱5的位置配合对应。若干收集桶3呈一字型排列，投放箱5平动在若干收集桶3的上方，进行不同垃圾的分类收集处理。投放箱5的运动和停止按照处理模块的指令进行，然后停在某个收集桶的位置。
还包括厨余收集通道13，固定设置在收集桶3的上方。厨余收集通道13单独设置在厨余收集桶的正上方。方便厨余垃圾的单独回收处理。
进一步，还包括垃圾袋收集箱，设置在滑道结构的一侧。用于塑料等垃圾袋的回收。
进一步，还包括外箱体2，外箱体2的顶部与滑道结构相对的位置设置垃圾投放口，垃圾投放口连接倾斜的入口滑道19，与垃圾袋收集箱对应的位置设置塑料袋投放口，与厨余收集通道对应的位置设置厨余垃圾投放口。入口滑道在入口处承载垃圾，使其顺利进入第一级滑道。
进一步，图像识别模块包括摄像头。
进一步，外箱体的底部设置飞絮收集盒1，飞絮收集盒1包括栅栏收集口和风机。飞絮收集盒的栅栏收集口可通过飞絮，所以飞絮会收集在收集盒中。用于收集春夏季节性那种的飞絮。
进一步，还包括太阳能发电板12，太阳能发电板12可以节能能源消耗。
利用本发明的装置进行垃圾分类的过程如下：
首先，处理模块进行模型的构建，采用了tensorflow深度学习框架,同时使用openmv搭载edgeimpulse平台进行了模型构建。识别控制程序如下：
1、控制舵机带动挡板对“垃圾流”进行隔离，使得最下层识别平台中仅有单一垃圾。
2、传感器检测到识别平台上存有垃圾时，向图像识别系统发送信号启动图像识别。
3、识别系统识别完成后向下层传动系统发送信号控制传动系统将垃圾投递对应垃圾桶内。
4、完成单一垃圾分类，重复上述1～3步，直至上侧挡板后侧无“垃圾流”时进入待机状态。
图像识别模块利用openmv摄像头进行摄取垃圾图像信息；
利用stm32f103作为处理模块，openmv搭载micropython解释器，允许在嵌入式上使用python来编程。同时其带sd卡运行时功率0.792w(空闲时0.462w)，相较于jetsonnano等功耗更低。在专门为嵌入式设备提供在线训练神经网络模型服务的edgeimpulse平台上训练模型，采用tensorflow框架，更加科学高效，便于移植。
stm32作为控制中心，可与openmv串口通信，同时可以接收红外对管等传感器信号，控制电机，舵机等。
当垃圾通过入口滑道落下后，先落入到第一级滑道，然后落入到第二级滑道，然后落入到第三级滑道，一旦垃圾流遮挡，便会向控制单元发送信号，从而控制舵机驱动挡板横向截断垃圾流，经过三层的筛选结构，最终实现使单个垃圾进入图像识别单元，待对垃圾识别分类后，三层挡板复位，等待下次命令；
处理模块得到图像信息，然后对丝杠步进电机下达指令，使投放箱移动到指定位置，然后控制第一步进电机，使旋转叶片旋转，放下垃圾，然后控制投放箱复位，进行下一个垃圾的分类收集。
垃圾的分类识别准确率达到90％。
节能效果如下：
相较于大面积广泛应用的普通垃圾桶
相较常见于街道、商场的普通垃圾桶，本发明的装置实现了垃圾的自动分类，智能化程度高，具有自我状态感知和边缘计算能力，有利于建立“智能生活垃圾分类 再生资源回收体系”全过程管理平台，且可以通过身份绑定、数据上云实现个人碳足迹跟踪，具有宣传节能减排的巨大社会效益。
从垃圾处理前端来看，垃圾分拣至少可实现垃圾减量10％，同时可以极大程度降低垃圾分类的实施难度和成本，更为人性化，对于推广ppp模式下的固废资源再利用具有重要意义。
从垃圾处理后端来看，焚烧厂受垃圾分类的影响较大。有研究数据表明：分类后进入焚烧厂的生活垃圾密度降低42％；热值由6634kj/kg升高至7749kj/kg，升高16.80％；化学需氧量由67814mg/l降低至64507mg/l，降低4.9％；总氮由3048mg/l降低至2041mg/l，降低33.10％；氨氮由2502mg/l降低至1095mg/l，降低56.24％；有机氮由547mg/l提升至946mg/l，升高72.94％。分类后垃圾组分的变化对焚烧垃圾热电联产有利，可有效降低污染物排放。
同时，人工分拣的人力成本在5000元/人/月以上，本产品可无人值守运行，极大节约了人力成本，以上分析可见本产品的间接经济、减排价值。
相较于市电接入的普通智能垃圾桶
市场上存在少量带有机器学习自动分类功能的智慧垃圾桶，但均为市电供电，且体积庞大、结构复杂，能耗较高。本设计紧抓市场痛点，瞄准校园、公园、街道等公共场所，采用创新的结构设计，以极低的功耗实现了更具竞争力的功能，整机待机功率约为15.5w，采用单晶太阳能光伏板供电，阳光充足时发电功率可达100w，待机时能以约84.5w功率向锂电池蓄电，用于夜晚和光照条件差时调用，下表为各组件功耗与发电情况：
以济南市为例，当地峰值日照平均时数约为4.27h，光伏板每日至少可发电0.1kw×4.27h＝0.427kw·h，按上表中所述工作策略计算，本产品每日共消耗(0.073kw 0.012kw)×2h 0.0105kw×24h＝0.422kw·h，电量可实现自给自足。
根据《城市环境卫生设施规划标准》，人流较密集的中等规模公共设施周边等地区，废物箱应每隔100～200m设置一个。以某校区内道路总长15km，废物箱每隔100m设置一个，市场占有率70％计算，本产品共105个，年太阳能发电量约为
105×0.1kw×4.27h/day×365day＝16365kw·h。可减排污染物见下表：
由此可见，在小范围应用的条件下，其减排效果依然显著，这对雾霾、温室效应等环境问题的解决有积极作用，对我国实现碳达峰、碳中和目标有着重要意义。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种多投放单分离智能垃圾分类收集装置，其特征在于：包括，
滑道结构，由上向下设置若干向下倾斜的滑道，滑道的顶部开口，若干滑道上分别设置活动挡板，相邻滑道的倾斜方向相反，下方相邻的滑道对着上方滑道的出口，挡板的背部设置红外传感器；
旋转投放结构，位于最下方滑道出口的下方；
图像识别模块，位于旋转投放结构的上方，摄取垃圾图像。
2.如权利要求1所述的多投放单分离智能垃圾分类收集装置，其特征在于：还包括处理模块，图像识别模块将垃圾图像传递到处理模块，然后处理模块控制旋转投放结构的移动。
3.如权利要求1所述的多投放单分离智能垃圾分类收集装置，其特征在于：滑道的数量为三个；
或，滑道的剖面为倒梯形结构。
4.如权利要求1所述的多投放单分离智能垃圾分类收集装置，其特征在于：滑道向下倾斜的角度为20-25度；
或，滑道底部设置铰链结构。
5.如权利要求1所述的多投放单分离智能垃圾分类收集装置，其特征在于：滑道两端开口，滑道底端的底板上设置弧形开口。
6.如权利要求1所述的多投放单分离智能垃圾分类收集装置，其特征在于：还包括挡板移动结构，挡板移动结构包括舵机、摇杆、滑杆、滑块，滑块在滑杆上配合滑动，舵机连接摇杆，摇杆套接滑杆，舵机带动摇杆转动，滑杆与挡板连接；
进一步，摇杆为环形体，环形体的内侧设置槽口，槽口套住滑杆。
7.如权利要求1所述的多投放单分离智能垃圾分类收集装置，其特征在于：旋转投放结构包括投放箱和旋转叶片，投放箱的顶部和底部开口，投放箱位于最下方滑道开口的下方，旋转叶片可旋转位于投放箱底部开口的下方；
进一步，旋转叶片与第一步进电机连接，第一步进电机与投放箱连接；
进一步，旋转投放结构还包括支撑轴、丝杠，投放箱通过滑块与丝杠连接，滑块与投放箱固定连接，旋转叶片配合抵在支撑轴上。
8.如权利要求1所述的多投放单分离智能垃圾分类收集装置，其特征在于：还包括若干收集桶，若干收集桶成排设置在投放箱的下方，与投放箱的位置配合对应；
或，还包括厨余收集通道，固定设置在收集桶的上方。
9.如权利要求1所述的多投放单分离智能垃圾分类收集装置，其特征在于：还包括垃圾袋收集箱，设置在滑道结构的一侧；
或，外箱体的底部设置飞絮收集盒，飞絮收集盒包括栅栏收集口和风机。
10.一种多投放单分离智能垃圾分类收集方法，其特征在于：具体过程为：
利用机器学习方法进行模型构建；
当垃圾通过入口滑道落下后，由上至下依次各个滑道，当垃圾流遮挡，向处理模块发送信号，从而控制舵机驱动挡板横向截断垃圾流，经过多层滑道的筛选结构，最终实现使单个垃圾进入图像识别单元，对垃圾进行摄像；
处理模块得到图像信息，然后对丝杠步进电机下达指令，使投放箱移动到指定位置，然后控制第一步进电机，使旋转叶片旋转，放下垃圾，然后控制投放箱复位，进行下一个垃圾的分类收集。
技术总结