杨王杰， 陈剑钦， 杨钰泳， 张惠明， 汪 泓， 曾浩彬， 何颖祺，卢文彰， 张东升

（华南理工大学广州学院 机械工程学院， 广东 广州 510800）

引言

现在全球都处于资源紧张的状态，为了节约资源，保护植被已经成为当前社会的重要课题，回收再利用旧纸皮为新的纸制产品可以有效地解决这个问题。目前纸皮的回收有两种形式，第一种是上门回收，这种形式使工作人员的劳动强度比较大，而且效率低；第二种是定点回收，有些居民会觉得将回收物带到指定地点太麻烦，就会随意丢弃，对资源造成浪费[1-2]。本论文拟设计一种设备，该设备可以在城市中的居民小区中投入使用，一方面可以方便工作人员进行回收物的收集；另一方面在回收纸箱的同时，设备可以自动派发猫粮，对家里的猫进行喂养。以物换物的概念和设备相结合，不但可以减少纸皮的随意丢弃，也会更好地对纸箱进行回收。

1 以物换物智能设备的总体设计

为了达到自助回收已经用过的纸皮，并等量换取一些猫粮的目的，本文设计了一种以物换物智能设备[3]，该设备需要同步完成纸皮的自动收纳和猫粮的等量派发功能，其外部设计如图1 所示，包含柜体、纸皮入口、猫粮出口三个部分。

该设备设置安装在各生活小区，方便就近小区居民可以随时投递旧的纸皮，其工作原理为：人们可以将家里的废纸皮从柜体上的纸皮入口投入到设备中，再由纸皮收纳装置收纳并称出其重量，导入控制系统，算出可更换的猫粮的量，再由猫粮派发装置按照控制系统要求派发相应数量的猫粮流入猫粮出口，由交换人拿走。

图1 以物换物智能设备外部设计图

整套设备拟采用铝型材构建机身，密度小、质量轻，便于产品的投放和搬运，有很强的耐腐蚀能力，可提高产品的使用周期。以物换物设备主要有PLC系统控制、采用图像采集装置（摄像头）、可回收检测装置（红外传感器）、升降台装置电机、猫粮派发通电控制等控制元件，其系统工作原理图如图2 所示。

图2 系统工作原理图

纸皮入口处的传感器可以检测是否有东西投入，摄像头判断放入的东西是否为可回收物，顶部的红外传感器检测可探测回收物是否放满，装满则升降平台下降。摄像头检测到为可回收物并称重，将信号传回PLC，PLC 再将信号传给下方电机带动猫粮派发装置工作，进行猫粮的派发。

2 纸皮收纳装置的设计

根据设计要求，为了满足以纸皮换取猫粮的目的，以物换物设备内部结构主要由纸皮收纳装置和猫粮派发装置两大部分组成，分别完成纸皮的收纳和猫粮的派发功能。

为了解决以物换物智能设备中以物（纸皮）换物（猫粮）时，纸皮的自动收纳问题，这里专门设计了一种以物换物智能设备纸皮收纳装置[4]，如图3、图4所示。

图3 以物换物智能设备纸皮收纳装置的设计图

图4 以物换物智能设备纸皮收纳装置的俯视图

当居民将回收纸皮从纸皮入口投入后，会落在带称重功能的工作台上，从而称重，并将增加的重量录入控制系统，为猫粮派发装置提供交换数据；为了保证纸皮收纳装置里内纸皮的存储量，带称重功能的工作台需要可以不断下移，空出更多的存储空间，所以整个设备支架上安装了平台上下滑动光杆和上下移动平台，而带称重功能的工作台则安装在上下移动平台上，当上下移动平台上下移动时便可带动带称重功能的工作台上下移动，以方便以物换物设备可以存储更多的回收纸皮。

如图4 所示，以物换物智能设备纸皮收纳装置顶端安装了电机，电机旋转时会通过联轴器驱动轴转动，进而带动皮带轮及固定支座中的皮带轮转动，然后两个皮带同步传动，再由固定在上下移动平台上皮带夹紧装置带动上下移动平台上下滑动，另外，支架上安装上限位开关和下限位开关对上下移动平台进行了上下限位，保证上下移动平台在规定范围内滑动，但整套设备的收纳空间还是有限的，故需要工作人员定时过来拿走回收的纸皮，为后续纸皮的回收腾出空间。

需要强调的是支架上纸皮入口附件还安装了位置感应开关，用来感应柜内纸皮的收纳高度，当感应到纸皮较高时，便会将信号传给控制系统，进而控制上下移动平台向下移动，腾出更多收纳空间。

3 猫粮派发装置的设计

为了解决以物换物智能设备中以物（纸皮）换物（猫粮）时，猫粮如何派发的问题，本设备设计了一种以物换物智能设备猫粮派发装置[5]，如图5 所示，其由4 大部分组成，分别为：猫粮收纳箱、猫粮收纳盘、电磁铁猫粮流量控制装置、猫粮存储箱。

图5 猫粮派发装置设计图

其工作原理为：工作人员需实现将猫粮存储于猫粮存储箱，并定时添加，当控制系统将根据纸皮的质量算出的猫粮派发量向电磁铁猫粮流量控制装置发出信号后，电磁铁猫粮流量控制装置就会打开猫粮存储箱的出口，猫粮便会由猫粮存储箱出口流出，流入猫粮收纳箱内的猫粮收纳盘上，以供交换人取出猫粮。

需要强调的是，猫粮的数量是由电磁铁猫粮流量控制装置控制的，如图6 所示，电磁铁猫粮流量控制装置由电磁铁开关、猫粮存储箱出口门板、猫粮出口滑道3 个部分组成，电磁铁开关是由供电开关控制，当其通电后，电磁铁开关会产生强磁性，便会将由不锈钢制成的猫粮存储箱出口门板吸起来，从而封闭猫粮存储箱出口；反之，当其关电后，电磁铁开关会失去磁性，由不锈钢制成的猫粮存储箱出口门板在重力作用下便会落下，从而打开猫粮存储箱出口，猫粮便会由猫粮存储流出，经过猫粮出口滑道流入猫粮收纳箱内的猫粮收纳盘上，以供交换人取出猫粮。而猫粮流出的数量则由关电的时间长短来控制，而关电时间的长短则由回收的纸皮重量决定，即控制系统可以根据回收纸皮的重量算出需要派发的猫粮的数量，再根据猫粮流出的效率算出关电的时间。

图6 电磁铁猫粮流量控制装置设计图

4 结论

本文设计的以物换物智能设备，其结构主要包括纸皮收纳装置和猫粮派发装置，可以解决以物（纸皮）换物（猫粮）时，纸皮的自动收纳和猫粮的等量派发问题，实现节约资源，避免浪费的目的，同时可以减少随意丢弃纸皮的现象，更好地进行纸箱回收，真正实现纸皮的再次回收利用。需要强调的是该设备也可以根据需要将猫粮换成其他物品，比如狗粮、鱼粮等，实现其功能的多样性。