虚实同步的智能垃圾箱多状态三维呈现与异常反馈方法技术

本发明专利技术提出了一种虚实同步的智能垃圾箱多状态三维呈现与异常反馈方法。首先，给出翻板式垃圾箱的基本组成结构，然后通过基于深度学习的目标检测算法和翻板式机构实现垃圾的智能识别、分类与自动分拣这三个基础功能；然后，通过红外传感器、惯性传感器、温度传感器、角度传感器、视觉传感器、重量传感器实现垃圾箱不同类型信息的感知；然后，通过三维建模和物理引擎实现多状态三维呈现，并通过数据对比识别异常状态；然后，通过通信接口实现数据传递与控制信息反馈，完成垃圾清理提示、火情预警、倾倒预警、故障推送等功能，最终达到提高垃圾分类储存、回收的效率，并降低垃圾箱本身运维和管理成本的目的。维和管理成本的目的。维和管理成本的目的。

【技术实现步骤摘要】
虚实同步的智能垃圾箱多状态三维呈现与异常反馈方法


[0001]本专利技术涉及一种虚实同步的智能垃圾箱多状态三维呈现与异常反馈方法，属于数字化、智能化


技术介绍

[0002]垃圾分类是按照标准将垃圾进行分类储存、投放搬运、回收，最终转变为公共资源的一系列活动。目前，我国多地区建立了垃圾分类的联席会议制度，有效的垃圾分类对于完善常态化疫情防控具有重大意义。由于复杂的垃圾分类体系，导致目前垃圾分类的效果不明显，直到智能垃圾分类的出现。智能垃圾分类系统通过人工智能、物联网、人机交互等技术改善了这一问题，一定程度上降低了人力监管成本、提升了资源循环利用率。
[0003]现有的智能垃圾分类系统主要通过是通过图像识别实现垃圾类型的自动识别和智能分类，但是缺乏对垃圾箱状态的实时监控、异常状态分析和预警，以及有效的运维管理。例如，对于箱体内的垃圾是否溢出、垃圾桶是否倾倒等多类型数据的实时监测、真实状态呈现与异常状态预警的能力不足，导致垃圾清理不及时、垃圾箱着火危险、垃圾箱结构故障处理不及时、垃圾箱倾倒无人管理等问题，严重阻碍了垃圾分类工作的进展，特别是可能传播疫情的医疗废物的分类与清理，同时增加了垃圾分类回收和垃圾箱自身运维的成本。其根本原因是没有实现智能垃圾箱多类型信息状态的实时监测、分析、异常状态预警与反馈控制，垃圾箱的真实状态与现有虚拟监控系统中的模型和数据“不同步”。
[0004]数字孪生是实现真实世界与虚拟系统深度融合的有效解决方案，强调虚实同步与智能反馈控制，是解决上述问题的有效方法之一。数字孪生技术的共性特征是精准映射、虚实同步、智能反馈和优化迭代，而实现这些特征的基础是保证虚拟系统与对应物理空间中的实体在几何、功能和性能上状态的一致，即虚拟空间是物理空间的数字“镜像”。
[0005]为了实现智能垃圾箱更有效的管控，提高垃圾分类储存、回收与垃圾箱本身运维和管理的效率，基于数字孪生技术的理念，本专利技术提出了一种虚实同步的智能垃圾箱多状态三维呈现与异常反馈方法，其特点在于能够通过基于深度学习的目标检测算法和对应的机构实现垃圾智能识别、分类与自动分拣的基础功能；通过多种传感器实现垃圾箱不同类型信息的感知；通过三维建模、物理引擎驱动和多类型传感器采集的数据实现多状态三维呈现，并通过数据对比判断异常状态的出现；在此基础上，通过通信接口实现数据传递与异常状态的反馈，完成垃圾清理提示、火情预警、垃圾箱倾倒预警、翻板故障推送的状态异常反馈功能，最终实现虚拟空间与物理空间垃圾箱的虚实同步，能够提高垃圾分类储存、回收的效率，并且降低垃圾箱本身运维和管理的成本。

技术实现思路

[0006]针对上述
技术介绍
中存在的不足，本专利技术提出了一种虚实同步的智能垃圾箱多状态三维呈现与异常反馈方法，解决现有智能垃圾箱缺乏对于垃圾箱状态，特别是异常状态的实时监控和有效的清理和故障排除等运维管理的问题。本申请技术方案如下:
[0007]一种智能垃圾箱，所述垃圾箱包括箱体，箱体的前侧铰接有开合门，所述开合门与箱体通过锁扣固定，所述箱体的上表面开设有投放口，所述投放口的周边设置有开发板和wifi通讯模块、摄像头和红外传感器，所述箱体的内部设置有电机组和电源，所述电机组包括一个第一电机和两个第二电机，所述第一电机的输出轴上固定连接有第一转轴，所述第一转轴上套设有上翻板，所述第一转轴靠近第一电机的一端固定安装有第二惯性传感器，所述第二电机输出轴上均固定连接有第二转轴，所述第二转轴上套设有下翻板，所述第二转轴靠近第二电机的一端固定安装有第一惯性传感器，所述电机组与电机控制器电连接，上翻板的两侧各固定安装一个第一限位片，所述第一限位片与竖直方向呈45
°
夹角，两个第二电机之间固定安装有第二限位片，所述第二限位片与竖直方向平行，所述箱体的底部并排设置有四个分类箱，每个分类箱的底部均设置有重量传感器组，所述箱体的左侧壁固定安装有温度传感器、状态指示条和溢出相机模组，所述箱体的右侧壁固定安装有蜂鸣报警器和角度传感器。
[0008]一种虚实同步的智能垃圾箱多状态三维呈现与异常反馈方法，所述方法基于一种智能垃圾箱，所述方法包括如下步骤:
[0009]S1、构建三维呈现与分析预警模块，在虚拟空间中建立智能垃圾箱的三维模型，编写实时状态更新的驱动脚本程序，当状态数据传递过来时，进行状态更新；
[0010]S2、在指定地点放置垃圾箱本体，通过开发板和wifi通讯模块接入网络，建立与虚拟空间中三维模型的通讯；
[0011]S3、通过深度学习算法和垃圾箱本体的翻板式机械结构，进行垃圾的智能识别与自动分拣基本功能：
[0012]S4、通过角度传感器、温度传感器、第一惯性传感器、第二惯性传感器、重量传感器组对垃圾箱整体倾斜角度、箱体温度、翻板角度、垃圾填充状态进行采集；
[0013]S5、各传感器采集到相应的信号，经wifi模块传送至汇集节点，再经云端服务器将相应的信号数据加载至虚拟空间的三维显示系统，虚拟模型接收驱动信号后，进行实时更新；
[0014]S6、分析预警模块对当前状态数据进行分析，判断是否存在翻板故障、垃圾溢出分类箱、火情、垃圾箱倾倒异常状态；
[0015]S7、当温度达到一定限值、箱体本身倾角大于限值、轴系转动角度异常、或者垃圾重量超如限值时，分析预警模块会触发相应机制信号，经wifi通讯模块，发送至服务终端，系统对垃圾箱信息进行标定，给出相应的报警信号，并发送给相关管理人员。
[0016]进一步地，步骤S1具体为：
[0017]S1.1、使用Solidworks或Pro/Engineer等计算机辅助设计软件建立三维模型，经过3dMax软件加工处理之后，将渲染后的模型和场景要素导出为.FBX格式的文件；
[0018]S1.2、在Unity3D中导入预制好的.FBX文件，展现逼真的场景；
[0019]S1.3、在Unity 3D的物理引擎中用C#编程语言驱动脚本，通过控制指令实现在每一帧中被控制控制模型零部件的位置，结合信息虚实交互模块，能够不断读取传感器采集的多状态数据，实时更新模型状态，实现后续的虚实同步；
[0020]进一步地，步骤S3具体为：
[0021]S3.1、垃圾投入投放口，红外传感器探测感应物体发射的红外光，若有垃圾经过投
放口，自动反馈信号，通过开发板通知摄像头开启；
[0022]S3.2、摄像头拍照采集图像，通过开发板中基于深度学习的目标检测算法判定投入垃圾所属类型；
[0023]S3.3、垃圾类别判定后，系统会自动更新图像数据，并启动电机控制器，驱动第二电机带动下翻板工作转至所需角度，与第二限位片形成待输送通道；
[0024]S3.4、待S3.3完成后，第一电机开始工作，驱动上翻板旋转指定角度，垃圾经通道自由滑入指定分类箱；
[0025]S3.5、待S3.4完成后，电机控制器再次发送复位指令，上翻板和下翻板复位；
[0026]S3.6、上述步骤完成后，设备待机，等待下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能垃圾箱，其特征在于，所述垃圾箱包括箱体，箱体的前侧铰接有开合门(2)，所述开合门(2)与箱体通过锁扣(1)固定，所述箱体的上表面开设有投放口，所述投放口的周边设置有开发板和wifi通讯模块(11)、摄像头(12)和红外传感器(13)，所述箱体的内部设置有电机组(14)和电源(10)，所述电机组(14)包括一个第一电机和两个第二电机，所述第一电机的输出轴上固定连接有第一转轴，所述第一转轴上套设有上翻板(9)，所述第一转轴靠近第一电机的一端固定安装有第二惯性传感器(15)，所述第二电机输出轴上均固定连接有第二转轴，所述第二转轴上套设有下翻板(4)，所述第二转轴靠近第二电机的一端固定安装有第一惯性传感器(5)，所述电机组(14)与电机控制器(6)电连接，上翻板(9)的两侧各固定安装一个第一限位片(16)，所述第一限位片(16)与竖直方向呈45
°
夹角，两个第二电机之间固定安装有第二限位片(20)，所述第二限位片(20)与竖直方向平行，所述箱体的底部并排设置有四个分类箱(3)，每个分类箱(3)的底部均设置有重量传感器组(21)，所述箱体的左侧壁固定安装有温度传感器(17)、状态指示条(18)和溢出相机模组(19)，所述箱体的右侧壁固定安装有蜂鸣报警器(7)和角度传感器(8)。2.一种虚实同步的智能垃圾箱多状态三维呈现与异常反馈方法，所述方法基于权利要求1所述的一种智能垃圾箱，其特征在于，所述方法包括如下步骤:S1、构建三维呈现与分析预警模块，在虚拟空间中建立智能垃圾箱的三维模型，编写实时状态更新的驱动脚本程序，当状态数据传递过来时，进行状态更新；S2、在指定地点放置垃圾箱本体，通过开发板和wifi通讯模块(11)接入网络，建立与虚拟空间中三维模型的通讯；S3、通过深度学习算法和垃圾箱本体的翻板式机械结构，进行垃圾的智能识别与自动分拣基本功能：S4、通过角度传感器(8)、温度传感器(17)、第一惯性传感器(5)、第二惯性传感器(15)、重量传感器组(21)对垃圾箱整体倾斜角度、箱体温度、翻板角度、垃圾填充状态进行采集；S5、各传感器采集到相应的信号，经wifi模块传送至汇集节点，再经云端服务器将相应的信号数据加载至虚拟空间的三维显示系统，虚拟模型接收驱动信号后，进行实时更新；S6、分析预警模块对当前状态数据进行分析，判断是否存在翻板故障、垃圾溢出分类箱、火情、垃圾箱倾倒异常状态；S7、当温度达到一定限值、箱体本身倾角大于限值、轴系转动角度异常...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昊琪，王军令，单辰星，李浩，刘根，吕林东，杜鸿钰，文笑雨，张玉彦，孙春亚，
申请(专利权)人：南京田十八科技有限公司，
类型：发明
国别省市：