Аппаратно-программный комплекс по автоматическому приему макулатуры

Изобретение относится к оборудованию по раздельному сбору твердых бытовых отходов, системам автоматизированного анализа твёрдых бытовых отходов (ТБО), вендинговым автоматам и предназначено, преимущественно, для сбора макулатуры.

Известна автоматическая урна на базе искусственного интеллекта (ИИ) от Cambridge Consultants (https://www.engadget.com/2017/08/24/ai-recycle-bins-could-know-what-you-re-throwing-away/). Урна предназначена для помощи пользователю в определении класса мелких отходов (стаканы, бутылки и т.д.). В основе работы урны – машинное зрение и искусственный интеллект. Также возможно имеются весы под площадкой, и датчики инфракрасной спектроскопии для определения класса материала отходов. Данная система не может сканировать макулатуру, особенно упакованную в пачки. Максимум определять штрихкоды, и идентифицировать упаковку по ним.

Известны промышленные линии оптико-механической сортировки отходов (https://www.waste.ru/modules/section/item.php?itemid=260 или http://www.ecorosstroy.ru/Autosort/). Принцип работы заключается в следующем: по ленте сортировочной линии подается мусор, который проходит через модуль оптического анализа (с подсветкой в различных спектрах света), далее выполняется автоматическая сепарация. Данная технология не применима в бытовом сборе ТБО, в частности из-за невозможности повсеместного массового внедрения установок по технико-экономическим показателям.

Известен фандомат – аппарат по приему пластиковых и металлических бутылок и банок (http://fundomat.ru/fundomat или https://www.youtube.com/watch?time_continue=31&v=UVTBl1ENNiI). При помещении банки/бутылки в фандомат, ролики переворачивают ее, пока сканером не будет обнаружен штрихкод. По коду определяется тип тары, после чего она спрессовывается и убирается в контейнер. В приеме макулатуры данная концепция малоприменима, поскольку большая часть макулатуры не промаркирована штрихкодами.

Известна интеллектуальная система сбора макулатуры (CN109272636 A), включающая интеллектуальную установку (устройство) для сбора макулатуры, удаленный сервер, пользовательский терминал, связь между удаленным сервером и интеллектуальной установкой сбора макулатуры, подключенную к удаленному серверу базу данных, базу данных для хранения данных пользователей; пользовательский терминал представляет собой смартфон, пользователь осуществляет работу через приложение, загруженное на смартфон.

Известное устройство сбора макулатуры состоит из каркаса, контейнера в виде прямоугольного параллелепипеда на роликах. На передней стенке контейнера устанавливаются кнопки и экран, в передней стенке также есть отверстие для бумаги, находящееся под кнопками и экраном, дверца крепится к передней части каркаса на шарнирах, над отверстием для бумаги устанавливается устройство отклика на присутствие человека, над экраном устанавливается видеокамера. Внутри каркаса устанавливаются вращательные установки, электродвигатели, вращающаяся дверца, устройство подачи бумаги и контроллер, провода, соединяющие кнопки с контроллером, вращательные установки, электродвигатели и вращающаяся дверца закрепляются на крепежной панели отдельно, на крепежной панели есть такое же по форме отверстие, как отверстие для бумаги, крепежная панель прикрепляется к передней стенке, два электродвигателя устанавливаются с двух сторон от отверстия для бумаги, вращательные установки сцепляются с электродвигателями, вращающиеся дверцы устанавливаются позади и сбоку от отверстия для бумаги и соединяются с отверстием для бумаги и вращательными установками, под устройством подачи бумаги есть контейнер для сбора, на дне контейнера находятся электронные весы, контроллер подключен к весам, экрану, кнопкам, электродвигателям и устройству подачи бумаги проводами, в устройство подачи бумаги встроен датчик влажности, датчик подключен к контроллеру проводами, над контейнером находится компрессорная установка, установка подключена к контроллеру проводами. Контроллер состоит из микропроцессора, модуля подсчета стоимости, модуля сканера QR-кода пользователя, модуля взвешивания, модуля расчета влажности, модуля беспроводной связи, модуля сигнала тревоги, модуля распознавания лиц, микропроцессор соединен сигнальными проводами с модулем подсчета стоимости, модулем сканера QR-кода пользователя, модулем взвешивания, модулем расчета влажности, модулем беспроводной связи, модулем сигнала тревоги, модулем распознавания лиц и устройством отклика на присутствие человека, модуль распознавания лиц подключен к видеокамере.

Известны также сходные с предыдущим техническим решением способ и устройство (аппаратно-программный комплекс) для переработки (утилизации) макулатуры и информационная система (CN109670607A). В способ утилизации макулатуры входят следующие этапы: получение идентификационной информации о контейнере для сбора макулатуры; передача данной информации и запроса на открытие контейнера на сервер; получение от сервера запроса на оплату внесённой макулатуры после открытия контейнера; и, наконец, зачисление оплаты после ввода соответствующей команды.

Контейнер для переработки макулатуры, включает в себя: корпус контейнера с отсеком для приема макулатуры, с отсеком для хранения макулатуры, модуль взвешивания и модуль управления. Отсек для приема макулатуры снабжен приемочным отверстием и модулем загрузки, а также механизмом переключения для открытия или закрытия (блокировки) приемочного отверстия или модуля загрузки. Модуль взвешивания расположен в нижней внутренней части корпуса контейнера. Модуль управления расположен внутри корпуса контейнера и соединен с механизмом переключения, причем модуль управления выполнен с возможностью выполнения следующих операций:

- открытие приемочного отверстия по команде с удалённого сервера;

- получение и обработка информации о весе макулатуры, полученной от модуля взвешивания;

- отправка информации о весе макулатуры на сервер.

Последние два указанных технических решения обладают следующими недостатками и ограничениями.

- В обоих случаях устройства предназначены для установки в офисах, исключающих этап накопления на рабочем месте большого количества макулатуры, поэтому приемное окно устройств спроектировано для единовременной загрузки небольшого количества листов бумаги (визуально не более 50-100 листов бумаги), кроме того, приемное окно не подходит для приёма гофрокартона.

- Отсутствует тщательный контроль загружаемых в контейнеры отходов, макулатуры (используются только весовые показатели, с уточнением по влажности, многократное взвешивание). Как максимум, опционально может устанавливаться внешняя камера видеонаблюдения, в целях контроля пользователя.

- Для защиты от мошенничества требуется обязательная предварительная идентификация пользователя через мессенджер WeChat.

Устройство, раскрытое в патентной заявке CN109670607A, выбрано в качестве прототипа.

Задачей изобретения является организация автоматизированного приема макулатуры (ТБО) у населения, с функциями анализа соответствия ее веса и состава. Включая идентификацию наличия посторонних предметов, таких как камни, лёд и т.д., а также выявление фактов повышения влажности макулатуры, с целью увеличения ее веса.

Указанная задача решается аппаратно-программным комплексом по автоматическому приему макулатуры, представляющим собой контейнер, включающий отсек для приема макулатуры, снабжённый приемочным отверстием, модулем загрузки и механизмом переключения для открытия, или закрытия, или блокировки приемочного отверстия или модуля загрузки, отсек для хранения макулатуры, модуль взвешивания и модуль управления, выполненный с возможностью связи с удалённым сервером, по меньшей мере, для получении команд от сервера на открытие приёмочного отверстия и для передачи на сервер информации о загруженной макулатуре, в котором, согласно предложению, отсек для приема макулатуры выполнен с возможностью приёма пачек макулатуры, в том числе с неоднородным по весу и форме содержанием, снабжён, по меньшей мере, одной фото- или видеокамерой, установленной с возможностью съёмки торца загруженной пачки или пачек макулатуры, а модуль управления выполнен с дополнительной возможностью приёма сигнала от одной, по меньшей мере, фото- или видеокамеры, установленной в отсеке для приема макулатуры и возможностью передачи информации на удалённый сервер для последующей обработки фото- или видеоматериала с целью идентификации содержимого и выявления инородных включений в пачке или пачках макулатуры.

Модуль загрузки может представлять собой механизм барабанного типа – в виде горизонтально размещённого сектора цилиндра с продольной осью вращения, или в виде прямоугольного параллелепипеда с механизмом опрокидывания. Оба варианта могут быть в ручном исполнении и с электрическим, пневматическим и др. приводом.

Усовершенствование аппаратно-программного комплекса может заключаться в оснащении отсека для приема макулатуры, по меньшей мере, одним дальномером.

Аппаратно-программный комплекс может быть снабжён модулем выдачи наличных денег по команде модуля управления или с удалённого сервера.

Аппаратно-программный комплекс может быть снабжён механизмом выброса некондиционных пачек макулатуры.

Целесообразно оснащать аппаратно-программный комплекс внешним кондуктором для формирования пачки нужного размера (для загрузки в аппарат) и её перевязки.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан примерный внешний вид аппаратно-программного комплекса вместимостью 400 кг.

На фиг. 2 схематично показано внутреннее устройство аппаратно-программного комплекса вместимостью 400 кг.

На фиг. 3 показана взрыв-схема аппаратно-программного комплекса вместимостью 400 кг.

На фиг. 4 показан примерный внешний вид аппаратно-программного комплекса вместимостью 1000 кг.

На фиг. 5 схематично показано внутреннее устройство аппаратно-программного комплекса вместимостью 1000 кг.

На фиг. 6 показана взрыв-схема аппаратно-программного комплекса вместимостью 1000 кг.

На фиг. 7 продемонстрированы возможности организации работы аппаратно-программного комплекса в контакте с удалённым сервером и конкретным пользовательским устройством.

На фиг. 8 приведена упрощенная блок-схема работы аппаратно-программного комплекса.

Аппаратно-программный комплекс по автоматическому приему макулатуры, представляет собой контейнер 1, состоящий из каркаса (рамы) 2, основания 3, наружной обшивки 4, лицевой панели 5, дверок 6 для доступа внутрь контейнера. В контейнере 1 размещён отсек 7 для приема макулатуры, снабжённый приемочным отверстием 8, модулем загрузки 9 и механизмом переключения (не показан) для открытия, или закрытия, или блокировки приемочного отверстия 8 или модуля загрузки 9. Модуль загрузки 9 снабжён модулем взвешивания 10 (в обоих представленных вариантах данный модуль установлен в нижней части модуля загрузки 9). Модуль управления (не показан) может размещаться на лицевой панели 5 вблизи дисплея 11. Модуль загрузки 9 может представлять собой механизм барабанного типа (фиг. 2, 3) в виде горизонтально размещённого сектора цилиндра с продольной осью вращения, или ящик (прямоугольный параллелепипед) с механизмом опрокидывания (фиг. 5, 6). Механизм опрокидывания может включать, например, пневматический привод 12. На одной из боковых сторон контейнера 1 закреплен кондуктор 13. На лицевой панели 5 установлен также модуль выдачи наличных денег 14. Внутри отсека 7 для приема макулатуры установлены фото- или видеокамеры и ультразвуковые дальномеры (не показаны).

Модуль управления аппаратно-программного комплекса находится в контакте с удалённым сервером 15 и конкретным пользовательским устройством 16, принадлежащим конкретному лицу, сдающему макулатуру.

В зависимости от вместимости и наличия опционального (предпочтительного, но не обязательного) работа аппаратно-программного комплекса может отличаться некоторыми нюансами.

Порядок работы аппаратно-программного комплекса вместимостью 400 кг заключается в следующем:

- Пользователь открывает доступ к барабанному модулю загрузки 9 через приёмочное отверстие 8, вручную или кнопкой управления на панели 5 под дисплеем 11.

- Пользователь помещает пачку макулатуры в середину модуля загрузки 9. Для удобства формирования пачки, с боку расположен кондуктор 13. Кондуктор 13 позволяет сформировать пачку нужного размера для размещения в модуле загрузки 9 и удобно перевязать ее.

- Модуль 10 автоматически взвешивает пачку, а ультразвуковые дальномеры определяют объем содержимого. Модуль управления анализирует данные. Если вес и объем удовлетворяет допустимым параметрам, камеры с боков фотографируют пачку, и модуль управления вместе с метаданными передает данные на сервер 15. На сервере 15 производится анализ изображений, весовых показателей, показателей объёма с целью выявления посторонних предметов (инородных включений), сравнения расчётного веса пачки макулатуры с показанием модуля 10 (оптическим анализом пачка раскладывается на слои с выделением различных типов макулатуры, имеющих разную плотность и вес, например: картон, газетная бумага, офисная бумага; для каждого слоя высчитывается объем, умножается на эталонный вес, после чего веса слоев складываются, и умножаются на поправочный коэффициент, после этого происходит сверка веса полученного из автомата, с расчётным весом пачки; такой подход позволяет с высокой точностью определить скрытые утяжелители или, например, высокую влажность макулатуры).

- Если от сервера 15 приходит отказ, то на дисплее 11 высвечиваются предложение удалить пачку из контейнера и причина отказа. Если пользователь не забрал пачку, то барабан модуля загрузки 9 наклоняется до первого блокиратора, задняя стенка отпирается, и пачка под собственным весом выбрасывается в контейнер, расположенный, например, за задней стенкой аппарата. Если пачка принята, то барабан модуля загрузки 9 проворачивается в крайнее верхнее положение (закрытая крышка приемного окна), и пачка под собственным весом падает в отсек 7 для приёма макулатуры.

- Когда пользователь поместит в контейнер 1 всю макулатуру (несколько пачек), он может получить денежное вознаграждение или наличными монетами, через модуль 14, или, по команде с сервера 15, на счёт, привязанный к пользовательскому устройству 16, предварительно отсканировав этим устройством QR-код на дисплее 11 (требуется специальное приложение).

- Наполненность отсека 7 проверяется как логически (суммируются помещенные пачки), так и через ультразвуковой дальномер.

- Извлечение макулатуры и пополнение монет производится, путем открывания передней стенки (лицевой панели 5).

Порядок работы аппаратно-программного комплекса вместимостью 1000 кг заключается в следующем:

- Пользователь открывает доступ к модулю загрузки 9 через приёмочное отверстие 8, вручную или кнопкой управления на панели 5 под дисплеем 11.

- Пользователь помещает пачку макулатуры в середину модуля загрузки 9. Для удобства формирования пачки, с боку расположен кондуктор 13. Кондуктор 13 позволяет сформировать пачку нужного размера для размещения в модуле загрузки 9 и удобно перевязать ее.

- Модуль 10 автоматически взвешивает пачку, а ультразвуковые дальномеры определяют объем содержимого. Модуль управления анализирует данные. Если вес и объем удовлетворяет допустимым параметрам, камеры с боков фотографируют пачку, и модуль управления вместе с метаданными передает данные на сервер 15. Если от сервера 15 приходит отказ, то на дисплее 11 высвечиваются предложение удалить пачку из контейнера и причина отказа. Пачка удаляется вручную пользователем.

- Если пачка принята, то приёмочное отверстие 8 закрывается, модуль загрузки 9 поднимается посредством пневматического привода 12 по направляющем на высоту 500 мм, где происходит его опрокидывание самосвальным принципом. Пачка макулатуры под собственным весом падает в отсек 7.

- Когда пользователь поместит в контейнер 1 всю макулатуру (несколько пачек), он может получить денежное вознаграждение или наличными монетами, через модуль 14, или, по команде с сервера 15, на счёт, привязанный к пользовательскому устройству 16, предварительно отсканировав этим устройством QR-код на дисплее 11 (требуется специальное приложение).

- Наполненность отсека 7 проверяется как логически (суммируются помещенные пачки), так и через ультразвуковой дальномер; в этом случае от сервера поступает сигнал на блокировку приёмочного отверстия 8 и сигнал обслуживающему персоналу на выгрузку отсека 7.

- Извлечение макулатуры и пополнение монет производится, путем открывания передней стенки (лицевой панели 5) или через дверки 6.

На основе аппаратно-программного комплекса может быть реализована широкая сеть по сбору макулатуры. Такая сеть может включать большое число рассредоточенных контейнеров, связанных через единый сервер 15.

Следует указать, что разработанный аппаратно-программный комплекс легко может быть адаптирован (в первую очередь за счёт программного обеспечения) для приёма иных, помимо макулатуры, твёрдых бытовых отходов, доступных для пакетирования самим пользователем.