Аппаратно-программный комплекс по приему полиэтиленовых бутылок и алюминиевых банок
Изобретение относится к оборудованию по раздельному сбору твердых бытовых отходов, системам автоматизированного анализа твёрдых бытовых отходов (ТБО), вендинговым автоматам и предназначено, преимущественно, для сбора полиэтиленовых бутылок и алюминиевых банок. Сущность изобретения: аппаратно-программный комплекс по приему полиэтиленовых бутылок и алюминиевых банок содержит по меньшей мере один корпус, в котором размещены отсек распознавания тары, содержащий как минимум одну видеокамеру, микроконтроллер, выполненный с возможностью обработки первичных данных для распознавания тары и выдачи команд исполнительным механизмам на приём тары и выплату вознаграждения или отказ в указанных операциях, отсек хранения тары и средство выдачи вознаграждения, при этом на корпусе установлен ручной компактор, а микроконтроллер выполнен с возможностью распознавания спрессованной тары, движущейся по лотку, или выполнен с возможностью связи с удалённым сервером, по меньшей мере, для передачи на сервер информации, позволяющей распознать тару, и получения команд от сервера на приём тары, или выплату вознаграждения, или на отказ в указанных операциях. Микроконтроллер может быть выполнен с возможностью связи с удалённым сервером, содержащим базы данных и программный код обученной нейронной сети, ответственной за анализ изображений и метаданных, полученных от микроконтроллера. Аппаратно-программный комплекс может содержать средство идентификации пользователя, позволяющее осуществлять безналичную оплату за принятую тару через удалённый сервер. В качестве отсека хранения тары выбран по меньшей мере один биг-бэг. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к оборудованию по раздельному сбору твердых бытовых отходов, системам автоматизированного анализа твёрдых бытовых отходов (ТБО), вендинговым автоматам и предназначено, преимущественно, для сбора полиэтиленовых бутылок и алюминиевых банок.
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 штрих-коды, и идентифицировать упаковку по ним.
Известен фандомат – аппарат по приему пластиковых и металлических бутылок и банок (см., например: 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 штрих-код. По коду определяется тип тары, после чего она спрессовывается и убирается в контейнер. Такое решение не учитывает большого количества тары, не промаркированной штрих-кодами или тары, штрих-код на которой повреждён (поцарапан или, например, бумажная этикетка с кодом оторвана).
Известны аппараты для приёма использованной тары, работа которых включает, по меньшей мере, следующие этапы: приём тары, анализ тары, предварительная обработка (смятие или измельчение посредством различного вида компакторов), сбор в специальном контейнере (отсеке), выдача (начисление) вознаграждения (см., например: US4285426A, US5469783A). Такие аппараты полностью автоматизированы, но, как правило, энергозатратны и громоздки.
Известна устройство для приема вторсырья (RU183256U1), содержащее окно приема, подвижную заслонку с приводом, датчик веса вторсырья, характеризующееся тем, что окно приема дополнительно снабжено сканером штрих-кода, датчик веса вторсырья выполнен в виде тензометрического датчика, установленного на подвижной заслонке, устройство для приема вторсырья дополнительно снабжено устройством сортировки, выполненным в виде емкостей и подвижной направляющей, снабженной приводом, причем каждая емкость установлена на консольном элементе, снабженном тензометрическим датчиком веса, кроме того, устройство для приема вторсырья снабжено принтером и ЭВМ, причем ЭВМ связано со сканером, датчиками веса, приводами и принтером. Отсутствие устройства смятия тары (компактора) в данном случае приводит к быстрому заполнению ёмкостей для приёма тары.
Известен автомат для приема использованной бутылочной тары (RU2639065C2), содержащий корпус в виде прямоугольного контейнера с дверцей, приемное устройство с впускным отверстием для ввода и вывода тары, устройство распознавания, средство накопления тары, средство выдачи вознаграждения, при этом приемное устройство выполнено в виде воронки с устройством распознавания на конце, содержащим подвижные элементы, обеспечивающие анализ размеров венчика горловины бутылочной тары и взаимодействующие с последовательно соединенными контактами, находящихся в электрической цепи питания электромагнита, якорь которого связан с элементом захвата горловины, причем приемное устройство размещено на подвижной каретке, перемещаемой вдоль направляющей рейки посредством винтовой пары, приводимой в движение электромотором, а изменение направления вращения электромотора осуществляется посредством концевых переключателей. Данное техническое решение предназначено практически для приёма бутылок, в частности, полиэтиленовых (ПЭТ) бутылок.
В качестве прототипа выбран автомат по приёму тары (RU188755U1), содержащий корпус, отсек распознавания тары с размещенными в нем устройством, собирающим информацию о распознаваемом предмете, и устройством распознавания тары микроконтроллером, отсек хранения тары и средство выдачи вознаграждения, отличающийся тем, что в качестве устройства, собирающего информацию о распознаваемом предмете, он содержит как минимум одну видеокамеру, а микроконтроллер содержит в памяти алгоритм нейронной сети, позволяющей распознавать тару. Распознавание тары производится по характерному внешнему виду тары. При этом отсутствует компактор, что также приводит к быстрому заполнению ёмкости для приёма тары.
Задачей изобретения является организация приема полиэтиленовых бутылок и алюминиевых банок у населения, с оптимизацией по нескольким параметрам, в том числе по вместимости, по энергоёмкости, по габаритам.
Указанная задача решается аппаратно-программным комплексом по приему полиэтиленовых бутылок и алюминиевых банок, содержащим по меньшей мере один корпус, в котором размещены: отсек распознавания тары, содержащий как минимум одну видеокамеру, микроконтроллер, выполненный с возможностью обработки первичных данных для распознавания тары и выдачи команд исполнительным механизмам на приём тары и выплату вознаграждения или отказ в указанных операциях, отсек хранения тары и средство выдачи вознаграждения, в котором, согласно предложению, на корпусе установлен ручной компактор, а микроконтроллер выполнен с возможностью распознавания спрессованной тары, движущейся по лотку, или выполнен с возможностью связи с удалённым сервером, по меньшей мере, для передачи на сервер информации, позволяющей распознать тару, и получения команд от сервера на приём тары или выплату вознаграждения или на отказ в указанных операциях.
Связь микроконтроллера с удалённым сервером, а также наличие нескольких корпусов (то есть нескольких аппаратов по приёму тары, размещённых удалённо друг от друга) делает целесообразным размещение баз данных и программного кода обученной нейронной сети, ответственной за анализ изображений и метаданных, полученных от микроконтроллера, непосредственно на удалённом сервере.
Наличие удалённого сервера позволяет реализовать безналичную оплату за сданную тару, для чего в каждом корпусе необходимо установить средство идентификации пользователя, позволяющее осуществлять безналичную оплату за принятую тару через удалённый сервер. Таким средством может являться, например, смартфон, привязанный к банковскому счёту пользователя.
С точки зрения оптимизации (ускорения) операций по выгрузке собранной тары целесообразно использовать в качестве отсеков хранения биг-бэги – эластичная упаковка из полипропиленовой ткани, имеет стропы и петли, а иногда – спусковой клапан для удобства и экономии при разгрузке (см., например: https://meshok-nn.ru/chto-takoe-big-begi или https://oplenke.ru/chto-takoe-big-beg-vidy-i-razmery/).
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан примерный внешний вид аппаратно-программного комплекса (корпус с одним приёмным окном).
На фиг. 2 показана взрыв-схема аппаратно-программного комплекса с одним биг-бэгом.
На фиг. 3 показана взрыв-схема аппаратно-программного комплекса с двумя биг-бэгами.
На фиг. 4 показан отсек распознавания тары
На фиг. 5 приведена упрощенная блок-схема работы аппаратно-программного комплекса.
Аппаратно-программный комплекс по приему полиэтиленовых бутылок и алюминиевых банок содержит корпус 1, состоящий из закреплённых на каркасе 2 передней панели 3 (может быть выполнена в виде запирающейся дверцы для доступа к элементам аппаратно-программного комплекса), боковых панелей 4, задней панели 5 и крышки 6. В корпусе размещены: отсек 7 распознавания тары (горка с замедлителем), видеокамера 8 (возможна также установка других датчиков, например ультразвуковой дальномер 9), микроконтроллер 10 (модуль управления), который может быть установлен в одном корпусе с устройством выдачи наличных денег на передней панели 3, печати чеков и т.п. В корпусе также установлен один биг-бэг 11 (фиг. 3) или два биг-бэга 11 (фиг. 4). Во втором случае передняя панель состоит из двух, функционально самостоятельных, частей 12 и 13. При этом в варианте с одним биг-бэгом 11 на передней панели 3 выполняется одно приёмное окно 14 (фиг. 3), совмещённое с отсеком 7 (может быть целесообразно, при низкой наполняемости), а в варианте с двумя биг-бэгами 11 – два приёмных окна 15 и 16 для раздельного приёма полиэтиленовых бутылок и алюминиевых банок. Каждый биг-бэг 11 закреплён на салазках 17 с ручкой, которые, в свою очередь, установлены на направляющих 18. На передней панели также установлен дисплей 19, который может отображать ход операций, выполняемых аппаратно-программным комплексом, а также выполнять функцию средства идентификации. На внешней стороне передней панели 2 (фиг. 3) или на внешней стороне одной из частей 12 или 13 (фиг. 4) установлен ручной компактор 20. Компактор может представлять собой устройство, раскрытое, например, в патенте FR2804631A1 (следует отметить, что наличие компактора позволяет уменьшить размеры приёмочного окна 14 или приёмных окон 15 и 16, с целью, например, повысить противовандальные характеристики корпуса 1). Микроконтроллер 10 аппаратно-программного комплекса находится в контакте с удалённым сервером 21 и конкретным пользовательским устройством 22, принадлежащим конкретному лицу, сдающему тару. Наличие ручного компактора 20 позволяет избежать энергоёмких процессов внутри корпуса, а значит появляется возможность использования автономных источников питания, например солнечных батарей 23 (опционально).
Порядок работы аппаратно-программного комплекса по приему полиэтиленовых бутылок и алюминиевых банок заключается в следующем:
- Пользователь помещает тару в компактор 20 и воздействием на ручку компактора сминает полиэтиленовую бутылку или банку (происходит уменьшение объёма тары до 80%).
- Пользователь через приёмное окно 14 или одно из приёмных окон 15 или 16 помещает смятую тару в отсек 7.
- В отсеке 7 происходит сбор данных о смятой таре (с видеокамеры 8, дальномера 9 и т.п.) и передача данных в микроконтроллер 10.
- Непосредственно в микроконтроллере 10 или на сервере 21 происходит обработка данных и формируется решение о приёме тары или отказе в приёме (нейросеть определяет полиэтиленовую бутылку по наличию горлышка, крышки или дна, затем сравнивается размер спрессованной тары с эталонными габаритами горки, в результате чего вычисляется к какому типу ПЭТ тары относится или не относится объект на фотографии. Прессованная алюминиевая банка определяется аналогичным образом. За основу берется дно и крышка банки).
- Если от сервера 21 приходит отказ, то на дисплее 19 высвечивается соответствующая информация. В данном случае может быть реализована схема, при которой пользователю будет предложено самому извлечь непринятую тару, или может быть реализован механизм выброса непринятой тары или помещения ей в специальный отсек с последующей утилизацией по общему принципу (вознаграждение не начисляется).
- Когда пользователь поместит в отсек 7 всю имеющуюся тару, он может получить денежное вознаграждение или наличными монетами, или, по команде с сервера 21, на счёт, привязанный к пользовательскому устройству 22, предварительно отсканировав этим устройством QR-код на дисплее 19 (требуется специальное приложение).
- Наполненность биг-бэгов 11 может осуществляться через ультразвуковой дальномер 9. В случае необходимости заполненные биг-бэги 11 удаляются, и на их место устанавливаются новые.
- Выемка тары производится следующим образом: оператор открывает переднюю панель 3 или по отдельности части 12 и 13, используя салазки 17 с ручкой выдвигает вперед биг-бэг 11, снимает его с подвесов и грузит в автомобиль. Затем помещает пустой биг-бэг 11 на специальные крюки, задвигает внутрь корпуса 1, при необходимости пополняет устройство выдачи монет, и закрывает панель 3 или по отдельности части 12 и 13.
На основе аппаратно-программного комплекса может быть реализована широкая сеть по сбору полиэтиленовых бутылок и алюминиевых банок. Такая сеть может включать большое число рассредоточенных аппаратов (корпусов 1), связанных через единый сервер 21.
1. Аппаратно-программный комплекс по приему полиэтиленовых бутылок и алюминиевых банок, содержащий по меньшей мере один корпус, в котором размещены отсек распознавания тары, содержащий как минимум одну видеокамеру, микроконтроллер, выполненный с возможностью обработки первичных данных для распознавания тары и выдачи команд исполнительным механизмам на приём тары и выплату вознаграждения или отказ в указанных операциях, отсек хранения тары и средство выдачи вознаграждения, отличающийся тем, что на корпусе установлен ручной компактор, а микроконтроллер выполнен с возможностью распознавания спрессованной тары, движущейся по лотку, или выполнен с возможностью связи с удалённым сервером, по меньшей мере, для передачи на сервер информации, позволяющей распознать тару, и получения команд от сервера на приём тары, или выплату вознаграждения, или на отказ в указанных операциях.
2. Аппаратно-программный комплекс по п. 1, отличающийся тем, что микроконтроллер выполнен с возможностью связи с удалённым сервером, содержащим базы данных и программный код обученной нейронной сети, ответственной за анализ изображений и метаданных, полученных от микроконтроллера.
3. Аппаратно-программный комплекс по п. 1 или 2, отличающийся тем, что содержит средство идентификации пользователя, позволяющее осуществлять безналичную оплату за принятую тару через удалённый сервер.
4. Аппаратно-программный комплекс по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что отсек хранения тары выполнен в виде по меньшей мере одного биг-бэга.
