CN113335789A - 一体化智能分类回收垃圾箱和一种垃圾分类回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一体化智能分类回收垃圾箱,包括箱体、转运装置、驱动装置、垃圾识别装置和控制器;箱体设有垃圾投放口;转运装置位于垃圾投放口下方,转动连接于箱体,设有可打开或关闭的垃圾通道;驱动装置连接于转运装置,用于驱动转运装置转动;转运装置下方设有至少两个分类垃圾桶;垃圾识别装置设于转运装置一侧,用于识别垃圾种类并发送垃圾种类信息到控制器;控制器分别与驱动装置和垃圾识别装置连接,用于根据垃圾种类信息控制驱动装置动作,以使转运装置转动至与垃圾种类信息相应的分类垃圾桶上方,并使垃圾通道连通所述分类垃圾桶。用户无需先行判断垃圾种类,可以实现快速垃圾分类投放,使用方便。本发明还涉及一种垃圾分类回收方法。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾分类技术领域,特别是涉及一体化智能分类回收垃圾箱和一种垃圾分类回收方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高,生活垃圾也越来越多,如何正确有效地将其分类并处理成为了城市治理的难题。
垃圾分类处理,即按一定标准将垃圾进行分类,然后将其投放到指定的分类垃圾桶,从而转变成公共资源,可以提高垃圾的资源价值和经济价值,减少垃圾处理量和处理设备的使用,降低处理成本,减少土地资源的消耗,具有社会、经济、生态等多方面的效益。
现有技术的垃圾回收箱存在以下技术问题:
用户必须自己判断准备投放的垃圾种类,并将垃圾扔进相应的分类垃圾桶内。然而,很多用户由于不熟悉垃圾如何分类,导致想要扔垃圾时不知该扔进哪个分类垃圾桶,常常需要浪费宝贵的时间来现场学习,不能随意将垃圾扔进垃圾桶中,使用不方便。
在智能时代,针对以上存在的技术问题,将垃圾分类与智能化产品结合起来,让产品不仅能使垃圾分类的政策落到实处,还能方便人们的生活,培养人们的环保意识,是环保再生产品前进的重要方向。为了更好进行垃圾分类处理,人们迫切需要研发一种一体化智能分类回收垃圾箱。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题,本发明的目的之一是:提供一体化智能分类回收垃圾箱,用户无需先行判断垃圾种类,可以实现快速垃圾分类投放,使用方便,节省了用户的宝贵时间,用户体验好。
针对现有技术中存在的技术问题,本发明的目的之二是:提供一种垃圾分类回收方法,通过该方法投放垃圾时用户无需判断垃圾种类,能够自动进行分类处理,使用方便,节省了用户的宝贵时间,用户体验好。
为了达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
一体化智能分类回收垃圾箱,包括箱体、转运装置、驱动装置、垃圾识别装置和控制器;
箱体设有垃圾投放口;
转运装置位于垃圾投放口下方,转动连接于箱体,设有可打开或关闭的垃圾通道;
驱动装置连接于转运装置,用于驱动转运装置转动;
转运装置下方设有至少两个分类垃圾桶;
垃圾识别装置设于转运装置一侧,用于识别垃圾种类并发送垃圾种类信息到控制器;
控制器分别与驱动装置和垃圾识别装置连接,用于根据垃圾种类信息控制驱动装置动作,以使转运装置转动至与垃圾种类信息相应的分类垃圾桶上方,并使垃圾通道连通所述分类垃圾桶。
进一步,垃圾识别装置为图像采集识别装置,图像采集识别装置外设有半封闭空间,转运装置一侧设有感应装置,感应装置用于感应转运装置内的垃圾并发送感应信号给控制器,以使控制器根据感应信号控制驱动装置驱使转运装置转动至半封闭空间侧部进行垃圾图像采集识别。
进一步,分类垃圾桶设有对流风扇。
进一步,分类垃圾桶内设有消毒器。
进一步,消毒器为酒精消毒喷雾器。
进一步,箱体设有显示屏,显示屏和控制器连接。
进一步,箱体内设有红外检测器,红外检测器高度与分类垃圾桶上端高度相同,红外检测器与控制器连接。
进一步,转运装置包括转兜和转盘;转兜设于垃圾投放口下方,中部设有通孔;转盘设于转兜与分类垃圾桶之间且抵接于转兜下端,转盘侧部设有缺口;驱动装置包括用于驱动转兜转动的第一驱动装置和用于驱动转盘转动的第二驱动装置;控制器用于控制第一驱动装置和第二驱动装置驱使转兜和转盘转动至与垃圾种类信息相应的分类垃圾桶上方,并使转盘缺口与转兜通孔连通形成垃圾通道。
进一步,转兜横截面由上到下逐渐缩小。
一种垃圾分类回收方法,采用一体化智能分类回收垃圾箱,包括以下步骤,
获取转运装置里的垃圾的垃圾种类信息,所述垃圾种类信息由垃圾识别装置检测转运装置里的垃圾获得,所述转运装置里的垃圾由垃圾投放口投入;
根据垃圾种类信息,控制驱动装置驱使转运装置转动至与垃圾种类信息相应的分类垃圾桶上方,并使转运装置的垃圾通道连通所述分类垃圾桶。
总的说来,本发明具有如下优点:
垃圾投放时,只需将垃圾扔进箱体的垃圾投放口,箱体内的垃圾识别装置会自动识别该垃圾的种类,并通过转运装置的转动将垃圾转运到相应的分类垃圾桶中进行准确投放,用户无需先行判断垃圾种类,避免了由于不熟悉垃圾如何分类而无所适从,可以实现快速垃圾分类投放,使用方便,节省了用户的宝贵时间,用户体验好。
附图说明
图1为本发明实施例的侧视示意图。
图2为本发明实施例的主视示意图。
图3为本发明实施例的立体结构示意图。
图4为转运装置的立体结构示意图。
图5为转兜的立体结构示意图。
图6为酒精消毒喷雾器和红外检测器的位置示意图。
附图标记说明:
1-转兜;2-转盘;3-第二舵机;4-万向球轴承;5-推力球轴承;6-联接件;7-充电池;8-调压模块;9-稳压模块;10-对流风扇;11-围板;12-摄影机安装板;13-显示屏;14-摄像头;15-树莓派;16-红外检测器;17-酒精消毒喷雾器。
具体实施方式
下面来对本发明做进一步详细的说明。
如图1-图6所示,一体化智能分类回收垃圾箱,包括箱体、转运装置、驱动装置、垃圾识别装置和控制器;
箱体设有垃圾投放口;
转运装置位于垃圾投放口下方,转动连接于箱体,设有可打开或关闭的垃圾通道;
驱动装置连接于转运装置,用于驱动转运装置转动;
转运装置下方设有至少两个分类垃圾桶;
垃圾识别装置设于转运装置一侧,用于识别垃圾种类并发送垃圾种类信息到控制器;
控制器分别与驱动装置和垃圾识别装置连接,用于根据垃圾种类信息控制驱动装置动作,以使转运装置转动至与垃圾种类信息相应的分类垃圾桶上方,并使垃圾通道连通所述分类垃圾桶。
具体地,用户将垃圾扔进垃圾箱顶部的垃圾投放口后,垃圾从垃圾投放口滑落到下方的转运装置,设于转运装置一侧的垃圾识别装置识别该垃圾的种类并发送垃圾种类信息到控制器。
各个分类垃圾桶分别位于转运装置的转动圆周上。控制器内储存有转运装置原始位置(即垃圾投放口正下方)与各个分类垃圾桶之间的角度差数据。当控制器接收到垃圾种类信息后,根据和该垃圾种类信息相应的分类垃圾桶与转运装置之间的角度差数据控制驱动装置动作,驱动装置驱使转运装置转动相应的角度后转动至所述分类垃圾桶上方,然后打开转运装置的垃圾通道,使垃圾通道连通所述分类垃圾桶,从而使转运装置内的垃圾滑落到所述分类垃圾桶内。垃圾分类投放完成后,控制器控制驱动装置关闭垃圾通道,然后控制转运装置反方向转动相应的角度,使转运装置重新复位到垃圾投放口下方,为下一次的接收垃圾做好准备。
使用本发明实施例的一体化智能分类回收垃圾箱进行垃圾投放时,只需将垃圾扔进箱体的垃圾投放口,箱体内的垃圾识别装置会自动识别该垃圾的种类,并通过转运装置的转动将垃圾转运到相应的分类垃圾桶中进行准确投放,用户无需先行判断垃圾种类,避免了由于不熟悉垃圾如何分类而无所适从,可以实现快速垃圾分类投放,使用方便,节省了用户的宝贵时间,用户体验好。
需要说明的是,用户投放多个垃圾时,必须将多个垃圾逐个投进垃圾投放口内,避免将全部垃圾一次性投进,以免影响垃圾识别装置的垃圾识别效率和垃圾分类的准确性。
垃圾识别装置为图像采集识别装置,图像采集识别装置外设有半封闭空间,转运装置一侧设有感应装置,感应装置用于感应转运装置内的垃圾并发送感应信号给控制器,以使控制器根据感应信号控制驱动装置驱使转运装置转动至半封闭空间侧部进行垃圾图像采集识别。
现有技术中的垃圾识别装置多使用Arduino、单片机等作为主控核心,使用WiFi进行远程通信,运算能力有限,导致工作存在一定延时且识别精度不高,难以投入实际应用的场景。视觉模型较小,缺乏足够大的数据库,难以增加其他类别的垃圾。识别模块多采用红外识别,识别垃圾的图像颜色存在偏差,识别准确率不高,只能识别矿泉水瓶、易拉罐、小纸盒等简单且结构特征明显的垃圾,难以识别其它常见的生活垃圾,实用性不高。
本实施例中,图像采集识别装置包括摄像头14和树莓派15。摄像头14周围利用多个围板11搭建成一个半封闭空间,摄像头14安装在半封闭空间的顶部。识别垃圾所需的图片通过摄像头14完成拍摄。
图像采集识别装置位于转运装置的转动圆周上。控制器内储存有转运装置原始位置与图像采集识别装置之间的角度差数据。当感应装置检测到转运装置内滑进有垃圾后,发送感应信号给控制器。控制器根据转运装置与图像采集识别装置之间的角度差数据控制驱动装置相应动作,驱动装置驱使转运装置转动到图像采集识别装置的半封闭空间侧部,转运装置与半封闭空间共同构建形成一个全封闭空间。摄像头14在这个全封闭空间内对转运装置内的垃圾进行垃圾图像高清拍摄,并将拍摄到的图像发送到树莓派15进行垃圾种类识别。由于图像拍摄在全封闭空间内进行,避免了外界光线和杂物的干扰,大大提高了垃圾图像的清晰度,提升了垃圾种类识别的准确率。
树莓派15以MobileNetV3作为主干网络进行迁移学习,再在深度方向上堆叠3层深度神经网络单元,设计了一种共155层的垃圾图像分类器。作为特征提取器的MobileNetV3中应用h-swish非线性变换、NAS算法、NetAdapt算法、深度可分离卷积等在压缩模型参数量、提高模型推理速度的同时保证精度维持在较高水平,后接3层深度神经网络单元使模型可较为精确地学习特征在具体垃圾分类任务中的映射,同时增加的参数量在可接受范围内,能够识别多种类型的垃圾,识别精度高。
优选地,摄像机安装板12上均匀设置有4个照明灯光以增加图像采集的清晰度,摄像空间设置在垃圾投放口的对角处,充分利用了投放模块的空余空间,结构紧凑且不会干涉转运装置的运动过程。
分类垃圾桶设有对流风扇10。
对流风扇10安装在分类垃圾桶的侧面,能够营造通风良好的收纳环境,在垃圾暂存期间不容易滋生细菌。
分类垃圾桶内设有消毒器。
优选地,消毒器为酒精消毒喷雾器17。
酒精消毒喷雾器17设于分类垃圾桶的正上方,通过定时喷洒适量消毒酒精,可以防止垃圾在暂存过程中滋生大量细菌。
箱体设有显示屏13,显示屏13和控制器连接。
控制器根据相关的信息处理,将每次投放的垃圾的所属分类通过显示屏13对外显示,使用户在投放垃圾后能够迅速了解该垃圾的正确分类,起到快速学习的作用。平时,显示屏13还可以播放垃圾分类知识,起到加强宣传垃圾分类的效果。
箱体内设有红外检测器16,红外检测器16高度与分类垃圾桶上端高度相同,红外检测器16与控制器连接。
具体地,红外检测器16安装在分类垃圾桶的内部间隔中。红外检测器16设有第一阈值和第二阈值。当分类垃圾桶被从箱体中取出时,红外检测器16检测到与分类垃圾桶之间的距离超过第一阈值,从而判断该分类垃圾桶脱离。当分类垃圾桶内垃圾堆高到分类垃圾桶上端时,红外检测器16检测到垃圾高度超过第二阈值,判断该分类垃圾桶已满载。分类垃圾桶满载或脱离的信息通过显示屏13对外显示,能够提醒人们在这两种情况下停止继续投放垃圾,并及时提醒工作人员进行维护。
转运装置包括转兜1和转盘2;转兜1设于垃圾投放口下方,中部设有通孔;转盘2设于转兜1与分类垃圾桶之间且抵接于转兜1下端,转盘2侧部设有缺口;驱动装置包括用于驱动转兜1转动的第一驱动装置和用于驱动转盘2转动的第二驱动装置;控制器分别与第一驱动装置和第二驱动装置连接,用于根据垃圾种类信息控制第一驱动装置和第二驱动装置动作,以使转兜1和转盘2转动至与垃圾种类信息相应的分类垃圾桶上方,并使转盘2缺口与转兜1通孔连通形成垃圾通道。
具体地,转兜1中部设有上下贯穿的通孔,形成一个类似棱台的兜状无底空心体,转盘2的形状则是一个带有1/4孔(即转盘2侧部的缺口)的薄圆盘,转盘2抵接于转兜1下端,和转兜1侧壁形成半包围结构,能够承接转兜1内的垃圾。当转盘2转动至1/4孔与转兜1通孔对齐时形成垃圾通道,转兜1内的垃圾可以向下滑落。
转盘2与转兜1两者通过联接件6连接,又分别在转兜1与转盘2之间加装万向球轴承4以及在联接件6上加装法兰轴承与推力球轴承5,使受力更加平衡并减少了摩擦,可以使摩擦力系数减少到1.5,能保证系统的传动效率。
第一驱动装置和第二驱动装置分别为第一舵机和第二舵机3。第一舵机和第二舵机3分别安装在转兜1的上方与转盘2的下方,是两个360度大扭矩可控角度舵机,型号均为TD8120。控制器向第一舵机和第二舵机3发送一定带宽PWM脉冲信号,进而控制第一舵机和第二舵机3转角。选用TD8120舵机可以实现转角精准控制,保证垃圾投放的准确性,同时使用稳压稳流模块,通过充电池7供电,稳压至电压为6V电流为1A的输出,保证了供电稳定,最大程度上减少了第一舵机和第二舵机3抖动的问题,也保障了第一舵机和第二舵机3不会因为过载而烧坏。第一舵机和第二舵机3上下间隔布置,而转兜1与转盘2位于间隔中间,采用连接转柱连接,这样设计既能使第一舵机和第二舵机3分别控制转兜1和转盘2而运动上不会相互干涉,又保证了转盘2与转兜1的转动同轴度。
开始工作前,转兜1的位置位于垃圾投放口下方,而转盘2的1/4孔设置在垃圾投放口对角处,当垃圾放入垃圾投放口并进入转兜1内后,感应装置发送感应信号给控制器。控制器控制第一舵机和第二舵机3分别动作,使转兜1和转盘2同时转动相同角度到达半封闭空间的拍摄识别区域,由安装在摄影机安装板12下的摄像头14对转兜1内的垃圾进行拍摄,经过草莓派15的准确识别后,控制器根据识别得到的垃圾分类结果向第一舵机和第二舵机3输出相应的PMW信号,第一舵机和第二舵机3以相同的角速度转动相同角度到达该垃圾所属的分类垃圾桶正上方,然后控制器单独向控制转盘2的第二舵机3输出信号,使转盘2上的1/4/孔转动至与转兜1通孔对齐形成垃圾通道,转兜1内的垃圾滑落到下方的分类垃圾桶内,完成垃圾的投放工作。这样的运动过程设计保证转兜1内的垃圾不会具有水平的运动速度,向下滑落时是初速度为零的自由落体,能使垃圾准确落入对应的分类垃圾桶而不会被甩进其他分类垃圾桶,提高了垃圾投放的精确度。
投放结束后,控制器单独向控制转盘2的第二舵机3输出信号,转盘2上的1/4孔反方向转动相应角度,使转盘2上的1/4孔与转兜1通孔错位从而关闭垃圾通道,然后再根据本次垃圾分类结果向第一舵机和第二舵机3输出对应于垃圾投放口所需转动角度的PMW信号,使转盘2与转兜1复位至垃圾投放口下方。
转兜1与转盘2的转动时刻可以通过多种方式来控制。本实施例中,当感应装置检测到转兜1内有垃圾时,发送感应信号到控制器,以使控制器控制转兜1与转盘2一起转动到摄像头14处进行图像拍摄和垃圾种类识别。经过3秒延时后,控制器控制转兜1和转盘2转动到与该垃圾种类对应的分类垃圾桶上方;再经过1秒延时后,控制器控制转盘2单独转动,使转盘2缺口对准转兜1通孔以使转兜1内垃圾滑落;再经过1秒延时后,控制器控制转盘2反方向转动,使缺口与转兜1通孔错开;再经过1秒延时后,控制器控制转兜1和转盘2转回至投放口下方。
转兜1横截面由上到下逐渐缩小。
采用这种上宽下窄的结构后,从垃圾投放口滑落的垃圾能够被转兜1大范围收拢,收集效果更好,在滑落至下方的分类垃圾桶时能够缩短滑落时间,提高了垃圾分类投放效率。具体地,转兜1的上底面是一个扇形,下底面是一个矩形,侧面通过一个锥面、梯面和两个不规则曲面连接而成。转兜1可以容纳需要进行识别的各类垃圾,并能保证垃圾能伴随转兜1一同运动。
当今垃圾分类亟需普及,但相关产品的创新力度不高、市场缺口较大。本实施例的一体化智能分类回收垃圾箱作为传统垃圾桶的替代品,将垃圾分类的过程中需要的投放垃圾、识别垃圾、分类垃圾并运输到对应分类垃圾桶的四种功能一体化,可以应用于许多场合。
本实施例的一体化智能分类回收垃圾箱主要包括三个模块:投放模块、分类模块以及收纳模块。
对于投放模块方面,从人性化角度出发,将垃圾投放口设计在人手投放大部分垃圾对应高度的垃圾箱侧面,做到与平常生活中人们投放垃圾无差异。同时,为了充分利用产品空间,将供电系统、控制系统、识别系统以及显示部件都放置在投放模块中,这样设计使得该垃圾箱的占用空间不会过大,适用于生活中多个场景。供电系统由充电池7、稳压模块9和调压模块8组成,电池采用6节锂电池组成,可以提高12V稳定电压,稳压模块9采用了LM2596稳压稳流调节器,保证稳压稳流输出功率的稳定,调压模块8采用150KHz的内部振荡频率,第二代开关电压调节器,其功率小而且效率高。
分类模块中通过带有1/4孔、半径为105mm的转盘2与半径为125mm的转兜1两个机构的相互配合来实现将垃圾从识别到正确投放的过程。
收纳模块分别设置了可回收垃圾桶、其他垃圾桶、有害垃圾桶和厨余垃圾桶4种分类垃圾桶。每个分类垃圾桶的体积为225mm*225mm*305mm,垃圾收纳量符合生活中大部分情景需求。每一个分类垃圾桶侧面都喷绘有对应垃圾种类的标识。
本实施例的一体化智能分类回收垃圾箱的大小为490*490*720mm,与传统垃圾桶相仿。未经分类垃圾以任意姿态从垃圾投放口投入后,首先通过两个相互配合的转兜1与转盘2实现将垃圾从投放区域移动到识别区域。垃圾识别装置将对投入的垃圾进行精准识别,并与建立的庞大数据库进行比对,在短时间内对垃圾进行分类。分类完成后,转盘2的缺口移动对准对应类别的分类垃圾桶,从而将转兜1内的垃圾投放到对应的分类垃圾桶中。
一种垃圾分类回收方法,包括以下步骤,
获取转运装置里的垃圾的垃圾种类信息,所述垃圾种类信息由垃圾识别装置检测转运装置里的垃圾获得,所述转运装置里的垃圾由垃圾投放口投入;
根据垃圾种类信息,控制驱动装置驱使转运装置转动至与垃圾种类信息相应的分类垃圾桶上方,并使转运装置的垃圾通道连通所述分类垃圾桶。
现有技术的垃圾回收方法不能将垃圾随意放置入垃圾箱中,需要将垃圾按指定的方式放到指定区域才能对垃圾进行识别的步骤。
通过本实施例的垃圾分类回收方法进行垃圾投放,用户只需随意将垃圾扔进箱体的垃圾投放口,箱体内的垃圾识别装置会自动识别该垃圾的种类,并通过转运装置的转动将垃圾转运到相应的分类垃圾桶中进行准确投放,用户无需先行判断垃圾种类,避免了由于不熟悉垃圾如何分类而无所适从,使用方便,节省了用户的宝贵时间,用户体验好。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一体化智能分类回收垃圾箱,其特征在于:包括箱体、转运装置、驱动装置、垃圾识别装置和控制器;
箱体设有垃圾投放口;
转运装置位于垃圾投放口下方,转动连接于箱体,设有可打开或关闭的垃圾通道;
驱动装置连接于转运装置,用于驱动转运装置转动;
转运装置下方设有至少两个分类垃圾桶;
垃圾识别装置设于转运装置一侧,用于识别垃圾种类并发送垃圾种类信息到控制器;
控制器分别与驱动装置和垃圾识别装置连接,用于根据垃圾种类信息控制驱动装置动作,以使转运装置转动至与垃圾种类信息相应的分类垃圾桶上方,并使垃圾通道连通所述分类垃圾桶。
2.按照权利要求1所述的一体化智能分类回收垃圾箱,其特征在于:垃圾识别装置为图像采集识别装置,图像采集识别装置外设有半封闭空间,转运装置一侧设有感应装置,感应装置用于感应转运装置内的垃圾并发送感应信号给控制器,以使控制器根据感应信号控制驱动装置驱使转运装置转动至半封闭空间侧部进行垃圾图像采集识别。
3.按照权利要求1所述的一体化智能分类回收垃圾箱,其特征在于:分类垃圾桶设有对流风扇。
4.按照权利要求1所述的一体化智能分类回收垃圾箱,其特征在于:分类垃圾桶内设有消毒器。
5.按照权利要求4所述的一体化智能分类回收垃圾箱,其特征在于:消毒器为酒精消毒喷雾器。
6.按照权利要求1所述的一体化智能分类回收垃圾箱,其特征在于:箱体设有显示屏,显示屏和控制器连接。
7.按照权利要求6所述的一体化智能分类回收垃圾箱,其特征在于:箱体内设有红外检测器,红外检测器高度与分类垃圾桶上端高度相同,红外检测器与控制器连接。
8.按照权利要求2所述的一体化智能分类回收垃圾箱,其特征在于:转运装置包括转兜和转盘;转兜设于垃圾投放口下方,中部设有通孔;转盘设于转兜与分类垃圾桶之间且抵接于转兜下端,转盘侧部设有缺口;驱动装置包括用于驱动转兜转动的第一驱动装置和用于驱动转盘转动的第二驱动装置;控制器用于控制第一驱动装置和第二驱动装置驱使转兜和转盘转动至与垃圾种类信息相应的分类垃圾桶上方,并使转盘缺口与转兜通孔连通形成垃圾通道。
9.按照权利要求8所述的一体化智能分类回收垃圾箱,其特征在于:转兜横截面由上到下逐渐缩小。
10.一种垃圾分类回收方法,采用权利要求1-9任一项所述的一体化智能分类回收垃圾箱,其特征在于:包括以下步骤,
获取转运装置里的垃圾的垃圾种类信息,所述垃圾种类信息由垃圾识别装置检测转运装置里的垃圾获得,所述转运装置里的垃圾由垃圾投放口投入;
根据垃圾种类信息,控制驱动装置驱使转运装置转动至与垃圾种类信息相应的分类垃圾桶上方,并使转运装置的垃圾通道连通所述分类垃圾桶。
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