市场上的家用垃圾桶主要有普通垃圾桶和智能垃圾桶两大类。普通垃圾桶需动手更换垃圾袋，垃圾装满后还需手动打包，易使垃圾中的细菌病毒粘到手上，不卫生且不方便，尤其是在天气炎热垃圾容易变质时，更可能让人类健康受到损害;智能垃圾桶虽然具有性能稳定、使用寿命长(设计寿命6～10年)、使用方便、操作精准、设计精密、卫生环保等特点，但成本高，需要电能。另外，无论是普通垃圾桶还是智能垃圾桶在设计时都没有考虑垃圾桶的高度是否适宜人的操作。针对现有垃圾桶的上述不足，该设计提出了基于人机工程学的环保垃圾桶的创新设计思路。
1设计思路
人机工程学是指应用人体测量学、劳动心理学等学科的研究方法［1］，起源于欧洲，形成和发展于美国，20世纪50年代开始迅速发展的一门新兴边缘科学。它从人的生理和心里特性出发，研究人、机、环境的相互关系和相互作用的规律，该学科在其自身的发展过程中，逐步打破了各学科之间的界限，以优化人－机－环境的一门科学［2］。国外对垃圾桶设计研究较早，一些发达国家如德国、美国、荷兰等，其垃圾桶的设计大多考虑人机关系［3］，国内的垃圾桶设计与国外相比还存在差距，且对垃圾桶的设计很少考虑人机关系。该设计从垃圾桶的结构和功能出发，主要从垃圾桶外观、结构尺寸、自动打包收紧功能、自动推袋功能等方面进行垃圾桶的设计，力求使用的避免用手接触垃圾，有效防止细菌通过手传播，保持室内空气清新。并且垃圾桶的高度及其他尺寸符合人机工程学原理，色彩能与周围环境相和谐，成为环境的重要组成部分。其总体设计原理如图1所示。
2环保垃圾桶的创新设计
2．1垃圾桶的外形设计(1)外形尺寸设计要使垃圾桶与人之间达到最优化配合，使人不需大幅度改变自己的姿势就可顺利地将垃圾放到垃圾桶里。经研究与垃圾桶有关的人体尺寸有:立姿时的肘高、立姿时手的功能高度、立姿时双手功能上举高，手的长、宽等，见表1［4］。据人机工程数据图2、3，当人投垃圾时，保持身体正直，手腕处于顺直操作，腰部和腕关节处于相对放松的状态。当身体弯曲和腕关节处于一系列别扭状态时，会产生腰部及腕部酸痛、手的力量减小等，如长时间保持这个状态会引起一些腰部及腕部的综合症。根据对多款垃圾桶的调查及垃圾桶的尺寸人机分析表1，一般的家用便捷垃圾桶的高度应为400～550mm。考虑到自动打包套袋垃圾桶的功能实现机构主要安装在垃圾桶底部，将会占用一部分空间，占用的高度定位为100mm。所以垃圾桶的高度应取大一些，将垃圾桶的高度定位为500mm。垃圾桶的桶口直径不应过大，在实际生活中一般生活垃圾偏多，考虑到饮料瓶的投放，垃圾桶投入口的桶口直径应大于垃圾的投放尺寸，垃圾中废弃饮料瓶的高度一般小于300mm，考虑到自动打包套袋垃圾桶要实现自动打包，在垃圾桶投入口处将会有钢圈等打包机构，将会占用一小部分空间，所以垃圾桶的桶口直径也应取大一些，所以将垃圾桶垃圾投入口的直径定位为350mm。(2)外观设计垃圾桶桶身设计要求外观美观大方，有一定艺术性和观赏性，适合现代绿色环保的理念。在三维设计时，选用主流CAD软件Pro/E5.0，其三维外形图如图4所示。图4(a)垃圾桶的桶身正面设计有一个米老鼠图案。在米老鼠头像的下面，设计为一个内部齿轮传动的保护罩，而上部分就是用来装垃圾的。图4(b)桶身背面设计的图案是一动漫《喜羊羊与灰太狼》中灰太狼一家，卡通形象深受小朋友甚至是80，90后的喜爱，给人以温馨幸福的感觉，整个桶身的设计看起来比较新颖，颇有中西结合的感觉。满足现代年轻人的审美需求和有小孩家庭的氛围营造。垃圾桶的桶盖设计为帽子形状，易清洁，很有观赏性，桶盖上有个透视孔，可清楚地看到垃圾是否装满;盖上延伸部分，专门为开盖设计，另外，桶盖上有绿色环保标志，适合现代绿色环保理念。桶身的背面有两个踏板，左边是踏板一，主要控制打包机构，右边是踏板二，主要控制推袋机构。踏板的颜色与灰太狼一家的皮肤的颜色相近，颜色协调。
2．2垃圾桶的功能实现(1)打包收紧机构设计如图5所示，该传动机构由踏板一、连杆、棘轮、锥齿轮，直齿轮等部分组成，当打包踩踏踏板一时，人踩踏踏板的力量通过连杆变为动能，带动棘轮向左运动，从而带动与之相连的锥齿轮向内转动，进而带动后面的直齿轮作对应的方向的转动，最终将运动传递至垃圾桶上部的钢圈收紧部分，其主要零件如图6所示。(2)收紧扎口机构设计运动由上述踏板一传递至垃圾桶上部的钢圈收紧部分后，通过转动将钢圈慢慢收紧，最终收紧好的垃圾口部被挤压到V型卡槽中，对压缩好的垃圾进行扎扣处理，如图7所示。3)推袋机构的设计推袋机构如图8，通过踩踏踏板二，运动由踏板经过各个连杆机构传递至推板上，推板与连杆连接处为间隙配合，由销钉连接，在推出垃圾袋时不会翘起，整个过程保持版面竖直，垃圾也在水平方向被推出，效果图如图9。
3结语
该设计基于人机工程学的创新设计理念，实现了垃圾桶的自动打包、收紧扎口、推袋等功能，使用便捷，节能环保，外形美观协调。在注重环保、健康和生活品质的今天，具有重要的现实意义和一定的市场推广价值。
作者：孙艳萍 沈明秀 单位：昆明学院自动控制与机械工程学院
