固定式寵物糞便清理機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

屈靖怡 雷俊瑤 武曉劍 劉景泰 楊昀昊

（東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱150000）

1 概述

近年來，居民生活水平普遍有所提高，許多居民都開始飼養(yǎng)寵物，特別是寵物狗，深受老人和一些年輕人的喜愛。然而主人遛狗過程中寵物產(chǎn)生的糞便，不僅影響環(huán)境美觀和市民出行，犬糞中還經(jīng)常存有寄生蟲，易滋生大量致病細(xì)菌，會(huì)將疾病傳播給免疫力較差的人，因此犬糞的及時(shí)清理顯得尤其重要。

2 市場(chǎng)現(xiàn)狀以及研究分析

目前對(duì)此問題的解決方法有以下幾種：

2.1 制定相關(guān)管理規(guī)定：目前，《北京市養(yǎng)犬管理規(guī)定》中有相關(guān)規(guī)定，但罰款力度不大不能引起市民的重視，且人工管理容易產(chǎn)生疏忽，不能起到很好的管理效果。

2.2 社區(qū)公共區(qū)域設(shè)置提醒標(biāo)志：如“文明養(yǎng)犬”的標(biāo)識(shí)牌、寵物糞便回收箱、提供拾便袋等，但這些資源有時(shí)會(huì)被錯(cuò)誤利用，實(shí)際使用時(shí)也會(huì)帶來麻煩。

2.3 利用拾便器人工處理糞便：小型拾便器不適用于大型寵物犬，清理起來不方便；長柄型拾便器解決不了其它諸如清理不干凈、仍需沖刷糞便污漬、效率低等問題。

2.4 設(shè)立寵物公廁：如德國設(shè)立“寵物犬服務(wù)站”系統(tǒng)，但效果不佳，不僅耗費(fèi)人力物力，而且臭氣難以消除，沖洗的水同樣造成新的污染。

2.5 糞便清除裝置：現(xiàn)有產(chǎn)品存在體積大，使用起來笨重、智能化較差、外觀死板等問題。

3 設(shè)計(jì)功能與實(shí)現(xiàn)

3.1 外觀設(shè)計(jì)

該固定式寵物糞便處理器分為兩個(gè)部分：糞便收集部分和糞便沖水部分。糞便收集部分由外殼、可移動(dòng)接板、底座組成。沖水部分由水箱、內(nèi)部水管、和沖水管道組成。

在整體形態(tài)上，該裝置采用半開放式的設(shè)計(jì)，兩側(cè)外殼直立放置，頂部有微微的弧度向內(nèi)靠攏，半開放式的環(huán)境會(huì)使得寵物進(jìn)入后不會(huì)感到壓抑和不安，為狗狗打造舒適環(huán)境，以便引導(dǎo)狗狗在此處排便。在兩側(cè)外殼的內(nèi)側(cè)，設(shè)有樹干紋理，其顏色、質(zhì)感和紋路的仿真設(shè)計(jì)，很大程度上還原了大樹樹干側(cè)面的生態(tài)環(huán)境，同時(shí)此裝置還會(huì)模擬樹干周圍的聲音環(huán)境，例如鳥叫、蟬鳴等等。在色彩上，整體采用赭石色，赭石色是一種偏向泥土的顏色，有親近自然之感，色彩的設(shè)計(jì)也使得狗狗更愿意接近從而使用此裝置。在局部花紋上，經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，寵物狗喜歡的形狀有圓球形、骨頭形、便于撕咬的長條形狀、動(dòng)物造型、其它奇特形狀等，所以在此產(chǎn)品上選擇了狗爪印作為吸引寵物狗的形狀元素，狗爪印在夜晚可以發(fā)出淡淡的、柔和的暖光來吸引狗狗，符合寵物心理和寵物行為。

圖1 寵物糞便清理機(jī)外觀圖

圖2 寵物糞便清理機(jī)環(huán)境圖

3.2 材料選取

3.2.1 兩側(cè)外殼材料。兩側(cè)外殼的材料選取為木制材料，因?yàn)閮蓚?cè)外殼的內(nèi)側(cè)是模擬大樹樹干的紋理和形狀，所以采用木質(zhì)材料更加貼切，此外，木質(zhì)材料也是具有貼近自然的一種材料，便于加工紋理。木材具有重量輕、強(qiáng)重比高、彈性好、耐沖擊、紋理色調(diào)豐富美觀、加工容易等優(yōu)點(diǎn)，作為兩側(cè)高度較高的擋板較為合適，且不會(huì)對(duì)整體的穩(wěn)定性造成很大影響。

3.2.2 沖水部分。沖水部分連接下水道部分的材料采用粘土，粘土具有可塑性、結(jié)合性、觸變性，粘土經(jīng)過攪拌、模具成型、燒制、上色后做成，這種材料防水性能極好，能夠抵抗管道內(nèi)頻繁經(jīng)過的水流。

3.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)和內(nèi)部原理

3.3.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)。根據(jù)寵物糞便清理機(jī)的需求，將底部高度設(shè)置為190mm。根據(jù)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，將可移動(dòng)板子的厚度設(shè)置為40mm。內(nèi)部空間高度設(shè)置為908mm，內(nèi)部寬度設(shè)置為790mm，內(nèi)部深度設(shè)置為80mm。裝置整體長度為850mm，寬度為1100mm，高度為1138mm。裝置整體采用大尺寸設(shè)計(jì)，適用于小型犬、中型犬和大型犬。

圖3 寵物糞便清理機(jī)尺寸圖

3.3.2 內(nèi)部原理。該產(chǎn)品通過一個(gè)液晶顯示屏和主控模塊連接，檢測(cè)通電情況、水位的測(cè)量和板子的位置是否正確。寵物排便時(shí)，STM32 主控板紅外線接收裝置感應(yīng)到寵物的熱量，在熱量消失后兩秒，紅外線持續(xù)監(jiān)測(cè)裝置經(jīng)過光電轉(zhuǎn)化后發(fā)出觸發(fā)脈沖給控制電路，接收到信號(hào)之后，主控板控住分離裝置的板子升起；底板升起后，壓力傳感器檢測(cè)到有重物落入，返回主控板完成信號(hào)，使主控板發(fā)出沖水啟動(dòng)信號(hào)，電控裝置接收到信號(hào)之后控制機(jī)械部分打開水閘開始沖水。同時(shí)主控板經(jīng)過7 秒延時(shí)后，放下板子，同時(shí)進(jìn)行泵水，通過存水裝置上的壓力傳感器檢測(cè)水位以及泵水是否正常，若不正常，則通過傳送信號(hào)給主控板發(fā)出報(bào)警信號(hào)。此外還有一個(gè)可以給主控板發(fā)出沖水信號(hào)的手動(dòng)沖水按鈕。

圖4 技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理圖

3.4 基本功能以及實(shí)現(xiàn)

3.4.1 吸引寵物排便。社區(qū)相關(guān)工作人員會(huì)在寵物廁所內(nèi)噴灑一定的“寵物誘便液”，來吸引寵物前來排便；寵物廁所外觀設(shè)有寵物感興趣的“狗爪”圖案，內(nèi)部兩側(cè)模擬大樹紋理和相關(guān)聲音、光線等等，符合寵物生活行為習(xí)慣，可以吸引寵物興趣，同時(shí)寵物廁所保持長期開放，因?yàn)橹魅嗽谛^(qū)帶領(lǐng)寵物散步的時(shí)間和路線基本固定，可定點(diǎn)定期引導(dǎo)寵物到此排便，使得寵物形成習(xí)慣。同時(shí)，寵物糞便處理器旁邊配有狗糧和訓(xùn)練指南等，幫助主人有效訓(xùn)練寵物狗定點(diǎn)排便。

3.4.2 接收和處理寵物糞便。接收寵物糞便的裝置為具有一定凹陷的底板，底板下部設(shè)置有凸輪，底板靠近沖水系統(tǒng)的一側(cè)連接有合頁。寵物排便完成離開之后，底板下部的凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)底板繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，寵物糞便就可以順勢(shì)滑下進(jìn)入沖水區(qū)了。

3.4.3 使用流程。該產(chǎn)品的使用流程如下：寵物狗進(jìn)入固定式寵物廁所——寵物狗進(jìn)行排便——寵物狗離開——紅外檢測(cè)到寵物狗離開——底板上升傾斜——底板抖動(dòng)——糞便落入沖水管道——自動(dòng)沖水——糞便進(jìn)入下水系統(tǒng)。

圖5 產(chǎn)品部分構(gòu)造示意圖

4 創(chuàng)新點(diǎn)和前景分析

4.1 創(chuàng)新點(diǎn)

本產(chǎn)品創(chuàng)新點(diǎn)主要分為三點(diǎn)：

4.1.1 本產(chǎn)品基于寵物心理進(jìn)行了一系列設(shè)計(jì)，通過對(duì)寵物感官的刺激，引導(dǎo)寵物到指定地點(diǎn)進(jìn)行排便，而不是強(qiáng)制，使得寵物舒適地進(jìn)行整個(gè)排便過程。

4.1.2 本產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了部分功能自動(dòng)化，有利于減輕工作人員任務(wù)量，有利于創(chuàng)建美好的社區(qū)環(huán)境。

4.1.3 整個(gè)工作流程流暢統(tǒng)一，寵物鏟屎沖水一體化，使用方便。

4.2 前景分析

本產(chǎn)品體現(xiàn)了對(duì)寵物狗的規(guī)范管理，在一定程度上也體現(xiàn)了對(duì)人類的朋友——寵物狗的關(guān)愛；同時(shí)，如果本產(chǎn)品能夠在各個(gè)社區(qū)普及，將會(huì)很大程度上減輕相關(guān)工作人員的工作量，實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自動(dòng)化，加速智慧城市愿景的實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)論

固定式寵物糞便清理機(jī)是一款集糞便收集、運(yùn)送、沖水功能為一體的自動(dòng)化機(jī)器，有利于社區(qū)寵物管理及智慧城市的實(shí)現(xiàn)，對(duì)市民、寵物以及整個(gè)社會(huì)都有很大益處。