固定式寵物糞便清理機的設計與實現

屈靖怡 雷俊瑤 武曉劍 劉景泰 楊昀昊

（東北林業大學，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生的糞便，不僅影響環境美觀和市民出行，犬糞中還經常存有寄生蟲，易滋生大量致病細菌，會將疾病傳播給免疫力較差的人，因此犬糞的及時清理顯得尤其重要。

2 市場現狀以及研究分析

目前對此問題的解決方法有以下幾種：

2.1 制定相關管理規定：目前，《北京市養犬管理規定》中有相關規定，但罰款力度不大不能引起市民的重視，且人工管理容易產生疏忽，不能起到很好的管理效果。

2.2 社區公共區域設置提醒標志：如“文明養犬”的標識牌、寵物糞便回收箱、提供拾便袋等，但這些資源有時會被錯誤利用，實際使用時也會帶來麻煩。

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 設立寵物公廁：如德國設立“寵物犬服務站”系統，但效果不佳，不僅耗費人力物力，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：現有產品存在體積大，使用起來笨重、智能化較差、外觀死板等問題。

3 設計功能與實現

3.1 外觀設計

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

在整體形態上，該裝置采用半開放式的設計，兩側外殼直立放置，頂部有微微的弧度向內靠攏，半開放式的環境會使得寵物進入后不會感到壓抑和不安，為狗狗打造舒適環境，以便引導狗狗在此處排便。在兩側外殼的內側，設有樹干紋理，其顏色、質感和紋路的仿真設計，很大程度上還原了大樹樹干側面的生態環境，同時此裝置還會模擬樹干周圍的聲音環境，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，色彩的設計也使得狗狗更愿意接近從而使用此裝置。在局部花紋上，經過調查發現，寵物狗喜歡的形狀有圓球形、骨頭形、便于撕咬的長條形狀、動物造型、其它奇特形狀等，所以在此產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 寵物糞便清理機外觀圖

圖2 寵物糞便清理機環境圖

3.2 材料選取

3.2.1 兩側外殼材料。兩側外殼的材料選取為木制材料，因為兩側外殼的內側是模擬大樹樹干的紋理和形狀，所以采用木質材料更加貼切，此外，木質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、強重比高、彈性好、耐沖擊、紋理色調豐富美觀、加工容易等優點，作為兩側高度較高的擋板較為合適，且不會對整體的穩定性造成很大影響。

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、結合性、觸變性，粘土經過攪拌、模具成型、燒制、上色后做成，這種材料防水性能極好，能夠抵抗管道內頻繁經過的水流。

3.3 結構參數和內部原理

3.3.1 結構參數。根據寵物糞便清理機的需求，將底部高度設置為190mm。根據計算和實驗，將可移動板子的厚度設置為40mm。內部空間高度設置為908mm，內部寬度設置為790mm，內部深度設置為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計，適用于小型犬、中型犬和大型犬。

圖3 寵物糞便清理機尺寸圖

3.3.2 內部原理。該產品通過一個液晶顯示屏和主控模塊連接，檢測通電情況、水位的測量和板子的位置是否正確。寵物排便時，STM32 主控板紅外線接收裝置感應到寵物的熱量，在熱量消失后兩秒，紅外線持續監測裝置經過光電轉化后發出觸發脈沖給控制電路，接收到信號之后，主控板控住分離裝置的板子升起；底板升起后，壓力傳感器檢測到有重物落入，返回主控板完成信號，使主控板發出沖水啟動信號，電控裝置接收到信號之后控制機械部分打開水閘開始沖水。同時主控板經過7 秒延時后，放下板子，同時進行泵水，通過存水裝置上的壓力傳感器檢測水位以及泵水是否正常，若不正常，則通過傳送信號給主控板發出報警信號。此外還有一個可以給主控板發出沖水信號的手動沖水按鈕。

圖4 技術實現原理圖

3.4 基本功能以及實現

3.4.1 吸引寵物排便。社區相關工作人員會在寵物廁所內噴灑一定的“寵物誘便液”，來吸引寵物前來排便；寵物廁所外觀設有寵物感興趣的“狗爪”圖案，內部兩側模擬大樹紋理和相關聲音、光線等等，符合寵物生活行為習慣，可以吸引寵物興趣，同時寵物廁所保持長期開放，因為主人在小區帶領寵物散步的時間和路線基本固定，可定點定期引導寵物到此排便，使得寵物形成習慣。同時，寵物糞便處理器旁邊配有狗糧和訓練指南等，幫助主人有效訓練寵物狗定點排便。

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，底板下部設置有凸輪，底板靠近沖水系統的一側連接有合頁。寵物排便完成離開之后，底板下部的凸輪轉動，帶動底板繞軸轉動一個角度，寵物糞便就可以順勢滑下進入沖水區了。

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

圖5 產品部分構造示意圖

4 創新點和前景分析

4.1 創新點

本產品創新點主要分為三點：

4.1.1 本產品基于寵物心理進行了一系列設計，通過對寵物感官的刺激，引導寵物到指定地點進行排便，而不是強制，使得寵物舒適地進行整個排便過程。

4.1.2 本產品實現了部分功能自動化，有利于減輕工作人員任務量，有利于創建美好的社區環境。

4.1.3 整個工作流程流暢統一，寵物鏟屎沖水一體化，使用方便。

4.2 前景分析

本產品體現了對寵物狗的規范管理，在一定程度上也體現了對人類的朋友——寵物狗的關愛；同時，如果本產品能夠在各個社區普及，將會很大程度上減輕相關工作人員的工作量，實現機器的自動化，加速智慧城市愿景的實現。

5 結論

固定式寵物糞便清理機是一款集糞便收集、運送、沖水功能為一體的自動化機器，有利于社區寵物管理及智慧城市的實現，對市民、寵物以及整個社會都有很大益處。