寵物廁所裝置的設計

農田友，黃勝存，陸尚平

（廣西水利電力職業技術學院，南寧 530023）

0 引言

隨著人們生活水平的提高，飼養寵物成為很多家庭及個人生活、休閑娛樂的選擇。據數據統計，2014 年我國人均寵物擁有量大概0.06 只，與美國、巴西等國家相比存在顯著差距，但據不完全統計到目前我國寵物的數量已經超過一億只，并仍在持續快速增加中。同時隨著現代生活工作節奏加快，特別是年輕人，更缺少時間來養護寵物。因此，寵物的產業鏈規模不斷的擴大，市場潛力巨大。同時數據分析顯示，目前寵物產業已經進入快速發展期（2010-2020年）：居民在寵物身上的消費觀念進一步改善，加之資本的持續布局，在消費升級和養寵限制放寬等因素作用下，國內寵物產業快速發展，2016 年產業規模達1220 億元，近6 年復合增速為43.45%，預計2020年市場規模將達2434 億元[1]。

針對以上的數據對現有相關產品進行查閱和分析結合實地調研。通過與貓狗寵物飼養者進行交流，從中發掘市場及客戶需求痛點，確定以貓狗寵物的糞便處理為研究突破口，進行研究與設計。旨在尋求貓狗寵物糞便處理過程中一個簡單、實用、便捷、衛生的解決方案。

1 目前市場上寵物廁所及其相關產品的現狀分析

目前，國內家庭處理寵物糞便的方式主要有兩種。

第一，大多數貓狗飼養家庭會每天定期將寵物溜出戶外，給寵物在戶外的綠化帶甚至在路邊電線桿排泄。同時，有部分城市或者部分小區設立公共的寵物廁所，有如圍建相應的沙池、草地等提供給寵物排泄。以上的處理方法并不可取與提倡，不僅對公共衛生產生不好的影響同時也給環衛工人增加了很大的工作量。

第二，調查顯示，有相當部分寵物飼養家庭會在家里購買如塑料盆或者簡易寵物廁所讓貓狗寵物排泄，然后定期人工處理寵物排泄物。參照此類寵物糞便處理方式，查閱相關寵物糞便處理設備或者寵物廁所，目前市場上的產品大多如下幾種產品：

（1）簡易的寵物便盆，產品樣式如圖1 所示。其產品特點有，具有針對性的設計，如產品外觀和樣式簡潔實用。同時，選擇易沖洗的塑料材質、價格便宜等。但是，產品功能單一，寵物的排泄物仍需人工處理和沖洗如不及時處理可能產生異味等。

圖1 簡易寵物便盆

（2）具有自動沖洗功能的貓狗寵物廁所。該類產品目前市面上很少。通過對比分析，此類自動寵物廁所有些結構設計并不是很合理，功能上和結構上有提升和改進的空間，有如圖2 所示裝置。

圖2 自動寵物便盆

（3）具有自動收集排泄物的寵物便盆，我們發現此類產品的體積并不是很大，所以排泄物收集容器體積也不大，最多能裝一到兩次的貓狗排泄物。以此同時，發現此類裝置能較好處理貓狗的尿液，而如糞便等固體排泄物其并沒有解決辦法，產品樣式如圖3所示。

圖3 自動寵物尿盆

2 本寵物廁所裝置的設計思路

通過收集數據并分析，結合實地調查反饋，對于寵物廁所裝置有如下方面指標需要解決和改進。

（1）產品良好的功能性，調研數據反饋顯示大多數年輕寵物飼養者不一定有時間每天出來遛寵物，同時也不一定有時間每天打理貓狗寵物的排泄物，因此大多飼養者非常歡迎有一款產品能進行自動處理寵物的排泄物。

（2）產品便捷的操控性，調查反饋還有重要一點，消費者希望產品結構簡單、操作簡易，排斥界面復雜操作繁瑣的產品。

（3）產品合理的結構，對比市面上的產品，分析顯示目前大多自動寵物廁所做工粗糙、結構繁瑣而不易維護清洗，有改進和提升的空間，應根據實際的工作原理和工作過程合理解決產品的方案設計。力求做到簡潔、干凈、衛生好維護和好打理。

（4）產品美觀的外形，結合年輕消費者的喜好和寵物的習性等因素利用工業設計原理及方法提升產品色彩及外觀等，發揮產品的潛在價值。

（5）產品良好的經濟性，受訪者并不愿花費太多去購買相應的產品，同時作為設計者應遵循產品的價值優化原理，優化產品的功能同時力求產品經濟的成本從而達到提升產品的價值。

綜上，運用機械創新設計綜合創新原理，將產品的各個方面、各個部分各個因素聯系起來加以考慮，從整體上把握產品的本質和規律[2]，因此確定產品設計思路為具有自動功能的裝置擬采取機械和電子控制有機結合來實現產品的功能性指標。為達到產品的可靠性和經濟性，優先考慮目前現有成熟可靠的設備和技術。

3 寵物廁所裝置的設計方案與工作原理

把握產品總體設計思路后，利用分離原理將產品分割為幾個模塊加以研究設計尋求解決方案，結構部分方案通過SolidWorks 工程軟件進行建模，建立初步原理方案，初步原理方案如圖4 所示。

圖4 寵物廁所裝置初步原理方案

不斷通過討論和改進，將方案分解并進一步細化產品零部件，過程如圖5 所示。

圖5 寵物廁所裝置零部件分解細化設計

所有零部件結合生產加工工藝的考慮進行結構優化設計，產品的確定方案結構爆炸展示如圖6 所示。最終將三維零部件進行裝配，完成裝置方案設計，如圖7 所示。

圖6 寵物廁所裝置方案結構爆炸圖

圖7 寵物廁所裝置最終方案設計

裝置工作原理：經過訓練的貓狗寵物通過臺階進入到裝置主體（雄性狗可加裝立柱），設置紅外感應器以一次遮擋和離開為一次指令，通過控制器設置，貓狗寵物進入裝置主體排便完成并離開后紅外感應器的指令通過控制器的設置，激發一次電機信號，電機帶動網梳旋轉45°，由于直齒輪組反向旋轉的原理，兩個網梳反向旋轉構成相對90°傾斜，同時控制器激發增壓泵工作，連接自來水的水管向裝置主體噴出高壓水霧，對寵物糞便進行沖洗，控制合適的時間完成一次寵物糞便的自動沖洗。裝置排污管可與家庭陽臺排水管或者衛生間排水管連接排走排泄物。經過控制器計時電機復位及增壓泵停止工作后，自動開啟紫色紅色燈組，持續一定時間，此過程紫光燈起到滅菌除味作業，紅外光燈起到烘干作用。通過以上循環工作，完成了裝置預期的功能性、便捷性等目標。

利用工業設計原理及方法，優化了裝置的結構設計將各機構有機合理的組合，對方案進行機構運動仿真，達到無干涉，機構機械配合簡單有效。

裝置外觀簡潔緊湊，結合人機工程學原理加裝把手采用環保材料制作并可選不同顏色，同時簡潔的設計有利于維護清洗，根據不同寵物的特征，巧妙設計引導立柱等，充分挖掘了產品的潛在使用價值和經濟價值。

本裝置所選電控等部件均可以市場或網絡上購買，技術成熟價格便宜。量產后每臺成本可控制在一百七十多元，具體預算表如表1 所示。產品最后單價符合了消費者心理價位，解決了經濟性問題。

表1 寵物廁所裝置單價成本預算表（參數價格均參考阿里巴巴批發網）

4 寵物廁所裝置的樣機試制驗證與市場推廣前景分析

為了驗證設計方案的各項參數指標，進行了原理樣機的試制和實驗，試制過程如圖8 所示。通過原理樣機的試制和實驗，結合方案題設目標驗證了裝置整體方案的功能性和合理性，同時，調試驗證了機械機構的可操作性、聯動性，控制部分合理性和協調性。由于3D 打印設備尺寸有限樣機模型進行了縮小制作，因此未能讓寵物進行實際使用。但總體上通過樣機的試制，理實結合的驗證本裝置研發設計過程和結果的合理性。

圖8 裝置原理樣機試制及調試過程

通過以上實物樣機的論證，再不斷對設計方案進行優化，制定產品制造的方法，完善產品制作的工藝，歸納產品的原理和圖紙，尋求外部的投資與技術支持，以推動本裝置的產品化并達到量產最終能進行市場推廣。

5 結束語

以上寵物廁所裝置的研發設計過程，采用專業的知識和技能結合機械創新設計的設計思維、創新設計原理和設計技法展示了新產品設計研發的過程與方法，過程和方法具有一定的創新性。同時，寵物廁所裝置產品本身的設計原理，功能解決及其結構外觀設計等方面，為該領域該類型的產品設計與研發提供了理實一體的設計制作思路、方法、過程等各方面的參考。