寵物廁所裝置的設(shè)計

農(nóng)田友，黃勝存，陸尚平

（廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南寧 530023）

0 引言

隨著人們生活水平的提高，飼養(yǎng)寵物成為很多家庭及個人生活、休閑娛樂的選擇。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)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(jù)不完全統(tǒng)計到目前我國寵物的數(shù)量已經(jīng)超過一億只，并仍在持續(xù)快速增加中。同時隨著現(xiàn)代生活工作節(jié)奏加快，特別是年輕人，更缺少時間來養(yǎng)護(hù)寵物。因此，寵物的產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模不斷的擴(kuò)大，市場潛力巨大。同時數(shù)據(jù)分析顯示，目前寵物產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展期（2010-2020年）：居民在寵物身上的消費(fèi)觀念進(jìn)一步改善，加之資本的持續(xù)布局，在消費(fèi)升級和養(yǎng)寵限制放寬等因素作用下，國內(nèi)寵物產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，2016 年產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)1220 億元，近6 年復(fù)合增速為43.45%，預(yù)計2020年市場規(guī)模將達(dá)2434 億元[1]。

針對以上的數(shù)據(jù)對現(xiàn)有相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行查閱和分析結(jié)合實地調(diào)研。通過與貓狗寵物飼養(yǎng)者進(jìn)行交流，從中發(fā)掘市場及客戶需求痛點(diǎn)，確定以貓狗寵物的糞便處理為研究突破口，進(jìn)行研究與設(shè)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(wèi)生的解決方案。

1 目前市場上寵物廁所及其相關(guān)產(chǎn)品的現(xiàn)狀分析

目前，國內(nèi)家庭處理寵物糞便的方式主要有兩種。

第一，大多數(shù)貓狗飼養(yǎng)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(qū)設(shè)立公共的寵物廁所，有如圍建相應(yīng)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(wèi)生產(chǎn)生不好的影響同時也給環(huán)衛(wèi)工人增加了很大的工作量。

第二，調(diào)查顯示，有相當(dāng)部分寵物飼養(yǎng)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(guān)寵物糞便處理設(shè)備或者寵物廁所，目前市場上的產(chǎn)品大多如下幾種產(chǎn)品：

（1）簡易的寵物便盆，產(chǎn)品樣式如圖1 所示。其產(chǎn)品特點(diǎn)有，具有針對性的設(shè)計，如產(chǎn)品外觀和樣式簡潔實用。同時，選擇易沖洗的塑料材質(zhì)、價格便宜等。但是，產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(jié)構(gòu)設(shè)計并不是很合理，功能上和結(jié)構(gòu)上有提升和改進(jìn)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(fā)現(xiàn)此類產(chǎn)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(fā)現(xiàn)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(chǎn)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(shè)計思路

通過收集數(shù)據(jù)并分析，結(jié)合實地調(diào)查反饋，對于寵物廁所裝置有如下方面指標(biāo)需要解決和改進(jìn)。

（1）產(chǎn)品良好的功能性，調(diào)研數(shù)據(jù)反饋顯示大多數(shù)年輕寵物飼養(yǎng)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(yǎng)者非常歡迎有一款產(chǎn)品能進(jìn)行自動處理寵物的排泄物。

（2）產(chǎn)品便捷的操控性，調(diào)查反饋還有重要一點(diǎn)，消費(fèi)者希望產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單、操作簡易，排斥界面復(fù)雜操作繁瑣的產(chǎn)品。

（3）產(chǎn)品合理的結(jié)構(gòu)，對比市面上的產(chǎn)品，分析顯示目前大多自動寵物廁所做工粗糙、結(jié)構(gòu)繁瑣而不易維護(hù)清洗，有改進(jìn)和提升的空間，應(yīng)根據(jù)實際的工作原理和工作過程合理解決產(chǎn)品的方案設(shè)計。力求做到簡潔、干凈、衛(wèi)生好維護(hù)和好打理。

（4）產(chǎn)品美觀的外形，結(jié)合年輕消費(fèi)者的喜好和寵物的習(xí)性等因素利用工業(yè)設(shè)計原理及方法提升產(chǎn)品色彩及外觀等，發(fā)揮產(chǎn)品的潛在價值。

（5）產(chǎn)品良好的經(jīng)濟(jì)性，受訪者并不愿花費(fèi)太多去購買相應(yīng)的產(chǎn)品，同時作為設(shè)計者應(yīng)遵循產(chǎn)品的價值優(yōu)化原理，優(yōu)化產(chǎn)品的功能同時力求產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)的成本從而達(dá)到提升產(chǎn)品的價值。

綜上，運(yùn)用機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計綜合創(chuàng)新原理，將產(chǎn)品的各個方面、各個部分各個因素聯(lián)系起來加以考慮，從整體上把握產(chǎn)品的本質(zhì)和規(guī)律[2]，因此確定產(chǎn)品設(shè)計思路為具有自動功能的裝置擬采取機(jī)械和電子控制有機(jī)結(jié)合來實現(xiàn)產(chǎn)品的功能性指標(biāo)。為達(dá)到產(chǎn)品的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)先考慮目前現(xiàn)有成熟可靠的設(shè)備和技術(shù)。

3 寵物廁所裝置的設(shè)計方案與工作原理

把握產(chǎn)品總體設(shè)計思路后，利用分離原理將產(chǎn)品分割為幾個模塊加以研究設(shè)計尋求解決方案，結(jié)構(gòu)部分方案通過SolidWorks 工程軟件進(jìn)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(jìn)，將方案分解并進(jìn)一步細(xì)化產(chǎn)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(xì)化設(shè)計

所有零部件結(jié)合生產(chǎn)加工工藝的考慮進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，產(chǎn)品的確定方案結(jié)構(gòu)爆炸展示如圖6 所示。最終將三維零部件進(jìn)行裝配，完成裝置方案設(shè)計，如圖7 所示。

圖6 寵物廁所裝置方案結(jié)構(gòu)爆炸圖

圖7 寵物廁所裝置最終方案設(shè)計

裝置工作原理：經(jīng)過訓(xùn)練的貓狗寵物通過臺階進(jìn)入到裝置主體（雄性狗可加裝立柱），設(shè)置紅外感應(yīng)器以一次遮擋和離開為一次指令，通過控制器設(shè)置，貓狗寵物進(jìn)入裝置主體排便完成并離開后紅外感應(yīng)器的指令通過控制器的設(shè)置，激發(fā)一次電機(jī)信號，電機(jī)帶動網(wǎng)梳旋轉(zhuǎn)45°，由于直齒輪組反向旋轉(zhuǎn)的原理，兩個網(wǎng)梳反向旋轉(zhuǎn)構(gòu)成相對90°傾斜，同時控制器激發(fā)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(jìn)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(wèi)生間排水管連接排走排泄物。經(jīng)過控制器計時電機(jī)復(fù)位及增壓泵停止工作后，自動開啟紫色紅色燈組，持續(xù)一定時間，此過程紫光燈起到滅菌除味作業(yè)，紅外光燈起到烘干作用。通過以上循環(huán)工作，完成了裝置預(yù)期的功能性、便捷性等目標(biāo)。

利用工業(yè)設(shè)計原理及方法，優(yōu)化了裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計將各機(jī)構(gòu)有機(jī)合理的組合，對方案進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真，達(dá)到無干涉，機(jī)構(gòu)機(jī)械配合簡單有效。

裝置外觀簡潔緊湊，結(jié)合人機(jī)工程學(xué)原理加裝把手采用環(huán)保材料制作并可選不同顏色，同時簡潔的設(shè)計有利于維護(hù)清洗，根據(jù)不同寵物的特征，巧妙設(shè)計引導(dǎo)立柱等，充分挖掘了產(chǎn)品的潛在使用價值和經(jīng)濟(jì)價值。

本裝置所選電控等部件均可以市場或網(wǎng)絡(luò)上購買，技術(shù)成熟價格便宜。量產(chǎn)后每臺成本可控制在一百七十多元，具體預(yù)算表如表1 所示。產(chǎn)品最后單價符合了消費(fèi)者心理價位，解決了經(jīng)濟(jì)性問題。

表1 寵物廁所裝置單價成本預(yù)算表（參數(shù)價格均參考阿里巴巴批發(fā)網(wǎng)）

4 寵物廁所裝置的樣機(jī)試制驗證與市場推廣前景分析

為了驗證設(shè)計方案的各項參數(shù)指標(biāo)，進(jìn)行了原理樣機(jī)的試制和實驗，試制過程如圖8 所示。通過原理樣機(jī)的試制和實驗，結(jié)合方案題設(shè)目標(biāo)驗證了裝置整體方案的功能性和合理性，同時，調(diào)試驗證了機(jī)械機(jī)構(gòu)的可操作性、聯(lián)動性，控制部分合理性和協(xié)調(diào)性。由于3D 打印設(shè)備尺寸有限樣機(jī)模型進(jìn)行了縮小制作，因此未能讓寵物進(jìn)行實際使用。但總體上通過樣機(jī)的試制，理實結(jié)合的驗證本裝置研發(fā)設(shè)計過程和結(jié)果的合理性。

圖8 裝置原理樣機(jī)試制及調(diào)試過程

通過以上實物樣機(jī)的論證，再不斷對設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化，制定產(chǎn)品制造的方法，完善產(chǎn)品制作的工藝，歸納產(chǎn)品的原理和圖紙，尋求外部的投資與技術(shù)支持，以推動本裝置的產(chǎn)品化并達(dá)到量產(chǎn)最終能進(jìn)行市場推廣。

5 結(jié)束語

以上寵物廁所裝置的研發(fā)設(shè)計過程，采用專業(yè)的知識和技能結(jié)合機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計的設(shè)計思維、創(chuàng)新設(shè)計原理和設(shè)計技法展示了新產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)的過程與方法，過程和方法具有一定的創(chuàng)新性。同時，寵物廁所裝置產(chǎn)品本身的設(shè)計原理，功能解決及其結(jié)構(gòu)外觀設(shè)計等方面，為該領(lǐng)域該類型的產(chǎn)品設(shè)計與研發(fā)提供了理實一體的設(shè)計制作思路、方法、過程等各方面的參考。