摘  要

目前越来越多的城市家庭在楼房里养狗，但是狗狗的排便问题给养狗人带来了极大的困扰，如何简单快捷而又干净的处理宠物狗的排便问题，是众多养宠物家庭共同的需求。本产品主要由送纸装置、折叠装置，密封传动装置以及传感器模块组成，主要应用于宠物狗的排便清洁。狗狗经过一定训练之后，在指定位置排便，机器通过传送装置自动把粪便送入垃圾袋并密封起来，解决了城市用户楼房养狗脏乱的难题，简单实用。

关键词:操作灵活  宠物伴侣  自动清洁  自动出纸

一、概述

智能宠物集便器具有简单实用，干净、可靠性高，自动集便等优点，只需人把垃圾袋套入机器的集便口，集便器平台上铺有狗尿片，尿片可自动更换。当宠物狗在机器上排便之后，机器便可自动集便。机器主要由送纸装置、折叠装置，密封传动装置以及传感器模块组成。机器平台采用分离式平台设计，可以上下左右折叠。尿片置于平台上，宠物排泄之后进行密封折叠，折叠后的尿片由推纸装置推入垃圾袋中。通过传动滚轮与热封装置把垃圾袋密封，集便完。狗狗主人只要在宠物排便之后更换垃圾袋即可。简单实用而且非常干净，最大程度上保持家居的干净。

图1  整体效果图

Figure 1  General Structure

二、研制背景及意义

随着我国城市化进程的加快以及人民生活水平的提高，家养宠物狗也越来越普遍，许多空巢老人以及很多喜欢宠物的人们也越来越喜欢在家中饲养宠物狗， 但在家中饲养宠物狗，尤其是城市中的家庭，宠物狗的犬粪收集成为了一个很大的难题，城市家庭中宠物狗粪便的收集大多需要人工协助，而且需要人工去打扫，收拾。很难做到对犬便及时收集，及时处理。容易在家中产生很大的气味，而且犬便中夹杂很多病菌，及时不能密封处理容易在家中造成病菌的传播，不利于家人的健康，本产品创新性的可自动收集宠物粪便，极大的解决了宠物粪便难以收集的问题，产品单实用，干净、可靠性高，可自动集便，只需人工把垃圾袋套入机器的集便口，当宠物在机器上排便之后，机器便可自动集便。简单实用而且非常干净，最大程度上保持家居的干净。智能宠物集便器能够及时收集打包狗狗的排泄物，减少了犬粪中病菌的传播，避免因犬粪中病菌的传播使家人患病。狗狗在家中排便方便，减少了人们外出遛狗时狗狗排便的次数，能够保护公共场所卫生环境，减少人们因不小心踩到狗狗粪便摔倒的风险，同时气温高的时候，人们也不会因为犬便的散发而产生不悦的心情。也方便了宠物的日常生活，减轻了人们照顾宠物的负担，迎合了宠物产业的发展。

目前大多数的宠物狗厕所都是简单的一个平台，没有任何自动化设施，狗狗排便之后还需要人工去刷洗，再就是冲水狗厕所，需要对厕所排水管道等设备进行单独的改进，很多家庭都没有改造条件，费时费力而且效果不理想，一款自动宠物狗厕所是众多城市养狗家庭所急需的。

图2  设计背景

Figure 2  Background of the design

三、方案设计

智能宠物狗集便器由送纸装置、折叠装置，密封传动装置以及传感器模块四部分组成，在一侧设置一个储纸盒，里面装有纸尿片 ，通过舵机相互配合实现自动出纸。在纸箱底部装有套袋密封装置，负责收集用过的尿片。送纸机构送纸，折叠机构把排泄物包装折叠，密封传动装置负责收集，各机构相互配合，从而实现宠物集便自动化。此装置不仅实现了整个集便过程自动化，垃圾袋为长筒袋，可一次一换，也可几次一换，简单实用干净整洁。

四、设计思路

4.1整体结构

图3 整体结构

如图本产品整体由铝型材搭建而成，载物平台为可折叠型设计，整体有一定斜度，方便狗狗小便的收集，折叠机构可以通过折叠把尿片叠起来，一定程度上使得收集装袋更加方便。收集部分通过控制转轴与热封机的配合来实现密封收集。

4.2送纸装置

如图4，送纸装置由两部分组成，一部是换纸机构，通过同步带同步轮配合，舵机夹紧新的尿片，同步轮转动，把尿片重新放在平台上从而实现自动换纸。纸盒里的尿片采用市场上常用的抽纸方式进行折叠，简单实用。

另一部分是滚轮输送机构，同步轮转动带动推板，把折叠好的尿片推到滚轮位置，通过尿片本身重力和橡胶滚轮转动的摩擦力，带动纸前进，使尿片能够更加容易的进入收集袋中。

     送纸夹纸机构同步协调，整个送纸装置由一台电机进行驱动，机械结构精简，实用可靠

图4  传送机构

4.3折叠装置

平台由四块可折叠板材组成，平台下方装有舵机，通过舵机带动双摇杆机构来实现平台的折叠功能。尿片置于平台上，狗狗排便完之后由折叠装置进行简单折叠，方便最后的收集。

图5 折叠装置

4.4收集装置

该装置由两个钳型3D打印支撑件与一个橡胶滚轮组成，使用前把长筒袋套在支撑件上，袋口斜向上张开，在开口旁边有一个可转动的橡胶滚轮，当推纸装置把折叠好的尿片推到收集袋口附近时，橡胶滚轮转动，辅助尿片进入收集袋中。收集完毕后进行密封。

图6 密封收集装置

4.5传动装置

电机带动同步轮转动，送纸机构与橡胶滚轮同步通过同步轮传动，在机器两端装有限位开关，从而判断电机转动状态。

4.6控制与传感模块

本产品使用arduino控制，与重量传感器，红外传感器与湿度传感器相配合，来检测宠物是否排便，以及大小便。通过湿度与重力对比，来控制机器开关。当宠物在机器上时，重量传感装置与红外检测装置检测到宠物在机器上，宠物小便由湿度传感器感应，宠物大便之后重量会发生变化，同时激光对射装置启动，对集便器平面进行障碍扫描，以此来判断尿片是是否有大便。

图7  控制模块

Figure 7  Control module

五、有限元分析

为了更好地了解整机的受力性能，增加整机的可靠性，特此对对光轴进行了有限元分析，如图7所示，提前可以预知各处的受力情况，在后期的制作当中减少许多工作程序，从而减少整机的研发成本，更好的适应大众，真正将机器运用到大众的生活当中。

图7 有限元分析

Figure 7  Finite element analysis

六、主要创新点

1、   本产品通过arduino控制，通过红外传感器与重量传感器相互配合，可对宠物的排便进行实时有效监测，实现对狗狗便便的自动收集，减少狗狗粪便气味的扩散。

2、    人性化设计，产品设计符合宠物排便的习惯，使宠物排便舒适，可随时排便，使宠物得到更好的照顾，也方便宠物的健康。

3、    自动化程度高，全程可自动控制。不必人工清扫，可长期使用。

七、应用前景

随着我国城市化进程的加快以及人民生活水平的提高，家养宠物狗也越来越普遍，许多空巢老人以及很多喜欢宠物的人们也越来越喜欢在家中饲养宠物狗， 但在家中饲养宠物狗，尤其是城市中的家庭，宠物狗的犬粪收集成为了一个很大的难题，城市家庭中宠物狗粪便的收集大多需要人工协助，而且需要人工去打扫，收拾。很难做到对犬便及时收集，及时处理。容易在家中产生很大的气味，而且犬便中夹杂很多病菌，及时不能密封处理容易在家中造成病菌的传播，不利于家人的健康，本产品创新性的可自动收集宠物粪便，极大的解决了宠物粪便难以收集的问题，产品有简单实用，干净、可靠性高，自动集便等优点，只需人工把垃圾袋套入机器的集便口之后，当宠物在机器上排便之后，机器便可自动集便。简单实用而且非常干净，最大程度上保持家居的干净，在家中及时对犬粪收集，减少了犬粪中病菌的传播，避免因犬粪中病菌的传播使家人患病。狗狗在家中排便方便，减少了人们外出遛狗时狗狗排便的次数，能够保护公共场所卫生环境，减少人们因不小心踩到狗狗粪便摔倒的风险，同时气温高的时候，人们也不会因为犬便的散发而产生不悦的心情。也方便了宠物的日常生活，减轻了人们照顾宠物的负担，迎合了宠物产业的发展。本产品正适用于社会的需求，具有广阔的市场前景。