固定式宠物粪便清理机的设计与实现

屈靖怡 雷俊瑶 武晓剑 刘景泰 杨昀昊

（东北林业大学，黑龙江 哈尔滨150000）

1 概述

近年来，居民生活水平普遍有所提高，许多居民都开始饲养宠物，特别是宠物狗，深受老人和一些年轻人的喜爱。然而主人遛狗过程中宠物产生的粪便，不仅影响环境美观和市民出行，犬粪中还经常存有寄生虫，易滋生大量致病细菌，会将疾病传播给免疫力较差的人，因此犬粪的及时清理显得尤其重要。

2 市场现状以及研究分析

目前对此问题的解决方法有以下几种：

2.1 制定相关管理规定：目前，《北京市养犬管理规定》中有相关规定，但罚款力度不大不能引起市民的重视，且人工管理容易产生疏忽，不能起到很好的管理效果。

2.2 社区公共区域设置提醒标志：如“文明养犬”的标识牌、宠物粪便回收箱、提供拾便袋等，但这些资源有时会被错误利用，实际使用时也会带来麻烦。

2.3 利用拾便器人工处理粪便：小型拾便器不适用于大型宠物犬，清理起来不方便；长柄型拾便器解决不了其它诸如清理不干净、仍需冲刷粪便污渍、效率低等问题。

2.4 设立宠物公厕：如德国设立“宠物犬服务站”系统，但效果不佳，不仅耗费人力物力，而且臭气难以消除，冲洗的水同样造成新的污染。

2.5 粪便清除装置：现有产品存在体积大，使用起来笨重、智能化较差、外观死板等问题。

3 设计功能与实现

3.1 外观设计

该固定式宠物粪便处理器分为两个部分：粪便收集部分和粪便冲水部分。粪便收集部分由外壳、可移动接板、底座组成。冲水部分由水箱、内部水管、和冲水管道组成。

在整体形态上，该装置采用半开放式的设计，两侧外壳直立放置，顶部有微微的弧度向内靠拢，半开放式的环境会使得宠物进入后不会感到压抑和不安，为狗狗打造舒适环境，以便引导狗狗在此处排便。在两侧外壳的内侧，设有树干纹理，其颜色、质感和纹路的仿真设计，很大程度上还原了大树树干侧面的生态环境，同时此装置还会模拟树干周围的声音环境，例如鸟叫、蝉鸣等等。在色彩上，整体采用赭石色，赭石色是一种偏向泥土的颜色，有亲近自然之感，色彩的设计也使得狗狗更愿意接近从而使用此装置。在局部花纹上，经过调查发现，宠物狗喜欢的形状有圆球形、骨头形、便于撕咬的长条形状、动物造型、其它奇特形状等，所以在此产品上选择了狗爪印作为吸引宠物狗的形状元素，狗爪印在夜晚可以发出淡淡的、柔和的暖光来吸引狗狗，符合宠物心理和宠物行为。

图1 宠物粪便清理机外观图

图2 宠物粪便清理机环境图

3.2 材料选取

3.2.1 两侧外壳材料。两侧外壳的材料选取为木制材料，因为两侧外壳的内侧是模拟大树树干的纹理和形状，所以采用木质材料更加贴切，此外，木质材料也是具有贴近自然的一种材料，便于加工纹理。木材具有重量轻、强重比高、弹性好、耐冲击、纹理色调丰富美观、加工容易等优点，作为两侧高度较高的挡板较为合适，且不会对整体的稳定性造成很大影响。

3.2.2 冲水部分。冲水部分连接下水道部分的材料采用粘土，粘土具有可塑性、结合性、触变性，粘土经过搅拌、模具成型、烧制、上色后做成，这种材料防水性能极好，能够抵抗管道内频繁经过的水流。

3.3 结构参数和内部原理

3.3.1 结构参数。根据宠物粪便清理机的需求，将底部高度设置为190mm。根据计算和实验，将可移动板子的厚度设置为40mm。内部空间高度设置为908mm，内部宽度设置为790mm，内部深度设置为80mm。装置整体长度为850mm，宽度为1100mm，高度为1138mm。装置整体采用大尺寸设计，适用于小型犬、中型犬和大型犬。

图3 宠物粪便清理机尺寸图

3.3.2 内部原理。该产品通过一个液晶显示屏和主控模块连接，检测通电情况、水位的测量和板子的位置是否正确。宠物排便时，STM32 主控板红外线接收装置感应到宠物的热量，在热量消失后两秒，红外线持续监测装置经过光电转化后发出触发脉冲给控制电路，接收到信号之后，主控板控住分离装置的板子升起；底板升起后，压力传感器检测到有重物落入，返回主控板完成信号，使主控板发出冲水启动信号，电控装置接收到信号之后控制机械部分打开水闸开始冲水。同时主控板经过7 秒延时后，放下板子，同时进行泵水，通过存水装置上的压力传感器检测水位以及泵水是否正常，若不正常，则通过传送信号给主控板发出报警信号。此外还有一个可以给主控板发出冲水信号的手动冲水按钮。

图4 技术实现原理图

3.4 基本功能以及实现

3.4.1 吸引宠物排便。社区相关工作人员会在宠物厕所内喷洒一定的“宠物诱便液”，来吸引宠物前来排便；宠物厕所外观设有宠物感兴趣的“狗爪”图案，内部两侧模拟大树纹理和相关声音、光线等等，符合宠物生活行为习惯，可以吸引宠物兴趣，同时宠物厕所保持长期开放，因为主人在小区带领宠物散步的时间和路线基本固定，可定点定期引导宠物到此排便，使得宠物形成习惯。同时，宠物粪便处理器旁边配有狗粮和训练指南等，帮助主人有效训练宠物狗定点排便。

3.4.2 接收和处理宠物粪便。接收宠物粪便的装置为具有一定凹陷的底板，底板下部设置有凸轮，底板靠近冲水系统的一侧连接有合页。宠物排便完成离开之后，底板下部的凸轮转动，带动底板绕轴转动一个角度，宠物粪便就可以顺势滑下进入冲水区了。

3.4.3 使用流程。该产品的使用流程如下：宠物狗进入固定式宠物厕所——宠物狗进行排便——宠物狗离开——红外检测到宠物狗离开——底板上升倾斜——底板抖动——粪便落入冲水管道——自动冲水——粪便进入下水系统。

图5 产品部分构造示意图

4 创新点和前景分析

4.1 创新点

本产品创新点主要分为三点：

4.1.1 本产品基于宠物心理进行了一系列设计，通过对宠物感官的刺激，引导宠物到指定地点进行排便，而不是强制，使得宠物舒适地进行整个排便过程。

4.1.2 本产品实现了部分功能自动化，有利于减轻工作人员任务量，有利于创建美好的社区环境。

4.1.3 整个工作流程流畅统一，宠物铲屎冲水一体化，使用方便。

4.2 前景分析

本产品体现了对宠物狗的规范管理，在一定程度上也体现了对人类的朋友——宠物狗的关爱；同时，如果本产品能够在各个社区普及，将会很大程度上减轻相关工作人员的工作量，实现机器的自动化，加速智慧城市愿景的实现。

5 结论

固定式宠物粪便清理机是一款集粪便收集、运送、冲水功能为一体的自动化机器，有利于社区宠物管理及智慧城市的实现，对市民、宠物以及整个社会都有很大益处。