作品名稱：智能寵物集便裝置
學校名稱：煙臺大學
參賽隊伍：智能寵物集便裝置
參賽學生：曹慶昊 耿達
指導老師：冷惠文 邢恩輝
摘 要
目前越來越多的城市家庭在樓房里養狗，但是狗狗的排便問題給養狗人帶來了極大的困擾，如何簡單快捷而又干凈的處理寵物狗的排便問題，是眾多養寵物家庭共同的需求。本產品主要由送紙裝置、折疊裝置，密封傳動裝置以及傳感器模塊組成，主要應用于寵物狗的排便清潔。狗狗經過一定訓練之后，在指定位置排便，機器通過傳送裝置自動把糞便送入垃圾袋并密封起來，解決了城市用戶樓房養狗臟亂的難題，簡單實用。
關鍵詞:操作靈活 寵物伴侶 自動清潔 自動出紙
智能寵物集便器具有簡單實用，干凈、可靠性高，自動集便等優點，只需人把垃圾袋套入機器的集便口，集便器平臺上鋪有狗尿片，尿片可自動更換。當寵物狗在機器上排便之后，機器便可自動集便。機器主要由送紙裝置、折疊裝置，密封傳動裝置以及傳感器模塊組成。機器平臺采用分離式平臺設計，可以上下左右折疊。尿片置于平臺上，寵物排泄之后進行密封折疊，折疊后的尿片由推紙裝置推入垃圾袋中。通過傳動滾輪與熱封裝置把垃圾袋密封，集便完。狗狗主人只要在寵物排便之后更換垃圾袋即可。簡單實用而且非常干凈，最大程度上保持家居的干凈。
圖1 整體效果圖
Figure 1 General Structure
隨著我國城市化進程的加快以及人民生活水平的提高，家養寵物狗也越來越普遍，許多空巢老人以及很多喜歡寵物的人們也越來越喜歡在家中飼養寵物狗， 但在家中飼養寵物狗，尤其是城市中的家庭，寵物狗的犬糞收集成為了一個很大的難題，城市家庭中寵物狗糞便的收集大多需要人工協助，而且需要人工去打掃，收拾。很難做到對犬便及時收集，及時處理。容易在家中產生很大的氣味，而且犬便中夾雜很多病菌，及時不能密封處理容易在家中造成病菌的傳播，不利于家人的健康，本產品創新性的可自動收集寵物糞便，極大的解決了寵物糞便難以收集的問題，產品單實用，干凈、可靠性高，可自動集便，只需人工把垃圾袋套入機器的集便口，當寵物在機器上排便之后，機器便可自動集便。簡單實用而且非常干凈，最大程度上保持家居的干凈。智能寵物集便器能夠及時收集打包狗狗的排泄物，減少了犬糞中病菌的傳播，避免因犬糞中病菌的傳播使家人患病。狗狗在家中排便方便，減少了人們外出遛狗時狗狗排便的次數，能夠保護公共場所衛生環境，減少人們因不小心踩到狗狗糞便摔倒的風險，同時氣溫高的時候，人們也不會因為犬便的散發而產生不悅的心情。也方便了寵物的日常生活，減輕了人們照顧寵物的負擔，迎合了寵物產業的發展。
目前大多數的寵物狗廁所都是簡單的一個平臺，沒有任何自動化設施，狗狗排便之后還需要人工去刷洗，再就是沖水狗廁所，需要對廁所排水管道等設備進行單獨的改進，很多家庭都沒有改造條件，費時費力而且效果不理想，一款自動寵物狗廁所是眾多城市養狗家庭所急需的。
Figure 2 Background of the design
智能寵物狗集便器由送紙裝置、折疊裝置，密封傳動裝置以及傳感器模塊四部分組成，在一側設置一個儲紙盒，里面裝有紙尿片 ，通過舵機相互配合實現自動出紙。在紙箱底部裝有套袋密封裝置，負責收集用過的尿片。送紙機構送紙，折疊機構把排泄物包裝折疊，密封傳動裝置負責收集，各機構相互配合，從而實現寵物集便自動化。此裝置不僅實現了整個集便過程自動化，垃圾袋為長筒袋，可一次一換，也可幾次一換，簡單實用干凈整潔。
4.1整體結構
圖3 整體結構
如圖本產品整體由鋁型材搭建而成，載物平臺為可折疊型設計，整體有一定斜度，方便狗狗小便的收集，折疊機構可以通過折疊把尿片疊起來，一定程度上使得收集裝袋更加方便。收集部分通過控制轉軸與熱封機的配合來實現密封收集。
4.2送紙裝置
如圖4，送紙裝置由兩部分組成，一部是換紙機構，通過同步帶同步輪配合，舵機夾緊新的尿片，同步輪轉動，把尿片重新放在平臺上從而實現自動換紙。紙盒里的尿片采用市場上常用的抽紙方式進行折疊，簡單實用。
另一部分是滾輪輸送機構，同步輪轉動帶動推板，把折疊好的尿片推到滾輪位置，通過尿片本身重力和橡膠滾輪轉動的摩擦力，帶動紙前進，使尿片能夠更加容易的進入收集袋中。
送紙夾紙機構同步協調，整個送紙裝置由一臺電機進行驅動，機械結構精簡，實用可靠
4.3折疊裝置
平臺由四塊可折疊板材組成，平臺下方裝有舵機，通過舵機帶動雙搖桿機構來實現平臺的折疊功能。尿片置于平臺上，狗狗排便完之后由折疊裝置進行簡單折疊，方便最后的收集。
圖5 折疊裝置
4.4收集裝置
該裝置由兩個鉗型3D打印支撐件與一個橡膠滾輪組成，使用前把長筒袋套在支撐件上，袋口斜向上張開，在開口旁邊有一個可轉動的橡膠滾輪，當推紙裝置把折疊好的尿片推到收集袋口附近時，橡膠滾輪轉動，輔助尿片進入收集袋中。收集完畢后進行密封。
圖6 密封收集裝置
4.5傳動裝置
電機帶動同步輪轉動，送紙機構與橡膠滾輪同步通過同步輪傳動，在機器兩端裝有限位開關，從而判斷電機轉動狀態。
4.6控制與傳感模塊
本產品使用arduino控制，與重量傳感器，紅外傳感器與濕度傳感器相配合，來檢測寵物是否排便，以及大小便。通過濕度與重力對比，來控制機器開關。當寵物在機器上時，重量傳感裝置與紅外檢測裝置檢測到寵物在機器上，寵物小便由濕度傳感器感應，寵物大便之后重量會發生變化，同時激光對射裝置啟動，對集便器平面進行障礙掃描，以此來判斷尿片是是否有大便。
圖7 控制模塊
Figure 7 Control module
為了更好地了解整機的受力性能，增加整機的可靠性，特此對對光軸進行了有限元分析，如圖7所示，提前可以預知各處的受力情況，在后期的制作當中減少許多工作程序，從而減少整機的研發成本，更好的適應大眾，真正將機器運用到大眾的生活當中。
圖7 有限元分析
Figure 7 Finite element analysis
1、 本產品通過arduino控制，通過紅外傳感器與重量傳感器相互配合，可對寵物的排便進行實時有效監測，實現對狗狗便便的自動收集，減少狗狗糞便氣味的擴散。
2、 人性化設計，產品設計符合寵物排便的習慣，使寵物排便舒適，可隨時排便，使寵物得到更好的照顧，也方便寵物的健康。
3、 自動化程度高，全程可自動控制。不必人工清掃，可長期使用。
隨著我國城市化進程的加快以及人民生活水平的提高，家養寵物狗也越來越普遍，許多空巢老人以及很多喜歡寵物的人們也越來越喜歡在家中飼養寵物狗， 但在家中飼養寵物狗，尤其是城市中的家庭，寵物狗的犬糞收集成為了一個很大的難題，城市家庭中寵物狗糞便的收集大多需要人工協助，而且需要人工去打掃，收拾。很難做到對犬便及時收集，及時處理。容易在家中產生很大的氣味，而且犬便中夾雜很多病菌，及時不能密封處理容易在家中造成病菌的傳播，不利于家人的健康，本產品創新性的可自動收集寵物糞便，極大的解決了寵物糞便難以收集的問題，產品有簡單實用，干凈、可靠性高，自動集便等優點，只需人工把垃圾袋套入機器的集便口之后，當寵物在機器上排便之后，機器便可自動集便。簡單實用而且非常干凈，最大程度上保持家居的干凈，在家中及時對犬糞收集，減少了犬糞中病菌的傳播，避免因犬糞中病菌的傳播使家人患病。狗狗在家中排便方便，減少了人們外出遛狗時狗狗排便的次數，能夠保護公共場所衛生環境，減少人們因不小心踩到狗狗糞便摔倒的風險，同時氣溫高的時候，人們也不會因為犬便的散發而產生不悅的心情。也方便了寵物的日常生活，減輕了人們照顧寵物的負擔，迎合了寵物產業的發展。本產品正適用于社會的需求，具有廣闊的市場前景。
