宠物厕所装置的设计

农田友，黄胜存，陆尚平

（广西水利电力职业技术学院，南宁 530023）

0 引言

随着人们生活水平的提高，饲养宠物成为很多家庭及个人生活、休闲娱乐的选择。据数据统计，2014 年我国人均宠物拥有量大概0.06 只，与美国、巴西等国家相比存在显著差距，但据不完全统计到目前我国宠物的数量已经超过一亿只，并仍在持续快速增加中。同时随着现代生活工作节奏加快，特别是年轻人，更缺少时间来养护宠物。因此，宠物的产业链规模不断的扩大，市场潜力巨大。同时数据分析显示，目前宠物产业已经进入快速发展期（2010-2020年）：居民在宠物身上的消费观念进一步改善，加之资本的持续布局，在消费升级和养宠限制放宽等因素作用下，国内宠物产业快速发展，2016 年产业规模达1220 亿元，近6 年复合增速为43.45%，预计2020年市场规模将达2434 亿元[1]。

针对以上的数据对现有相关产品进行查阅和分析结合实地调研。通过与猫狗宠物饲养者进行交流，从中发掘市场及客户需求痛点，确定以猫狗宠物的粪便处理为研究突破口，进行研究与设计。旨在寻求猫狗宠物粪便处理过程中一个简单、实用、便捷、卫生的解决方案。

1 目前市场上宠物厕所及其相关产品的现状分析

目前，国内家庭处理宠物粪便的方式主要有两种。

第一，大多数猫狗饲养家庭会每天定期将宠物溜出户外，给宠物在户外的绿化带甚至在路边电线杆排泄。同时，有部分城市或者部分小区设立公共的宠物厕所，有如围建相应的沙池、草地等提供给宠物排泄。以上的处理方法并不可取与提倡，不仅对公共卫生产生不好的影响同时也给环卫工人增加了很大的工作量。

第二，调查显示，有相当部分宠物饲养家庭会在家里购买如塑料盆或者简易宠物厕所让猫狗宠物排泄，然后定期人工处理宠物排泄物。参照此类宠物粪便处理方式，查阅相关宠物粪便处理设备或者宠物厕所，目前市场上的产品大多如下几种产品：

（1）简易的宠物便盆，产品样式如图1 所示。其产品特点有，具有针对性的设计，如产品外观和样式简洁实用。同时，选择易冲洗的塑料材质、价格便宜等。但是，产品功能单一，宠物的排泄物仍需人工处理和冲洗如不及时处理可能产生异味等。

图1 简易宠物便盆

（2）具有自动冲洗功能的猫狗宠物厕所。该类产品目前市面上很少。通过对比分析，此类自动宠物厕所有些结构设计并不是很合理，功能上和结构上有提升和改进的空间，有如图2 所示装置。

图2 自动宠物便盆

（3）具有自动收集排泄物的宠物便盆，我们发现此类产品的体积并不是很大，所以排泄物收集容器体积也不大，最多能装一到两次的猫狗排泄物。以此同时，发现此类装置能较好处理猫狗的尿液，而如粪便等固体排泄物其并没有解决办法，产品样式如图3所示。

图3 自动宠物尿盆

2 本宠物厕所装置的设计思路

通过收集数据并分析，结合实地调查反馈，对于宠物厕所装置有如下方面指标需要解决和改进。

（1）产品良好的功能性，调研数据反馈显示大多数年轻宠物饲养者不一定有时间每天出来遛宠物，同时也不一定有时间每天打理猫狗宠物的排泄物，因此大多饲养者非常欢迎有一款产品能进行自动处理宠物的排泄物。

（2）产品便捷的操控性，调查反馈还有重要一点，消费者希望产品结构简单、操作简易，排斥界面复杂操作繁琐的产品。

（3）产品合理的结构，对比市面上的产品，分析显示目前大多自动宠物厕所做工粗糙、结构繁琐而不易维护清洗，有改进和提升的空间，应根据实际的工作原理和工作过程合理解决产品的方案设计。力求做到简洁、干净、卫生好维护和好打理。

（4）产品美观的外形，结合年轻消费者的喜好和宠物的习性等因素利用工业设计原理及方法提升产品色彩及外观等，发挥产品的潜在价值。

（5）产品良好的经济性，受访者并不愿花费太多去购买相应的产品，同时作为设计者应遵循产品的价值优化原理，优化产品的功能同时力求产品经济的成本从而达到提升产品的价值。

综上，运用机械创新设计综合创新原理，将产品的各个方面、各个部分各个因素联系起来加以考虑，从整体上把握产品的本质和规律[2]，因此确定产品设计思路为具有自动功能的装置拟采取机械和电子控制有机结合来实现产品的功能性指标。为达到产品的可靠性和经济性，优先考虑目前现有成熟可靠的设备和技术。

3 宠物厕所装置的设计方案与工作原理

把握产品总体设计思路后，利用分离原理将产品分割为几个模块加以研究设计寻求解决方案，结构部分方案通过SolidWorks 工程软件进行建模，建立初步原理方案，初步原理方案如图4 所示。

图4 宠物厕所装置初步原理方案

不断通过讨论和改进，将方案分解并进一步细化产品零部件，过程如图5 所示。

图5 宠物厕所装置零部件分解细化设计

所有零部件结合生产加工工艺的考虑进行结构优化设计，产品的确定方案结构爆炸展示如图6 所示。最终将三维零部件进行装配，完成装置方案设计，如图7 所示。

图6 宠物厕所装置方案结构爆炸图

图7 宠物厕所装置最终方案设计

装置工作原理：经过训练的猫狗宠物通过台阶进入到装置主体（雄性狗可加装立柱），设置红外感应器以一次遮挡和离开为一次指令，通过控制器设置，猫狗宠物进入装置主体排便完成并离开后红外感应器的指令通过控制器的设置，激发一次电机信号，电机带动网梳旋转45°，由于直齿轮组反向旋转的原理，两个网梳反向旋转构成相对90°倾斜，同时控制器激发增压泵工作，连接自来水的水管向装置主体喷出高压水雾，对宠物粪便进行冲洗，控制合适的时间完成一次宠物粪便的自动冲洗。装置排污管可与家庭阳台排水管或者卫生间排水管连接排走排泄物。经过控制器计时电机复位及增压泵停止工作后，自动开启紫色红色灯组，持续一定时间，此过程紫光灯起到灭菌除味作业，红外光灯起到烘干作用。通过以上循环工作，完成了装置预期的功能性、便捷性等目标。

利用工业设计原理及方法，优化了装置的结构设计将各机构有机合理的组合，对方案进行机构运动仿真，达到无干涉，机构机械配合简单有效。

装置外观简洁紧凑，结合人机工程学原理加装把手采用环保材料制作并可选不同颜色，同时简洁的设计有利于维护清洗，根据不同宠物的特征，巧妙设计引导立柱等，充分挖掘了产品的潜在使用价值和经济价值。

本装置所选电控等部件均可以市场或网络上购买，技术成熟价格便宜。量产后每台成本可控制在一百七十多元，具体预算表如表1 所示。产品最后单价符合了消费者心理价位，解决了经济性问题。

表1 宠物厕所装置单价成本预算表（参数价格均参考阿里巴巴批发网）

4 宠物厕所装置的样机试制验证与市场推广前景分析

为了验证设计方案的各项参数指标，进行了原理样机的试制和实验，试制过程如图8 所示。通过原理样机的试制和实验，结合方案题设目标验证了装置整体方案的功能性和合理性，同时，调试验证了机械机构的可操作性、联动性，控制部分合理性和协调性。由于3D 打印设备尺寸有限样机模型进行了缩小制作，因此未能让宠物进行实际使用。但总体上通过样机的试制，理实结合的验证本装置研发设计过程和结果的合理性。

图8 装置原理样机试制及调试过程

通过以上实物样机的论证，再不断对设计方案进行优化，制定产品制造的方法，完善产品制作的工艺，归纳产品的原理和图纸，寻求外部的投资与技术支持，以推动本装置的产品化并达到量产最终能进行市场推广。

5 结束语

以上宠物厕所装置的研发设计过程，采用专业的知识和技能结合机械创新设计的设计思维、创新设计原理和设计技法展示了新产品设计研发的过程与方法，过程和方法具有一定的创新性。同时，宠物厕所装置产品本身的设计原理，功能解决及其结构外观设计等方面，为该领域该类型的产品设计与研发提供了理实一体的设计制作思路、方法、过程等各方面的参考。