李夢(mèng)璇，徐 瑩，郭蘭天，王 勇

（青島理工大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，山東 青島266525）

目前飼養(yǎng)寵物貓的群體逐漸增多，圖1為2017-2020年國(guó)內(nèi)飼養(yǎng)寵物貓數(shù)量的變化[1]。由于飼養(yǎng)者工作加班、出差旅游，導(dǎo)致寵物貓出現(xiàn)飲食問題，同時(shí)還存在寵物貓?bào)w重超標(biāo)、飼養(yǎng)寵物貓新手群體沒有飼養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)不會(huì)喂食和寵物貓污染食物等問題。現(xiàn)階段我國(guó)市場(chǎng)上主要銷售的是針對(duì)寵物貓而生產(chǎn)的半智能化裝置，但是在現(xiàn)實(shí)使用過程中不能保證寵物貓進(jìn)食量，不能根據(jù)寵物貓當(dāng)天的身體狀況而調(diào)整食物種類和食量。

圖1 2017-2020年國(guó)內(nèi)飼養(yǎng)寵物貓數(shù)量的變化

1 國(guó)內(nèi)外寵物行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)階段我國(guó)的飼養(yǎng)系統(tǒng)主要分為兩類：第一種是人工喂養(yǎng)，第二種則是智能的大型飼養(yǎng)設(shè)備。所以現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)對(duì)于寵物貓家用智能飼養(yǎng)的研究是極為缺乏的[2]。

在國(guó)外，因?yàn)橹悄芑捷^高，且寵物貓市場(chǎng)相對(duì)成熟，所以針對(duì)寵物貓的智能設(shè)備也較多，像是：petent智能喂養(yǎng)機(jī)、petpace寵物貓智能項(xiàng)圈、cleverpet寵物貓項(xiàng)圈等。其中較為成熟的petent智能喂養(yǎng)機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的寵物貓飼養(yǎng)操作，支持遠(yuǎn)程操控以及其他的一些功能[3]，但是相對(duì)而言，價(jià)格就比較高昂，除此以外petent智能喂養(yǎng)機(jī)對(duì)于寵物貓健康狀況的檢測(cè)與寵物貓的實(shí)時(shí)監(jiān)控也不夠到位[4]。

1.1 國(guó)內(nèi)寵物貓智能產(chǎn)品行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)已開始有多款功能各異的寵物貓飼養(yǎng)裝置，成為很多寵物貓用戶解決寵物飼養(yǎng)問題的好幫手[5]，但大多數(shù)廠商在設(shè)計(jì)生產(chǎn)寵物貓飼養(yǎng)裝置的時(shí)候以產(chǎn)品為導(dǎo)向，忽略了主人與寵物貓之間的訴求。

1.2 國(guó)外寵物貓智能產(chǎn)品行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)寵物貓行業(yè)研究的廣度和深度都較我國(guó)前衛(wèi)，其先進(jìn)的管理給我國(guó)寵物貓產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來(lái)重要啟示。國(guó)外寵物貓飼養(yǎng)裝置研究的重點(diǎn)是在產(chǎn)品的智能化方面，在智能化技術(shù)方面相對(duì)而言比較成熟，但也存在一些問題[6]，如過于注重智能技術(shù)，而忽視了人-機(jī)器-寵物貓三者之間的交互體驗(yàn)，缺乏一些以人為本的設(shè)計(jì)理念。

2 新型寵物貓智能自動(dòng)飼養(yǎng)裝置工作原理

圖2為新型寵物貓智能自動(dòng)飼養(yǎng)裝置軸測(cè)示意圖，圖3為新型寵物貓智能自動(dòng)飼養(yǎng)裝置后視圖。其中，中央處理器1由運(yùn)算器、控制器和累加器組成，負(fù)責(zé)接收和處理控制信號(hào)，中央處理器1安裝在外殼支架14內(nèi)。體溫監(jiān)測(cè)板7通過體溫監(jiān)測(cè)板連接觸點(diǎn)，安裝于外殼支架14下方，體溫監(jiān)測(cè)板7上安裝有兩片生物用發(fā)熱電極片6用于測(cè)量寵物貓溫度，供電及數(shù)據(jù)傳輸均通過體溫監(jiān)測(cè)板連接觸點(diǎn)9返回中央處理器1中。紅外攝像頭11設(shè)置于外殼支架14上方，由中央處理器1進(jìn)行信號(hào)控制，通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)或有線連接將數(shù)據(jù)發(fā)送至用戶手機(jī)端?；旌铣隽峡?內(nèi)部分為三部分，左側(cè)、中部為飼料出料口，右側(cè)為飲水出料口。飼料在下落時(shí)經(jīng)混合出料口下方斜坡混合后排入可拆卸食品飲水盆5左側(cè)，當(dāng)可拆卸食品飲水盆5右側(cè)飲水部分的水位傳感器4檢測(cè)到水位較低時(shí)，控制混合出料口右側(cè)工作，進(jìn)行飲水補(bǔ)充。可觸摸輸入顯示屏2安裝在外殼支架14中部，其下方安裝有控制按鈕3和USB數(shù)據(jù)傳輸接口10，便于監(jiān)測(cè)寵物貓狀態(tài)和在設(shè)備網(wǎng)絡(luò)離線時(shí)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。

圖2 新型寵物貓智能自動(dòng)飼養(yǎng)裝置軸測(cè)示意圖

圖3 新型寵物貓智能自動(dòng)飼養(yǎng)裝置后視圖

圖4為新型寵物貓智能自動(dòng)飼養(yǎng)裝置控制系統(tǒng)工作邏輯關(guān)系圖。

圖4 新型寵物貓智能自動(dòng)飼養(yǎng)裝置控制系統(tǒng)工作邏輯關(guān)系圖

3 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

本研究屬于寵物飼養(yǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種新型寵物貓智能自動(dòng)飼養(yǎng)裝置，即先將寵物貓飼料放入，然后通過手機(jī)APP的推薦確定不同用戶寵物貓所需的飼料數(shù)量和喂食時(shí)間，當(dāng)需要喂食時(shí)本裝置系統(tǒng)將發(fā)出喂食信號(hào)吸引寵物貓，自動(dòng)進(jìn)行喂食，同時(shí)并過濾凈化水質(zhì)。

3.1 寵物貓投食器食糧裝置

本研究的儲(chǔ)糧裝置為雙向多腔體螺旋型送料裝置，垂直送料，能通過轉(zhuǎn)動(dòng)比和旋轉(zhuǎn)圈數(shù)準(zhǔn)確計(jì)算出送料重量，實(shí)現(xiàn)飼料的精準(zhǔn)投送。同時(shí)，多腔體結(jié)構(gòu)可保證食料的多樣性，垂直送料不易發(fā)生卡料，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)隔絕空氣，防止飼料回流污染，保證了飼料的安全健康。圖5為螺旋進(jìn)料葉片結(jié)構(gòu)。

圖5 螺旋進(jìn)料葉片結(jié)構(gòu)圖

3.2 飼養(yǎng)裝置人機(jī)交互功能

本研究利用互聯(lián)網(wǎng)連接手機(jī)端，依據(jù)用戶使用配套APP填入寵物貓基本信息后系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行云端數(shù)據(jù)分析，后臺(tái)計(jì)算出日均健康合理的喂食方式，確定寵物貓所需飼喂的飼料數(shù)量。主控芯片控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，從而使電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺旋送料裝置送出所需的飼料數(shù)量。投食器頂部加有WiFi模塊，可作為終端實(shí)時(shí)向用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)配有攝像頭，監(jiān)控寵物貓動(dòng)態(tài)，實(shí)時(shí)觀察寵物貓進(jìn)食狀態(tài)。本研究配有食物檢測(cè)裝置，若食盆食物達(dá)到預(yù)警數(shù)量，本裝置會(huì)自動(dòng)停止出糧。本研究產(chǎn)品用戶可通過配套APP，不受時(shí)間地點(diǎn)限制隨時(shí)查看寵物貓的狀態(tài)。本研究在寵物貓智能自動(dòng)飼養(yǎng)裝置內(nèi)部配有喇叭與話筒，用戶可以依靠終端設(shè)備，使用雙向?qū)崟r(shí)對(duì)講功能完成與寵物貓的交流。本研究加入了稱重感應(yīng)傳感器，并設(shè)置了寵物貓?bào)w重自動(dòng)記錄功能，方便統(tǒng)計(jì)寵物貓的生長(zhǎng)狀況。

3.3 飲水裝置

本飲水器內(nèi)置活性炭和三級(jí)過濾反滲透工藝的產(chǎn)水率；測(cè)試并總結(jié)了無(wú)加壓泵的反滲透工藝凈水器在管道入口壓力為0.15～0.4MPa的產(chǎn)水率變化規(guī)律；對(duì)比了相同工況時(shí)反滲透膜和超濾膜凈水器出水水質(zhì)。圖6為寵物貓飲水機(jī)零件結(jié)構(gòu)圖。

圖6 寵物貓飲水機(jī)零件結(jié)構(gòu)

3.4 寵物貓?bào)w溫測(cè)溫裝置

本研究通過寵物貓面部識(shí)別測(cè)溫裝置對(duì)寵物貓進(jìn)行實(shí)時(shí)體溫監(jiān)測(cè)并記入在案。寵物貓?bào)w溫測(cè)溫裝置包括：定時(shí)開關(guān)裝置、監(jiān)控模塊、圖像識(shí)別裝置、檢測(cè)裝置、中央處理器、對(duì)比報(bào)警裝置、聯(lián)網(wǎng)模塊、實(shí)時(shí)顯示。

寵物貓?bào)w溫測(cè)溫裝置結(jié)構(gòu)應(yīng)用簡(jiǎn)介：（1）寵物貓檢測(cè)模塊：用于實(shí)時(shí)對(duì)寵物貓進(jìn)行檢測(cè)。（2）檢測(cè)測(cè)溫區(qū)域模塊：用于當(dāng)檢測(cè)到有效寵物貓時(shí)，檢測(cè)寵物貓中可進(jìn)行測(cè)溫的測(cè)溫區(qū)域。（3）測(cè)量體溫模塊：用于測(cè)量測(cè)溫區(qū)域的寵物貓溫度，測(cè)量體溫模塊的測(cè)量視場(chǎng)角不超過5℃。（4）對(duì)比判斷模塊：用于將獲得的寵物貓?bào)w溫度與預(yù)設(shè)溫度值范圍進(jìn)行對(duì)比并與用戶以往溫度值進(jìn)行對(duì)比，判斷是否存在異常。（5）報(bào)警裝置：及時(shí)提醒異常體溫。（6）記錄提示模塊：用于將對(duì)比判斷模塊的結(jié)果記錄至該用戶歷史信息中進(jìn)行保存并提示給用戶。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了提高廣大寵物貓用戶的生活效率，本研究針對(duì)當(dāng)前寵物貓智能自動(dòng)飼養(yǎng)問題提出解決方案。結(jié)果表明，本研究提高了寵物貓飼養(yǎng)質(zhì)量和寵物貓飼養(yǎng)裝置的智能化水平，提供寵物貓健康飼養(yǎng)一體化解決方案，確保用戶在外出時(shí)可以實(shí)時(shí)掌握寵物貓飼養(yǎng)裝置飼料的出量情況，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)寵物貓信息數(shù)據(jù)管理的高度智能化。然而，本研究沒有測(cè)試寵物貓真實(shí)的使用數(shù)據(jù)，今后將會(huì)更加全面鑒定驗(yàn)證寵物貓智能自動(dòng)飼養(yǎng)裝置的可行性。