CN116806726B - 一种交互式宠物陪训装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交互式宠物陪训装置，本发明的目的在于提供一种交互式宠物陪训装置及其检测方法，主要解决现有技术中主人无法清楚知道宠物狗的饮食和健康情况，单一投球玩耍导致宠物玩耍积极性不足，同时玩具球容易滋生细菌的问题。该装置包括呈凸字型的底座，安装在底座上部供宠物玩耍的玩耍装置，安装在底座上并位于玩耍装置两侧且结构完全相同的第一进食装置和第二进食装置，安装在底座内部的单片机，安装在底座内部并与单片机电气连接的蜂鸣器，安装在底座上并与单片机电气连接的玩耍按钮和用餐按钮。通过上述方案，本发明达到了健康管理的目的，具有很高的实用价值和推广价值。

Description

一种交互式宠物陪训装置及其检测方法

技术领域

本发明属于宠物养护领域，具体地讲，是涉及一种交互式宠物陪训装置及其检测方法。

背景技术

近年来随着宠物行业的飞速发展，宠物狗逐渐成为了家庭中重要的一员。在这个快速发展的工业时代，人们的生活节奏越来越快，大部分宠物主人因为工作原因无法有效陪伴宠物，更难以训练其养成良好的生活习惯。市场上出现了宠物喂食机器人和宠物看护机器人等多类衍生产物，能够有效地解决主人暂离情况下宠物狗的生活问题，但大部分产品功能单一，智能化程度较低，与宠物的互动性不强，易使宠物产生抗拒，无法满足当前养宠人士的需要。

宠物狗是一种活泼好动的生物，长时间待在家中不利于其身心健康，为此市面上出现了一些家用宠物投球装置使宠物在家也可运动，但大部分投球装置单方向投球很容易使宠物失去玩耍动力，且由于只配备一个小球，如果小球不小心落入沙发底等宠物无法捡回的区域，就无法继续玩耍。此外在运动过程中，宠物狗很容易将口水沾上小球，未及时清洁消毒的小球很容易成为细菌滋生地导致卫生问题。并且常规的喂食装置并不统计余粮数据与提醒加粮，用户需要主动观察才能知晓余粮的剩余情况，会偶尔导致宠物无粮可吃。最重要的是主人也不请吃宠物狗到底吃了多少粮食，身体状况是否健康，因此如何有效地照顾好宠物狗的进食和玩耍是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种交互式宠物陪训装置及其检测方法，主要解决现有技术中主人无法清楚知道宠物狗的饮食和健康情况，单一投球玩耍导致宠物玩耍积极性不足，同时玩具球容易滋生细菌的问题。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种交互式宠物陪训装置，包括呈凸字型的底座，安装在底座上部供宠物玩耍的玩耍装置，安装在底座上并位于玩耍装置两侧且结构完全相同的第一进食装置和第二进食装置，安装在底座内部的单片机，安装在底座内部并与单片机电气连接的蜂鸣器，安装在底座上并与单片机电气连接且用于开启玩耍装置的玩耍按钮，安装在底座上并与单片机电气连接且用于开启第一进食装置的用餐按钮，其中，玩耍装置、第一进食装置和第二进食装置均受单片机控制，且第二进食装置用于奖励零食。

进一步地，所述第一进食装置包括一端固定安装在底座且具有上下开口的储食仓，位于储食仓外壳上并与单片机连接且用于提示需要添加食物的指示灯，活动安装在储食仓下部开口处的储食仓挡板，固定在储食仓内部并用于控制储食仓挡板开启与关闭且受单片机控制的旋转电机，位于储食仓中心处且底部与旋转电机固定连接的金属棒，安装在储食仓下开口下部的餐盘，用于连接储食仓下开口和餐盘的落料轨道，安装在餐盘下部起支撑作用的支架，与支架固定连接并与单片机电气连接的重力传感器，安装在底座两侧检测宠物就餐情况的第一红外传感器，以及扣合在储食仓上开口上的封盖，其中，用餐按钮触发第一进食装置的旋转电机开启。

进一步地，所述封盖包括位于封盖中心可拆卸安装的干燥盒，以及安装在封盖四周起密封作用的硅胶圈。

进一步地，所述玩耍装置包括安装在底座内部并与单片机电气连接的旋转舵机，与旋转舵机咬合连接且受其控制旋转方向的转盘，固定在转盘上具有开口的箱体，安装在箱体上部并用于接收宠物投球的球仓，一端与球仓底部连通、另一端伸出箱体的导管，安装在球仓下端并用于检测是否有球通过且与单片机电气连接的光电开关，安装在导管出球端并用于检测导管出口方向情况且与单片机电气连接的第二红外传感器，安装在导管进球端并与单片机电气连接的弹簧气缸，嵌入在导管进球端并用于对球进行消毒且与单片机电气连接的环形紫外线灯泡，一端与箱体连通、另一端与球仓连通的储球仓。

进一步地，所述储球仓包括安装在储球仓位于球仓一侧的控制备用球落入球仓的储球仓挡板和伸缩电机，所述储球仓仅容纳一个备用球。

具体地，安装在底座前端并与单片机电气连接的显示屏，安装在底座底部用于供电的蓄电池，所述显示屏可实时接受单片机数据，记录并展示宠物用餐玩耍数据。

一种交互式宠物陪训装置的检测方法，具体方法如下：

(S1)通过储食仓的圆柱形金属内壁和金属棒构成电容式物位计对储食仓内的余粮检测，储食仓中电容量与储食仓中余粮高度H的关系式满足公式(1)：

其中，K为比例系数，ε₀为空气介电常数，ε为宠物粮的介电常数，D、d分别为储食仓直径和金属棒直径；

(S2)由公式(1)可知储食仓输出电容量与储粮仓余粮高度H满足H＝C_x/K，因此储粮仓中余粮质量M与输出电容量C_x的关系满足公式(2)：

其中，ρ为仓内宠物粮密度，由此可根据其电容改变量△C＝C1-C2反映储食仓放粮情况。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用宠物自启按钮设计，宠物可自行控制喂食与投球过程，同时在投球玩耍过程中还会有零食奖励，极大增强互动性，充分满足宠物喂食娱乐需求。

(2)本发明通过设置的用餐按钮控制第一进食装置中的粮食滑落至餐盘中，储食仓设置的圆柱形金属外壁与金属棒构成的电容式物位计可以记录输出本次实际放粮量，结合重力传感器检测餐盘中剩余粮食可知宠物本次用餐量。同时电容式物位计可对储食仓中的余粮进行检测，当需要添加粮食时，单片机控制指示灯点亮，从而提醒人们补给粮食。

(3)本发明的玩耍装置底部设有转盘，同时在导管的前端设有红外传感器(集成红外传感器，发射和接收端在一起，接收信号后直接就传递给单片机进行控制)，红外传感器可以检测球从导管弹出的路径中是否有生物，如果有，旋转舵机控制转盘带动箱体转动调整方向。宠物狗将弹出的球找回放入球仓中，光电开关检测到有球体经过时，触发第二进食装置中储食仓挡板移动，将零食滑出至对应餐盘，作为奖励。同时设置的紫外线灯泡在夜间休息时可以对球进行消毒。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1旋转后的结构示意图。

图3为图2中A-A处的剖视图。

图4为图2中B-B处的剖视图。

图5为储食仓封盖图。

图6为储食仓下开口图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

1-底座，2-玩耍装置，31-第一进食装置，32-第二进食装置，4-单片机，5-蜂鸣器，6-玩耍按钮，7-用餐按钮，8-显示屏，9-储食仓，10-储食仓挡板，11-旋转电机，12-金属棒，13-餐盘，14-落料轨道，15-重力传感器，16-封盖，17-转盘，18-箱体，19-球仓，20-导管，21-第二红外传感器，22-弹簧气缸，23-紫外线灯泡，24-储球仓，25-储球仓挡板，26-伸缩电机，27-光电开关，28-指示灯，29-蓄电池，30-第一红外传感器，33-支架，34-硅胶圈，35-干燥盒，36-旋转舵机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1至图6所示，一种交互式宠物陪训装置，包括呈凸字型的底座1，安装在底座1上部供宠物玩耍的玩耍装置2，安装在底座1上并位于玩耍装置2两侧且结构完全相同的第一进食装置31和第二进食装置32，安装在底座1内部的单片机4，安装在底座1内部并与单片机4电气连接的蜂鸣器5，安装在底座1上并与单片机4电气连接且用于开启玩耍装置2的玩耍按钮6，安装在底座1上并与单片机4电气连接且用于开启第一进食装置31的用餐按钮7，其中，玩耍装置2、第一进食装置31和第二进食装置32均与单片机4受单片机控制，且第二进食装置32用于奖励零食。

本发明可以分为喂食系统、玩耍系统和奖励系统，现针对每个系统进行描述。

喂食系统：将粮食放入第一进食装置31材质为内部金属，外部塑料的储食仓9中，设置在储食仓中的金属棒12与金属内壁构成简易电容物位计形成第一检测单元(金属棒和圆柱式金属容器内壁两者结合才能在通电后构成具有物位检测功能的电容式电位计)，用于检查储食仓9中粮食的余粮，当按下用餐按钮7需要放粮时，单片机4控制第一进食装置31的旋转电机11转动，从而带动储食仓挡板10移动，粮食顺着落料轨道14进入餐盘13中，餐盘13底部与重力传感器15连接形成第二检测单元，当放入餐盘13中的粮食量达到单次进食量N(提前在单片机中设置好数值)时，储食仓挡板10旋回。

工作原理：为详细记录宠物用餐数据，了解宠物饮食规律，喂食系统能够记录宠物每次用餐数据，并显示储食仓余粮数据以及预测剩余可食用次数。

储食仓由金属棒和金属容器内壁构成电容式电位计进行物料测量，塑料外壳起绝缘作用防止漏电。储食仓电容量与仓内宠物粮高度H的关系为：

其中，K为比例系数，ε₀为空气介电常数，ε为宠物粮的介电常数，D、d分别为储食仓直径和金属棒直径。因此储粮仓输出电容量与仓内宠物粮高度H成线性关系，H＝C_x/K。可得仓内宠物粮质量M与输出电容量C_x的关系为：

其中，ρ为仓内宠物粮密度，由此可根据其电容量改变量△C反映储食仓放粮情况。由于控制过程存在延时，单次实际放粮量理论上略大于设定值N，且储粮仓单次放粮量未必完全被宠物吃完，还需对喂食数据等进行一定修正。

喂食数据记录步骤包括：放粮数据记录A、喂食数据修正B

放粮数据记录A：

A₁、获取初始储粮数据m₁：获取储食仓测量所得的储粮信息作为第一重量数据m₁；

A₂、记录实际放粮用量m：获取储食仓放粮后所得储粮信息作为第二重量数据m₂，将第一重量m₁减去第二重量m₂得本次实际放粮用量m。

A3、显示余粮数据：显示屏获取第二重量数据m₂并显示，对剩余可食用次数N1进行预测并显示在显示屏上，其中N1＝m₂/N。

喂食数据修正B：

B1、喂食用量修正：宠物就餐时，底座第一红外传感器进行检测确认宠物正在进食。当第一红外传感器检测到宠物离开就餐区域，记录本次就餐结束，重力传感器获取用餐结束后第三重量数据m₃，将实际放粮数据m减去第三重量数据m₃，得本次宠物用餐数据M1。

B2、用餐期望值获取：使用一段时间后，通过对宠物多次用餐数据M1进行统计分析可得宠物用餐量期望值M2，当M1远远偏离M2，单片机接收信号并将控制蜂鸣器报警，提醒主人及时检查宠物健康状况。

其中，奖励系统是在光电开关27检测到有小球滑入，然后单片机3控制第二进食装置32的储食仓挡板打开，将作为奖励的零食滑入下方的餐盘中，根据宠物狗的饮食习性，在一个周期内奖励次数不超过三次，超过三次不奖励但是依旧可以玩耍。当余粮和剩余零食小于最小值或可食用次数不足时，通过电路指示灯28来提醒主人及时添粮。

玩耍系统：当宠物狗按下玩耍按钮6后，投球导管20后端弹簧气缸22将小球沿导管20弹出，且抛球速度远小于人抛球速度，处于安全范围内；此外投球口上端装有第二红外传感器21，当检测到前方无生物存在时才执行投球指令，否则单片机4接收信号控制弹簧气缸22断电，蜂鸣器5报警提醒，有效避免了现有产品投球容易误伤宠物和主人的情况，同时设置的在箱体18下部的转盘17受单片机控制发生转动，在第二红外传感器21未检测到小球抛出区域有障碍物时，弹簧气缸22工作将小球弹出。当宠物狗将投出的小球拾回后将其放入球仓19中时，小球经漏斗形状的通道经过位于球仓19与导管20连接处的光电开关27，在光电开关27检测到小球通过时可以触发零食奖励。此后小球进入导管20，等待下一次投球。

玩耍运动过程中，宠物狗会通过舌头来散热，不可避免地使小球沾上口水容易滋生细菌导致卫生问题。本装置在投球机设置消毒装置，夜间休息时，紫外线灯泡23开始对小球进行消毒，消毒结束后紫外线灯泡23关闭等待白天玩耍。在家中投球时，小球有可能掉入沙发底等宠物无法找回的区域。当宠物狗继续按下玩耍按钮6时，单片机4读取是否获得光电开关27传递的信息，若未检测到小球已被寻回但宠物按下了投球指令时，玩耍装置2中的伸缩电机26带动储球仓挡板25回缩，储球仓24内部的备用球将由储球轨道进入投球导管20，储球仓挡板25回收时向单片机4发出中断信号，避免触发零食奖励。

本发明中的用餐按钮7和玩耍按钮6位于箱体18的后方，避免投球时误伤宠物，同时所有的用电设备通过设置在底部的蓄电池29为其供电，并且宠物每日用餐数据、玩耍次数都将通过单片机4传输给显示屏8，用于记录与显示，方便主人及时了解宠物生活习惯。

本发明涉及的“人-机-宠”三方交互方式包括：用户可通过设置单次放粮量、玩耍奖励次数等参数控制宠物狗日常使用，使本发明在陪伴玩耍同时帮助训练宠物形成良好生活习惯；宠物狗可自行控制喂食按键和玩耍按键，分别开启第一进食装置和玩耍装置，在投球玩耍过程中还会有零食奖励，极大增强互动性，充分满足宠物喂食娱乐需求；本发明将收集记录宠物日常进食、玩耍数据，并通过显示屏反馈给用户，帮助及时了解宠物生活习惯。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种交互式宠物陪训装置，其特征在于，包括呈凸字型的底座(1)，安装在底座(1)上部供宠物玩耍的玩耍装置(2)，安装在底座(1)上并位于玩耍装置(2)两侧且结构完全相同的第一进食装置(31)和第二进食装置(32)，安装在底座(1)内部的单片机(4)，安装在底座(1)内部并与单片机(4)电气连接的蜂鸣器(5)，安装在底座(1)上并与单片机(4)电气连接且用于开启玩耍装置(2)的玩耍按钮(6)，安装在底座(1)上并与单片机(4)电气连接且用于开启进食装置(3)的用餐按钮(7)；

所述玩耍装置(2)包括安装在底座(1)内部并与单片机电气连接的旋转舵机(36)，与旋转舵机(36)咬合连接且受其控制旋转方向的转盘(17)，固定在转盘(17)上具有开口的箱体(18)，安装在箱体(18)上部并用于接收宠物投球的球仓(19)，一端与球仓(19)底部连通、另一端伸出箱体(18)的导管(20)，安装在球仓(19)下端并用于检测是否有球通过且与单片机(4)电气连接的光电开关(27)，安装在导管(20)出球端并用于检测导管(20)出口方向情况且与单片机(4)电气连接的第二红外传感器(21)，安装在导管(20)进球端并与单片机(4)电气连接的弹簧气缸(22)，嵌入在导管(20)进球端并在夜间休息时对球进行消毒且与单片机(4)电气连接的环形紫外线灯泡(23)，一端与箱体(18)连通、另一端与球仓(19)连通的储球仓(24)；所述储球仓(24)包括安装在储球仓(24)位于球仓(19)一侧的控制备用球落入球仓(19)的储球仓挡板(25)和伸缩电机(26)，所述储球仓仅容纳一个备用球；

其中，玩耍装置(2)、第一进食装置(31)和第二进食装置(32)均受单片机(4)控制，且第二进食装置(32)用于奖励零食，并且当按下玩耍按钮(6)时，单片机(4)读取是否获得光电开关(27)传递的信息，若未检测到小球已被寻回但宠物按下了投球指令时，玩耍装置(2)中的伸缩电机(26)带动储球仓挡板(25)回缩，储球仓(24)内部的备用球将由储球轨道进入投球导管(20)，储球仓挡板(25)回收时向单片机(4)发出中断信号，避免触发零食奖励。

2.根据权利要求1所述的一种交互式宠物陪训装置，其特征在于，所述第一进食装置(31)包括一端固定安装在底座(1)且具有上下开口的储食仓(9)，位于储食仓(9)外壳上并与单片机(4)连接且用于提示需要添加食物的指示灯(28)，活动安装在储食仓(9)下部开口处的储食仓挡板(10)，固定在储食仓(9)内部并用于控制储食仓挡板(10)开启与关闭且受单片机(4)控制的旋转电机(11)，位于储食仓(9)中心处且底部与旋转电机(11)固定连接的金属棒(12)，安装在储食仓(9)下开口下部的餐盘(13)，用于连接储食仓下开口和餐盘(13)的落料轨道(14)，安装在餐盘(13)下部起支撑作用的支架(33)，与支架(33)固定连接并与单片机(4)电气连接的重力传感器(15)，安装在底座(1)两侧检测宠物就餐情况的第一红外传感器(30)，以及扣合在储食仓(9)上开口上的封盖(16)，其中，用餐按钮(7)触发旋转电机(11)开启。

3.根据权利要求2所述的一种交互式宠物培训装置，其特征在于，所述封盖(16)包括位于封盖中心可拆卸安装的干燥盒，以及安装在封盖(16)四周起密封作用的硅胶圈(34)。

4.根据权利要求1所述的一种交互式宠物培训装置，其特征在于，安装在底座(1)前端并与单片机电气连接的显示屏(8)，安装在底座(1)底部用于供电的蓄电池(29)，所述显示屏(8)可实时接受单片机数据，记录并展示宠物用餐玩耍数据。

5.根据权利要求1～4任一所述的一种交互式宠物陪训装置的检测方法，其特征在于，具体方法如下：

(S1)通过储食仓的圆柱形金属内壁和金属棒构成电容式物位计对储食仓内的余粮检测，储食仓中电容量与储食仓中余粮高度H的关系式满足公式(1)：

其中，K为比例系数，ε₀为空气电介常数，ε为宠物粮的电介常数，D、d分别为储食仓直径和金属棒直径；

(S2)由公式(1)可知储食仓输出电容量与储粮仓余粮高度H满足H＝C_x/K，因此储粮仓中余粮质量M与输出电容量C_x的关系满足公式(2)：

其中，ρ为仓内宠物粮密度，由此可根据其电容改变量△C＝C1-C2反映储食仓放粮情况。