“铲屎官”宠物保姆

“铲屎官”是一款集清洁、喂食、视频等多功能于一身的宠物保姆:内置吸尘电机,主打功能为清理粪便和宠物毛发;配有红外传感器和前置摄像头,主人外出时可以通过 APP 实时查看爱宠的状态。“铲屎官”的配套充电插座还兼带定时投粮的功能,让主人可以安心外出。 有许多人想养宠物不敢养,或者出于时间忙碌等问题半途遗弃。“铲屎官”这一产品的设想,是希望宠物主人可以从琐事中脱身,更多地享受宠物给我们带来的乐趣,减少宠物被遗弃等情况的发生。

 

最新更新

  • 2016/12/23 06:19:52

    产品设计方案

    一、项目概述

    “铲屎官”是一款集清洁、喂食、视频等多功能于一身的宠物保姆:内置吸尘电机,主打功能为清理粪便和宠物毛发;配有红外传感器和前置摄像头,主人外出时可以通过 APP 实时查看爱宠的状态。“铲屎官”的配套充电插座还兼带定时投粮的功能,让主人可以安心外出。

    有许多人想养宠物不敢养,或者出于时间忙碌等问题半途遗弃。“铲屎官”这一产品的设想,是希望宠物主人可以从琐事中脱身,更多地享受宠物给我们带来的乐趣,减少宠物被遗弃等情况的发生。

     

    二、用户场景描述

    1、目标用户

    想养宠物却怕自己疏于照顾或者希望减轻养宠负担的人群。

     

    2、重要使用场景

    渴望宠物的人因清洁问题而犹豫,或者家人因卫生问题而反对;

    养宠人士在有事要出远门时,无处寄养宠物,又不放心宠物独自在家(喂食、突发情况等);

    刚出生的小猫小狗未经训练,随处大小便,给主人造成困扰。

     

    3、核心用户需求

    清洁、喂食、监控。

    三、外观与功能

    1、外观

    2、功能

    (1) 清理宠物粪便

    (2) 清理宠物毛发

    (3) 分析宠物粪便成分(待定)

    (4) 定时投放宠物粮食

    (5) 随时通过手机观看宠物状态

    (6) 自动充电

    • 2016/12/23 06:18:00

      技术实现方案

      核心创意及软硬件原理分析

      铲屎官清扫机,包括内核芯片、识别模块、大功率吸尘电机模块和智能行走模块和用户接口模块。内核芯片负责智能行走、目标识别等算法的执行,铲屎官通过安装的姿态传感器确定当前环境实现自动在房间行走的功能;识别模块由摄像头和甲烷传感器组成,分别通过图像和气体识别,并赋予各自一定的权值识别确定宠物粪便目标;识别目标后,铲屎官靠近目标,直到感知到目标已经完全被吸物收集口覆盖后,吸尘电机模块工作,吸物口降低到完全贴地目标,将目标吸入收集器并在重力作用下落入收集袋中。而用户接口模块包括液晶和键盘,让用户可以便捷设置相关参数。

       

      系统架构

      以芯片为核心,识别机构,行走机构,吸尘机构是本次设计的重点,也是难点所在。由于机器人运动部件多,运动状态经常改变,必然产生冲击和振动。因此,增加机器人运动平稳性,提高机器人动力学特性尤为重要。为此,在设计时应注意在满足强度和刚度的前提下,尽量减小运动部件的质量,并注意运动部件对转轴的质心装配。

      (1) 智能行走

      该部分主要保证机器人能够在房间平面内移动。为了增加美观性以及为主体提供打得空间,采用双电机驱动左右两轮的方式。以摄像头传感器采集图像,读取图像获得当前位置参数。将相关参数传递给智能导航算法得出结果。

      扫地机器人的智能导航实质就是路径自动规划。扫地机器人路径自动规划有两种方法:随机式全区域覆盖和规划式全区域覆盖。随机式全区域覆盖方法控制简单,不需要很多的硬件,软件编程也简单,易于实现。但其缺点是移动机器人运行轨迹重复性较大,且运行轨迹不能较快地、充分地覆盖整个区域,这种路径规划只考虑完成任务,没有考虑到时间消耗和能量消耗情况,因此选择规划式全区域覆盖方法。

      此设计中选择往返式路径规划方法。往返式路径规划清扫路径的规则为当扫地机器人置于室内时,可通过摄像头测距的信息来判断它放置于墙边还是房屋中间。在房屋中间,则先设为它沿某一方向运动到靠近墙边的某一点。机器入就可从墙边的某一点开始,按顺时针方向绕墙运动一周,先对室内墙边地面进行一次预清扫。扫地机器人在绕完一圈后再向左或向右行走到墙壁的最左端或者最右端,以此来作为它清挡路径的起始点,也即绝对坐标的原点。先假设室内只有一个孤立的障碍物,以房屋左下角 O 点为起始点。开始清扫时,从 O 点势始沿 Y 轴正方向清扫,遇到墙壁时向右原地旋转 90o,向 X 轴正方向移动一个车身后再向右旋转 90o,沿 Y 轴负方向清扫,以此往复运动。当遇到障碍物时,则按下面的方法进行规划和避障:当清洁机器人运动到障碍物的最左边点时,根据步进电机的脉冲数和驱动轮光栅的脉冲数计算出最左边点的坐标。然后根据超声波测距传感器收到的信息沿着障碍物边缘行进相当于 X 轴方向一个车身的距离,再原地旋转到 Y 轴负方向,沿 Y 轴负方向继续清扫,这样一直往返清扫,当扫地机器人在沿障碍物边缘清扫时超声波传感器突然收不到信号即到达了障碍物的最右端点,扫地机器人将原地一直向左旋转直到测距信息正常为止,然后沿障碍物的上边沿行进到障碍物的最左端点,再沿 Y 轴方向进行往返清扫,行进路径和障碍物下边沿的行进路径类似。这样就可以在清扫过程中自动避开障碍物。清扫路径自动规划示意图如图所示。

      行走路径自动规划示意图

      (2)识别宠物粪便等目标

      该部分用来识别对应的清扫目标。当铲屎官行进途中,宠物毛发等物体由于其质量很小并且主体离地距离小,可以自动被吸走;而对宠物粪便这样略大的物体,需要摄像头和甲烷气体传感器进行识别。识别的原理类似于读图识物原理:先建立一个大容量的宠物粪便的图片库(可上网寻找资源),并将其作为基底和摄像头采集的图片分别作点积累加,得到的数据进行比对,获得相似度的结果。甲烷传感器可通过其信号电平的变化判断分泌的甲烷气体 及其浓度。最后将两各结果分别乘以相应的权值(后期调试得到),线性叠加后得最终结果,并进行阈值比较和二值化输出处理。如果确认时相应目标,则铲屎官运行吸取目标的程序。

      (3)电机吸物

      类似于家用吸尘器的工作原理,铲屎官机器人那只一个大功率电机马达,驱动风扇快速转动,大大减小内部压强,使目标被吸入主体内部,而在主体内还有一个收集区,负责收集掉落的目标。而为了防止宠物粪便因质量大吸不起来,所以我们需要保证:当识别到目标时,机器必须前进直到完全覆盖了目标后停止,而且吸物口必须通过机械传动装置下降贴地,然后才能吸取。

      当机器人在未识别到目标的行走途中也需要给电机一个不用太大的功率,使得它能在行进途中可以吸宠物毛发等异物。而吸取宠物粪便目标的时候,则需要尽可能大功率的驱动电机,使之能顺利吸取目标。

      铲屎官尾部由一个传动机械滑轮结构组成,滑轮上有特殊的清理粘毛材料,通过尾部滚动可以除尘,粘住细小的毛发,材料可以重复水洗增加资源利用率。尾部存在目的第一在于维持机器人整体的平稳程度,避免机器人出现侧翻情况出现,第二在于吸盘清理完粪便之后,能够对地板经行二次清理,使得地板更加清洁。综上,主要零部件由传动连接杆,滑轮,清洁布料等结构组成。实施步骤为先完成机器人主体部位搭建,完成之后测试机器人稳定程度测定最佳传动连接杆长度,并且与主体部件电路相连接,完成整体尾部的搭建工作

      (4)用户接口和其他部分

      用户可以通过响应按键选择相关功能,如宠物铲屎官功能还有普通的扫地机器人功能,显示屏可以看到当前的电量还有收集袋是否已满等信息。

      还有设计电池电量监控功能。移动电源在吸尘机器人中的地位十分重要, 可以说它是吸尘机器人的生命源。移动电源需同时为移动机构提供动力,为控制电路提供稳定的电压,为吸物操作模块及传感观测模块提供能源等。在这一领域, 一般采用化学电池作为移动电源, 如铅酸电池、NiCd 等。理想的电源在放电过程中应该能够具备:①保持恒定的电压;②内阻小以便快速放电;③可充电;④成本低等特点。

      为了实现对扫地机器人电池电量的安全监控,可以在扫地机器人内部安装库仑计,用来检测扫地机器人电池电量变化。库仑计是在电池的正极和负极串连一个电流检查电阻,当有电流流经电阻时就会产生一个监控取样电压,通过检测这个监控取样电压计算流过电池的电流,就可以精确跟踪电池电量变化。库仑计测量原理如图所示。

      库仑计测量原理

       

      主要零部件

      Intel 开发板

      驱动电机 *2

      摄像头传感器

      甲烷气体传感器

      车轮 *2

      吸物电机

      风扇

      收集袋

       

      技术指标

      适用面积 (m2) 150 根据家居环境而定

      额定电压 (v) 220

      额定功率 (w) 33

      最大功率 (w) 33

      产品重量 (kg) 3.8

      产品尺寸 (mm) 353*92

      包装尺寸 (mm) 483*546*127

      环境类型 干湿两用

      过滤级别 医疗级别

      噪音(db) <67

      集物容量(L) 0.6

      充电类型 自动充电

      控制方式 自动

      充电时间 3 小时

      连续使用时间 2 小时

      液晶屏 有

      静音级别 高级

      面积调节功能  支持

       

      实施步骤及时间安排

      硬件:3 个月

      软件:3 个月

    四、产品特征

    1、能实现粪便清理(扫地机器人无法实现)

    2、外观激萌

    3、集多功能于一身

    4、完美解决主人出门旅游,无法带宠物并且无处寄养的情况

     

    五、产品使用方式

    1、充电

    2、设置“铲屎官”,使其连入家中 wifi

    3、在充电插座倒满宠物粮食,设置喂食时间和频率

    4、下载手机 app

    5、在机器人提醒时,打开赃物槽,清理赃物

     

    六、产品对用户的价值

    减轻养宠负担

     

    七、用户故事

    小女孩在路边看到可爱的狗狗想带回家,妈妈不准。

    主人需要外出无法照料狗狗,却无处托养。

     

    菜根谭

发布者:Cara,转载请注明出处:http://www.makercollider.com/project/5290

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