CN105309333A - 一种宠物健身系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宠物健身系统及其控制方法。该系统包括训练装置和佩戴在宠物身上的信号收发器，训练装置包括底座，底座上设有立柱、中央处理单元、第一无线通信模块、第一UWB定位传感器和触摸屏，立柱上设有旋转机构，旋转机构连接有横梁，横梁上设有导轨，导轨上设有滑块以及驱动滑块移动的驱动机构，滑块下方设有储食装置，立柱顶部设有第二UWB定位传感器以及沿横向设置的第二电动伸缩杆和第三电动伸缩杆，第二电动伸缩杆前端设有第三UWB定位传感器，第三电动伸缩杆前端设有第四UWB定位传感器。本发明具有很强的趣味性，容易引起宠物的兴趣，宠物通过与训练装置互动达到很好的健身效果。

Description

一种宠物健身系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及宠物健身技术领域，尤其涉及一种宠物健身系统及其控制方法。

背景技术

当前，不少宠物(狗，猫等)过于肥胖，需要一种宠物健身系统，特别是在国外，主人一般将宠物当作孩子来看待，特别重视他们的健康状况，因此，过于肥胖的宠物有减肥的需要。现有的宠物健身系统存在功能单一，互动性不强，趣味性不够等缺点。

中国专利公开号CN101796926，公开日2010年8月11日，发明的名称为多功能宠物健身辅助笼，该申请案公开了一种多功能宠物健身辅助笼，它由上框架和可以从上框架分离开的活动底座组成，两者的底部皆安装有四个万向轮，其中，活动底座上部安装有承载宠物的底网，其下部可插入存放宠物粪便的承接板，上框架的前侧开有主门，其左侧开有副门，且副门可以围绕合页向上翻转，使用时，打开副门将上框架从活动底座上推离至跑步机上即可，使用方便。其不足之处是，该宠物健身装置互动性不强，缺乏趣味性，很难引起宠物的兴趣，宠物健身的积极性不高，从而影响健身效果。

发明内容

本发明的目的是克服现有宠物健身系统互动性不强，缺乏趣味性，很难引起宠物的兴趣，宠物健身的积极性不高，从而影响健身效果的技术问题，提供了一种宠物健身系统及其控制方法，其具有很强的趣味性，容易引起宠物的兴趣，宠物通过与训练装置互动达到很好的健身效果。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明的一种宠物健身系统，包括训练装置和佩戴在宠物身上的信号收发器，所述训练装置包括底座，所述底座上设有立柱、中央处理单元、第一无线通信模块、第一UWB定位传感器和触摸屏，所述立柱上设有可水平转动的旋转机构，所述旋转机构连接有横向设置的横梁，所述横梁上设有导轨，所述导轨上设有可沿导轨移动的滑块以及驱动滑块移动的驱动机构，所述滑块下方设有用于存储宠物食物的储食装置，所述储食装置顶部设有第一电动伸缩杆，所述第一电动伸缩杆的顶部与滑块连接，所述储食装置顶部还设有进口仓门，所述储食装置底部设有出口仓门以及驱动出口仓门开闭的驱动电机，所述储食装置上还设有控制器、第二无线通信模块和声音输出模块，所述立柱顶部设有第二UWB定位传感器以及沿横向设置的第二电动伸缩杆和第三电动伸缩杆，所述第二电动伸缩杆前端设有第三UWB定位传感器，所述第三电动伸缩杆前端设有第四UWB定位传感器，所述信号收发器包括微处理器、第三无线通信模块、控制按键和第一UWB定位标签，所述中央处理单元分别与第一无线通信模块、触摸屏、旋转机构、驱动机构、第二电动伸缩杆、第三电动伸缩杆、第一UWB定位传感器、第二UWB定位传感器、第三UWB定位传感器和第四UWB定位传感器电连接，所述控制器分别与第一电动伸缩杆、驱动电机、第二无线通信模块和声音输出模块电连接，所述微处理器分别与第三无线通信模块、控制按键和第一UWB定位标签电连接。

在本技术方案中，信号收发器佩戴在需要健身的宠物身上，用户手动将宠物食物放入储食装置内。启动信号收发器工作，信号收发器通过第三无线通信模块向训练装置发送启动指令，第一UWB定位标签发送带有自身特定编号的UWB信号到训练装置。训练装置通过第一无线通信模块接收启动指令，以第一UWB定位传感器为原点，竖直向上方向为Z轴正方向，建立XYZ三维直角坐标系。

中央处理单元控制第二电动伸缩杆和第三电动伸缩杆伸长设定的长度，第一UWB定位传感器、第二UWB定位传感器、第三UWB定位传感器和第四UWB定位传感器在XYZ三维直角坐标系内的坐标都确定，第一UWB定位传感器的坐标为(0，0，0)，第二UWB定位传感器的坐标为(x2，y2，z2)，第三UWB定位传感器的坐标为(x3，y3，z3)，第四UWB定位传感器的坐标为(x4，y4，z4)，第一UWB定位传感器检测到其与第一UWB定位标签之间的距离为R₁，第二UWB定位传感器检测到其与第一UWB定位标签之间的距离为R₂，第三UWB定位传感器检测到其与第一UWB定位标签之间的距离为R₃，第四UWB定位传感器检测到其与第一UWB定位标签之间的距离为R₄，假设第一UWB定位标签的坐标为(x，y，z)，建立方程组，计算出x，y，z的值，得到第一UWB定位标签的坐标值，即宠物的坐标值；中央处理单元根据旋转机构转动的角度、滑块的位置和第一电动伸缩杆的长度确定储食装置在XYZ三维直角坐标系内的坐标值。

中央处理单元根据储食装置的坐标值和宠物的坐标值计算出储食装置与宠物之间的水平距离和竖直距离，中央处理单元与控制器进行无线通信，通过第一伸缩杆调整储食装置的高度，使得储食装置与宠物之间的竖直距离达到设定值H1，然后控制储食装置上的声音输出模块发出预先设定的特殊声音(如零食塑料包装袋发出的“簌、簌”声)，吸引宠物注意。

中央处理单元实时检测储食装置与宠物之间的水平距离，当水平距离大于设定值D1时，控制旋转机构向靠近宠物的方向转动(速度较慢)，通过驱动机构驱动滑块向靠近宠物的方向运动(速度较慢)，吸引宠物注意，当水平距离大于设定值D3小于设定值D2时，D1＞D2＞D3，控制旋转机构向远离宠物的方向转动，通过驱动机构驱动滑块向远离宠物的方向运动(计算宠物移动速度，根据宠物速度调整速度)，当水平距离小于设定值D3(宠物追上储食装置)时，中央处理单元控制旋转机构停止转动，驱动机构停止工作，发送指令给控制器，控制器通过驱动电机打开出口仓门，储食装置内的宠物食物从出口仓门落下，宠物获得食物，声音输出模块停止发出声音，训练装置停止工作。

中央处理单元实时检测宠物的坐标值，根据相邻两次采样得到的坐标值计算出每个采样周期宠物的移动距离S_i，从而计算出宠物的总移动距离S，即当宠物的总移动距离S达到预设值时，中央处理单元控制旋转机构停止转动，驱动机构停止工作，发送指令给控制器，控制器通过驱动电机打开出口仓门，储食装置内的宠物食物从出口仓门落下，宠物获得食物，声音输出模块停止发出声音，训练装置停止工作。防止宠物过量运动且没有进食，保证了宠物的健康。

用户可通过智能手机与训练装置进行无线通信，设定训练装置进行宠物跳跃训练，中央处理单元控制储食装置运动到宠物上方，控制储食装置上的声音输出模块发出预先设定的特殊声音，吸引宠物注意，中央处理单元实时检测储食装置与宠物之间的竖直距离，通过第一电动伸缩杆调整储食装置的高度，使得储食装置与宠物之间的竖直距离始终大于设定值H2，中央处理单元检测宠物的纵坐标值，当宠物向上跳起的高度大于设定值H3或宠物跳跃次数达到设定值时，中央处理单元发送指令给控制器，控制器通过驱动电机打开出口仓门，储食装置内的宠物食物从出口仓门落下，宠物获得食物，声音输出模块停止发出声音，训练装置停止工作。

触摸屏可显示训练装置持续工作时间、剩余电量等参数，用户可通过触摸屏设定训练装置的工作参数和历史训练记录。

作为优选，所述第一UWB定位传感器和第二UWB定位传感器的连线与底座垂直，所述第二UWB定位传感器和第三UWB定位传感器的连线与底座平行，所述第二UWB定位传感器和第四UWB定位传感器的连线与底座平行，所述第二UWB定位传感器、第三UWB定位传感器和第四UWB定位传感器不在同一直线上。

作为优选，第二UWB定位传感器和第三UWB定位传感器的连线与第二UWB定位传感器和第四UWB定位传感器的连线的夹角为45-135度。

本发明的一种宠物健身系统的控制方法，包括以下步骤：

S1：启动信号收发器工作，信号收发器通过第三无线通信模块向训练装置发送启动指令；

S2：训练装置通过第一无线通信模块接收启动指令，以第一UWB定位传感器为原点，竖直向上方向为Z轴正方向，建立XYZ三维直角坐标系；

S3：中央处理单元控制第二电动伸缩杆和第三电动伸缩杆伸长设定的长度，第一UWB定位传感器、第二UWB定位传感器、第三UWB定位传感器和第四UWB定位传感器在XYZ三维直角坐标系内的坐标都确定，第一UWB定位传感器的坐标为(0，0，0)，第二UWB定位传感器的坐标为(x2，y2，z2)，第三UWB定位传感器的坐标为(x3，y3，z3)，第四UWB定位传感器的坐标为(x4，y4，z4)，第一UWB定位传感器检测到其与第一UWB定位标签之间的距离为R₁，第二UWB定位传感器检测到其与第一UWB定位标签之间的距离为R₂，第三UWB定位传感器检测到其与第一UWB定位标签之间的距离为R₃，第四UWB定位传感器检测到其与第一UWB定位标签之间的距离为R₄，假设第一UWB定位标签的坐标为(x，y，z)，得到方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_1^2={(x-0)}^2+{(y-0)}^2+{(z-0)}^2\\ R_2^2={(x-x2)}^2+{(y-y2)}^2+{(z-z2)}^2\\ R_3^2={(x-x3)}^2+{(y-y3)}^2+{(z-z3)}^2\\ R_4^2={(x-x4)}^2+{(y-y4)}^2+{(z-z4)}^2\end{array}\right.$

由于x2，x3，x4，y2，y3，y4，z2，z3，z4都是已知值，采用基于泰勒级数展开的最小二乘法进行迭代求解，求出x，y，z的值，得到第一UWB定位标签的坐标值，即宠物的坐标值；中央处理单元根据旋转机构转动的角度、滑块的位置和第一电动伸缩杆的长度确定储食装置在XYZ三维直角坐标系内的坐标值；

S4：中央处理单元根据储食装置的坐标值和宠物的坐标值计算出储食装置与宠物之间的水平距离和竖直距离，中央处理单元与控制器进行无线通信，通过第一伸缩杆调整储食装置的高度，使得储食装置与宠物之间的竖直距离达到设定值H1，然后控制储食装置上的声音输出模块发出预先设定的特殊声音吸引宠物注意；

S5：中央处理单元实时检测储食装置与宠物之间的水平距离，当水平距离大于设定值D1时，控制旋转机构向靠近宠物的方向转动，通过驱动机构驱动滑块向靠近宠物的方向运动，当水平距离大于设定值D3小于设定值D2时，D1＞D2＞D3，控制旋转机构向远离宠物的方向转动，通过驱动机构驱动滑块向远离宠物的方向运动，当水平距离小于设定值D3时，中央处理单元控制旋转机构停止转动，驱动机构停止工作，发送指令给控制器，控制器通过驱动电机打开出口仓门，储食装置内的宠物食物从出口仓门落下，宠物获得食物，声音输出模块停止发出声音，训练装置停止工作。

作为优选，所述步骤S5中，旋转机构在转动时，控制器通过第一电动伸缩杆控制储食装置上下运动。吸引宠物注意，训练宠物弹跳。

作为优选，用户可通过智能手机与训练装置进行无线通信，设定训练装置进行宠物跳跃训练，中央处理单元控制储食装置运动到宠物上方，控制储食装置上的声音输出模块发出预先设定的特殊声音吸引宠物注意，中央处理单元实时检测储食装置与宠物之间的竖直距离，通过第一电动伸缩杆调整储食装置的高度，使得储食装置与宠物之间的竖直距离始终大于设定值H2，中央处理单元检测宠物的纵坐标值，当宠物向上跳起的高度大于设定值H3或宠物跳跃次数达到设定值时，中央处理单元发送指令给控制器，控制器通过驱动电机打开出口仓门，储食装置内的宠物食物从出口仓门落下，宠物获得食物，声音输出模块停止发出声音，训练装置停止工作。用户也可通过智能手机手动遥控储食装置上下运动。

本发明的实质性效果是：(1)具有很强的趣味性，容易引起宠物的兴趣，宠物通过与训练装置互动达到很好的健身效果。(2)当宠物运动距离达到一定值时，储食装置停止运动，出口仓门自动打开一定时间，储食装置内的宠物食物从出口仓门落下，宠物获得食物，合理的控制宠物的运动量，防止宠物因过量运动且没有及时进食而危害健康。(3)合理控制训练装置与宠物之间的距离，即保证了宠物不容易抓到训练装置，也防止训练装置离宠物较远使宠物失去兴趣。(4)能对宠物进行跳跃训练。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是储食装置的俯视图；

图3是本发明的一种电路原理连接框图；

图4是以第一UWB定位传感器为原点建立的XYZ三维直角坐标系。

图中：1、训练装置，2、信号收发器，3、底座，4、立柱，5、中央处理单元，6、第一无线通信模块，7、第一UWB定位传感器，8、旋转机构，9、横梁，10、导轨，11、滑块，12、驱动机构，13、储食装置，14、第一电动伸缩杆，15、进口仓门，16、出口仓门，17、驱动电机，18、控制器，19、第二无线通信模块，20、声音输出模块，21、第二UWB定位传感器，22、第二电动伸缩杆，23、第三电动伸缩杆，24、第三UWB定位传感器，25、第四UWB定位传感器，26、微处理器，27、第三无线通信模块，28、控制按键，29、第一UWB定位标签，30、LED灯，31、触摸屏，32、第二UWB定位标签，33、通孔。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本实施例的一种宠物健身系统，如图1、图2、图3所示，包括训练装置1和佩戴在宠物身上的信号收发器2，训练装置1包括底座3，底座3上设有立柱4、中央处理单元5、第一无线通信模块6和第一UWB定位传感器7，立柱4上设有可水平转动的旋转机构8，旋转机构8连接有横向设置的横梁9，横梁9上设有导轨10，导轨10上设有可沿导轨10移动的滑块11以及驱动滑块11移动的驱动机构12，滑块11下方设有用于存储宠物食物的储食装置13，储食装置13呈球形且由透明材料制成，储食装置13上还设有若干个LED灯30，储食装置13顶部设有第一电动伸缩杆14，第一电动伸缩杆14的顶部与滑块11连接，储食装置13顶部还设有进口仓门15，储食装置13底部设有出口仓门16以及驱动出口仓门16开闭的驱动电机17，储食装置13上还设有控制器18、第二无线通信模块19和声音输出模块20，立柱4顶部设有第二UWB定位传感器21以及沿横向设置的第二电动伸缩杆22和第三电动伸缩杆23，第二电动伸缩杆22前端设有第三UWB定位传感器24，第三电动伸缩杆23前端设有第四UWB定位传感器25，信号收发器2包括微处理器26、第三无线通信模块27、控制按键28和第一UWB定位标签29，中央处理单元5分别与第一无线通信模块6、旋转机构8、驱动机构12、第二电动伸缩杆22、第三电动伸缩杆23、第一UWB定位传感器7、第二UWB定位传感器21、第三UWB定位传感器24和第四UWB定位传感器25电连接，控制器18分别与第一电动伸缩杆14、驱动电机17、第二无线通信模块19、声音输出模块20和LED灯30电连接，微处理器26分别与第三无线通信模块27、控制按键28和第一UWB定位标签29电连接。

第一UWB定位传感器7和第二UWB定位传感器21的连线与底座3垂直，第一UWB定位传感器7和第二UWB定位传感器21的连线穿过旋转机构8的中心，第二UWB定位传感器21和第三UWB定位传感器24的连线与底座3平行，第二UWB定位传感器21和第四UWB定位传感器25的连线与底座3平行，第二UWB定位传感器21和第三UWB定位传感器24的连线与第二UWB定位传感器21和第四UWB定位传感器25的连线垂直。底座水平设置，此时，第一UWB定位传感器和第二UWB定位传感器的连线与水平面垂直，第二UWB定位传感器、第三UWB定位传感器和第四UWB定位传感器所在的平面与水平面平行。储食装置13上设有若干个通孔33，使食物的气味挥发出来，吸引宠物注意。驱动机构12为直线电机。

信号收发器佩戴在需要健身的宠物身上，用户手动将宠物食物放入储食装置内。启动信号收发器工作，信号收发器通过第三无线通信模块向训练装置发送启动指令，第一UWB定位标签发送带有自身特定编号的UWB信号到训练装置。训练装置通过第一无线通信模块接收启动指令，如图4所示，以第一UWB定位传感器为原点，以第一UWB定位传感器指向第二UWB定位传感器的方向(即竖直向上方向)为Z轴正方向，以第二UWB定位传感器指向第三UWB定位传感器的方向为Y轴正方向，以第二UWB定位传感器指向第四UWB定位传感器的方向为X轴正方向，建立XYZ三维直角坐标系。

中央处理单元控制第二电动伸缩杆和第三电动伸缩杆伸长设定的长度，第一UWB定位传感器、第二UWB定位传感器、第三UWB定位传感器和第四UWB定位传感器在XYZ三维直角坐标系内的坐标都确定，第一UWB定位传感器的坐标为(0，0，0)，第二UWB定位传感器的坐标为(0，0，z2)，第三UWB定位传感器的坐标为(0，y3，z2)，第四UWB定位传感器的坐标为(x4，0，z2)，第一UWB定位传感器通过TOA方法检测到其与第一UWB定位标签之间的距离为R₁，第二UWB定位传感器通过TOA方法检测到其与第一UWB定位标签之间的距离为R₂，第三UWB定位传感器通过TOA方法检测到其与第一UWB定位标签之间的距离为R₃，第四UWB定位传感器通过TOA方法检测到其与第一UWB定位标签之间的距离为R₄，假设第一UWB定位标签的坐标为(x，y，z)，建立方程组，计算出x，y，z的值，得到第一UWB定位标签的坐标值，即宠物的坐标值；中央处理单元根据旋转机构转动的角度、滑块的位置和第一电动伸缩杆的长度确定储食装置在XYZ三维直角坐标系内的坐标值。

中央处理单元根据储食装置的坐标值和宠物的坐标值计算出储食装置与宠物之间的水平距离和竖直距离，中央处理单元与控制器进行无线通信，通过第一伸缩杆调整储食装置的高度，使得储食装置与宠物之间的竖直距离达到设定值H1，然后控制储食装置上的声音输出模块发出预先设定的特殊声音(如零食塑料包装袋发出的“簌、簌”声)，控制LED灯闪烁发出各种不同颜色的光，以吸引宠物的注意。旋转机构上设有检测转动角度的角度检测模块，角度检测模块与中央处理单元电连接。

中央处理单元实时检测储食装置与宠物之间的水平距离，当水平距离大于设定值D1时，控制旋转机构向靠近宠物的方向转动(速度较慢)，通过驱动机构驱动滑块向靠近宠物的方向运动(速度较慢)，吸引宠物注意，当水平距离大于设定值D3小于设定值D2时，D1＞D2＞D3，控制旋转机构向远离宠物的方向转动，通过驱动机构驱动滑块向远离宠物的方向运动(计算宠物移动速度，根据宠物速度对应调整旋转机构的转速和滑块的移动速度)，当水平距离小于设定值D3(宠物追上储食装置)时，中央处理单元控制旋转机构停止转动，驱动机构停止工作，发送指令给控制器，控制器通过驱动电机打开出口仓门，储食装置内的宠物食物从出口仓门落下，宠物获得食物，声音输出模块停止发出声音，LED灯停止闪烁，训练装置停止工作。

中央处理单元实时检测宠物的坐标值，根据相邻两次采样得到的坐标值计算出每个采样周期宠物的移动距离S_i，从而计算出宠物的总移动距离S，即当宠物的总移动距离S达到预设值时，中央处理单元控制旋转机构停止转动，驱动机构停止工作，发送指令给控制器，控制器通过驱动电机打开出口仓门，储食装置内的宠物食物从出口仓门落下，宠物获得食物，声音输出模块停止发出声音，LED灯停止闪烁，训练装置停止工作。防止宠物过量运动且没有进食，保证了宠物的健康。

底座3上还设有触摸屏31，触摸屏31与中央处理单元5电连接。触摸屏可显示训练装置持续工作时间、剩余电量等参数，用户可通过触摸屏设定训练装置的工作参数和历史训练记录。储食装置也可做成各种动物形状，如狗、猫的形状，有利于吸引宠物。

用户可通过智能手机与训练装置进行无线通信，设定训练装置进行宠物跳跃训练，也可通过触摸屏设定，中央处理单元控制储食装置运动到宠物上方，控制储食装置上的声音输出模块发出预先设定的特殊声音，LED灯闪烁，吸引宠物注意，中央处理单元实时检测储食装置与宠物之间的竖直距离，通过第一电动伸缩杆调整储食装置的高度，使得储食装置与宠物之间的竖直距离始终大于设定值H2，中央处理单元检测宠物的纵坐标值，当宠物向上跳起的高度大于设定值H3或宠物跳跃次数达到设定值时，中央处理单元发送指令给控制器，控制器通过驱动电机打开出口仓门，储食装置内的宠物食物从出口仓门落下，宠物获得食物，声音输出模块停止发出声音，LED灯停止闪烁，训练装置停止工作。

本实施例的一种宠物健身系统的控制方法，适用于上述的一种宠物健身系统，包括以下步骤：

S1：启动信号收发器工作，信号收发器通过第三无线通信模块向训练装置发送启动指令，第一UWB定位标签发送带有自身特定编号的UWB信号到训练装置；

S2：训练装置通过第一无线通信模块接收启动指令，以第一UWB定位传感器为原点，以第一UWB定位传感器指向第二UWB定位传感器的方向(即竖直向上方向)为Z轴正方向，以第二UWB定位传感器指向第三UWB定位传感器的方向为Y轴正方向，以第二UWB定位传感器指向第四UWB定位传感器的方向为X轴正方向，建立XYZ三维直角坐标系；

S3：中央处理单元控制第二电动伸缩杆和第三电动伸缩杆伸长设定的长度，第一UWB定位传感器、第二UWB定位传感器、第三UWB定位传感器和第四UWB定位传感器在XYZ三维直角坐标系内的坐标都确定，第一UWB定位传感器的坐标为(0，0，0)，第二UWB定位传感器的坐标为(0，0，z2)，第三UWB定位传感器的坐标为(0，y3，z2)，第四UWB定位传感器的坐标为(x4，0，z2)，第一UWB定位传感器检测到其与第一UWB定位标签之间的距离为R₁，第二UWB定位传感器检测到其与第一UWB定位标签之间的距离为R₂，第三UWB定位传感器检测到其与第一UWB定位标签之间的距离为R₃，第四UWB定位传感器检测到其与第一UWB定位标签之间的距离为R₄，假设第一UWB定位标签的坐标为(x，y，z)，得到方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_1^2={(x-0)}^2+{(y-0)}^2+{(z-0)}^2\\ R_2^2={(x-0)}^2+{(y-0)}^2+{(z-z2)}^2\\ R_3^2={(x-0)}^2+{(y-y3)}^2+{(z-z2)}^2\\ R_4^2={(x-x4)}^2+{(y-0)}^2+{(z-z2)}^2\end{array}\right.$

由于x4，y3，z2都是已知值，采用基于泰勒级数展开的最小二乘法进行迭代求解，求出x，y，z的值，得到第一UWB定位标签的坐标值，即宠物的坐标值；中央处理单元根据旋转机构转动的角度、滑块的位置和第一电动伸缩杆的长度确定储食装置在XYZ三维直角坐标系内的坐标值；

S4：中央处理单元根据储食装置的坐标值和宠物的坐标值计算出储食装置与宠物之间的水平距离和竖直距离，中央处理单元与控制器进行无线通信，通过第一伸缩杆调整储食装置的高度，使得储食装置与宠物之间的竖直距离达到设定值H1，然后控制储食装置上的声音输出模块发出预先设定的特殊声音(如零食塑料包装袋发出的“簌、簌”声)，控制LED灯闪烁发出各种不同颜色的光，以吸引宠物的注意；

S5：中央处理单元实时检测储食装置与宠物之间的水平距离，当水平距离大于设定值D1时，控制旋转机构向靠近宠物的方向转动(速度较慢)，通过驱动机构驱动滑块向靠近宠物的方向运动(速度较慢)，吸引宠物注意，当水平距离大于设定值D3小于设定值D2时，D1＞D2＞D3，控制旋转机构向远离宠物的方向转动，通过驱动机构驱动滑块向远离宠物的方向运动(计算宠物移动速度，根据宠物移动速度对应调整旋转机构的转速和滑块的移动速度，使旋转机构角速度和滑块移动速度的合速度等于或大于宠物速度)，当水平距离小于设定值D3(宠物追上储食装置)时，中央处理单元控制旋转机构停止转动，驱动机构停止工作，发送指令给控制器，控制器通过驱动电机打开出口仓门，储食装置内的宠物食物从出口仓门落下，宠物获得食物，声音输出模块停止发出声音，LED灯停止闪烁发光，训练装置停止工作。

中央处理单元实时检测宠物的坐标值，根据相邻两次采样得到的坐标值计算出每个采样周期宠物的移动距离S_i，从而计算出宠物的总移动距离S，即当宠物的总移动距离S达到预设值时，中央处理单元控制旋转机构停止转动，驱动机构停止工作，发送指令给控制器，控制器通过驱动电机打开出口仓门，储食装置内的宠物食物从出口仓门落下，宠物获得食物，声音输出模块停止发出声音，LED灯停止闪烁发光，训练装置停止工作，防止宠物过量运动且没有进食，保证了宠物的健康。

步骤S5中，旋转机构在转动时，控制器通过第一电动伸缩杆控制储食装置上下运动。吸引宠物注意，训练宠物弹跳。

用户可通过智能手机与训练装置进行无线通信，设定训练装置进行宠物跳跃训练，中央处理单元控制储食装置运动到宠物上方，控制储食装置上的声音输出模块发出预先设定的特殊声音吸引宠物注意，中央处理单元实时检测储食装置与宠物之间的竖直距离，通过第一电动伸缩杆调整储食装置的高度，使得储食装置与宠物之间的竖直距离始终大于设定值H2，中央处理单元检测宠物的纵坐标值，当宠物向上跳起的高度大于设定值H3或宠物跳跃次数达到设定值时，中央处理单元发送指令给控制器，控制器通过驱动电机打开出口仓门，储食装置内的宠物食物从出口仓门落下，宠物获得食物，声音输出模块停止发出声音，LED灯停止闪烁发光，训练装置停止工作。用户也可通过智能手机手动遥控储食装置上下运动。

实施例2：本实施例的一种宠物健身系统，如图3所示，储食装置13上还设有第二UWB定位标签32，第二UWB定位标签32与控制器18电连接，其余结构与实施例1相同。

第二UWB定位标签发送带有自身特定编号的UWB信号到训练装置，第一UWB定位传感器、第二UWB定位传感器、第三UWB定位传感器、第四UWB定位传感器分别检测到自身与第二UWB定位标签之间的距离，建立方程组，计算出第二UWB定位标签的坐标值，即储食装置的坐标值，以该坐标值确定储食装置的位置。

Claims (6)

1.一种宠物健身系统，其特征在于：包括训练装置(1)和佩戴在宠物身上的信号收发器(2)，所述训练装置(1)包括底座(3)，所述底座(3)上设有立柱(4)、中央处理单元(5)、第一无线通信模块(6)、第一UWB定位传感器(7)和触摸屏(31)，所述立柱(4)上设有可水平转动的旋转机构(8)，所述旋转机构(8)连接有横向设置的横梁(9)，所述横梁(9)上设有导轨(10)，所述导轨(10)上设有可沿导轨(10)移动的滑块(11)以及驱动滑块(11)移动的驱动机构(12)，所述滑块(11)下方设有用于存储宠物食物的储食装置(13)，所述储食装置(13)顶部设有第一电动伸缩杆(14)，所述第一电动伸缩杆(14)的顶部与滑块(11)连接，所述储食装置(13)顶部还设有进口仓门(15)，所述储食装置(13)底部设有出口仓门(16)以及驱动出口仓门(16)开闭的驱动电机(17)，所述储食装置(13)上还设有控制器(18)、第二无线通信模块(19)和声音输出模块(20)，所述立柱(4)顶部设有第UWB定位传感器(21)以及沿横向设置的第二电动伸缩杆(22)和第三电动伸缩杆(23)，所述第二电动伸缩杆(22)前端设有第三UWB定位传感器(24)，所述第三电动伸缩杆(23)前端设有第四UWB定位传感器(25)，所述信号收发器(2)包括微处理器(26)、第三无线通信模块(27)、控制按键(28)和第一UWB定位标签(29)，所述中央处理单元(5)分别与第一无线通信模块(6)、触摸屏(31)、旋转机构(8)、驱动机构(12)、第二电动伸缩杆(22)、第三电动伸缩杆(23)、第一UWB定位传感器(7)、第二UWB定位传感器(21)、第三UWB定位传感器(24)和第四UWB定位传感器(25)电连接，所述控制器(18)分别与第一电动伸缩杆(14)、驱动电机、第二无线通信模块(19)和声音输出模块(20)电连接，所述微处理器(26)分别与第三无线通信模块(27)、控制按键(28)和第一UWB定位标签(29)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种宠物健身系统，其特征在于：所述第一UWB定位传感器(7)和第二UWB定位传感器(21)的连线与底座(3)垂直，所述第二UWB定位传感器(21)和第三UWB定位传感器(24)的连线与底座(3)平行，所述第二UWB定位传感器(21)和第四UWB定位传感器(25)的连线与底座(3)平行，所述第二UWB定位传感器(21)、第三UWB定位传感器(24)和第四UWB定位传感器(25)不在同一直线上。

3.根据权利要求2所述的一种宠物健身系统，其特征在于：第二UWB定位传感器(21)和第三UWB定位传感器(24)的连线与第二UWB定位传感器(21)和第四UWB定位传感器(25)的连线的夹角为45-135度。

4.一种宠物健身系统的控制方法，适用于如权利要求1-3中任一权利要求所述的一种宠物健身系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1：启动信号收发器工作，信号收发器通过第三无线通信模块向训练装置发送启动指令；

S2：训练装置通过第一无线通信模块接收启动指令，以第一UWB定位传感器为原点，竖直向上方向为Z轴正方向，建立XYZ三维直角坐标系；

S3：中央处理单元控制第二电动伸缩杆和第三电动伸缩杆伸长设定的长度，第一UWB定位传感器、第二UWB定位传感器、第三UWB定位传感器和第四UWB定位传感器在XYZ三维直角坐标系内的坐标都确定，第一UWB定位传感器的坐标为(0，0，0)，第二UWB定位传感器的坐标为(x2，y2，z2)，第三UWB定位传感器的坐标为(x3，y3，z3)，第四UWB定位传感器的坐标为(x4，y4，z4)，第一UWB定位传感器检测到其与第一UWB定位标签之间的距离为R₁，第二UWB定位传感器检测到其与第一UWB定位标签之间的距离为R₂，第三UWB定位传感器检测到其与第一UWB定位标签之间的距离为R₃，第四UWB定位传感器检测到其与第一UWB定位标签之间的距离为R₄，假设第一UWB定位标签的坐标为(x，y，z)，得到方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_1^2={(x-0)}^2+{(y-0)}^2+{(z-0)}^2\\ R_2^2={(x-x2)}^2+{(y-y2)}^2+{(z-z2)}^2\\ R_3^2={(x-x3)}^2+{(y-y3)}^2+{(z-z3)}^2\\ R_4^2={(x-x4)}^2+{(y-y4)}^2+{(z-z4)}^2\end{array}\right.$

由于x2，x3，x4，y2，y3，y4，z2，z3，z4都是已知值，采用基于泰勒级数展开的最小二乘法进行迭代求解，求出x，y，z的值，得到第一UWB定位标签的坐标值，即宠物的坐标值；中央处理单元根据旋转机构转动的角度、滑块的位置和第一电动伸缩杆的长度确定储食装置在XYZ三维直角坐标系内的坐标值；

S4：中央处理单元根据储食装置的坐标值和宠物的坐标值计算出储食装置与宠物之间的水平距离和竖直距离，中央处理单元与控制器进行无线通信，通过第一伸缩杆调整储食装置的高度，使得储食装置与宠物之间的竖直距离达到设定值H1，然后控制储食装置上的声音输出模块发出预先设定的特殊声音吸引宠物注意；

S5：中央处理单元实时检测储食装置与宠物之间的水平距离，当水平距离大于设定值D1时，控制旋转机构向靠近宠物的方向转动，通过驱动机构驱动滑块向靠近宠物的方向运动，当水平距离大于设定值D3小于设定值D2时，D1＞D2＞D3，控制旋转机构向远离宠物的方向转动，通过驱动机构驱动滑块向远离宠物的方向运动，当水平距离小于设定值D3时，中央处理单元控制旋转机构停止转动，驱动机构停止工作，发送指令给控制器，控制器通过驱动电机打开出口仓门，储食装置内的宠物食物从出口仓门落下，宠物获得食物，声音输出模块停止发出声音，训练装置停止工作。

5.根据权利要求4所述的一种宠物健身系统的控制方法，其特征在于：所述步骤S5中，旋转机构在转动时，控制器通过第一电动伸缩杆控制储食装置上下运动。

6.根据权利要求4所述的一种宠物健身系统的控制方法，其特征在于：用户可通过智能手机与训练装置进行无线通信，设定训练装置进行宠物跳跃训练，中央处理单元控制储食装置运动到宠物上方，控制储食装置上的声音输出模块发出预先设定的特殊声音吸引宠物注意，中央处理单元实时检测储食装置与宠物之间的竖直距离，通过第一电动伸缩杆调整储食装置的高度，使得储食装置与宠物之间的竖直距离始终大于设定值H2，中央处理单元检测宠物的纵坐标值，当宠物向上跳起的高度大于设定值H3或宠物跳跃次数达到设定值时，中央处理单元发送指令给控制器，控制器通过驱动电机打开出口仓门，储食装置内的宠物食物从出口仓门落下，宠物获得食物，声音输出模块停止发出声音，训练装置停止工作。