王日君 張敬凱 吳曉 黃巍嶺

摘? ?要：針對現(xiàn)存吊軌式自動送餐設(shè)備的供電方式和升降裝置存在的供電不足等問題，應(yīng)用TRIZ理論，分析了設(shè)備設(shè)計(jì)中存在的技術(shù)沖突和物理沖突，分別運(yùn)用動態(tài)化原理和條件分離原理，對設(shè)備的供電方式和升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)和完善，實(shí)現(xiàn)了對吊軌式自動送餐設(shè)備整體的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：TRIZ;自動送餐設(shè)備;發(fā)明原理;分離原理

吊軌式自動送餐設(shè)備是餐館自動送餐中應(yīng)用的一種新型設(shè)備，與現(xiàn)存送餐機(jī)器人有所不同，該設(shè)備通過移動裝置在吊軌上進(jìn)行移動，配合升降裝置，將做好的餐品送至顧客桌面上，非常方便快捷。國內(nèi)外學(xué)者圍繞吊軌式自動送餐設(shè)備展開了部分研究[1-4]，推動了其向前發(fā)展，但是設(shè)備依然存在設(shè)備成本高、續(xù)航時(shí)間短以及啟動時(shí)驅(qū)動力不足等問題。

發(fā)明問題解決理論（TRIZ）作為一種創(chuàng)新方法，揭示了創(chuàng)造發(fā)明的內(nèi)在規(guī)律和原理，能夠大大加快人們創(chuàng)造發(fā)明的進(jìn)程并得到高質(zhì)量的創(chuàng)新產(chǎn)品[5，6]。TRIZ的兩個(gè)解題工具：分離原理和40個(gè)發(fā)明原理，在解決問題過程中應(yīng)用廣泛，本文通過應(yīng)用這兩個(gè)解題工具對吊軌式自動送餐設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)。

1 基于發(fā)明原理的送餐設(shè)備供電方式的改進(jìn)

作為TRIZ理論的重要工具之一——發(fā)明原理，其主要解題對象是技術(shù)沖突類問題。技術(shù)沖突是發(fā)生在兩個(gè)參數(shù)之間的沖突，即系統(tǒng)的一個(gè)方面得到改進(jìn)時(shí)，削弱了另一方面。此類問題，通常先用39個(gè)通用工程參數(shù)進(jìn)行描述，將技術(shù)沖突轉(zhuǎn)化為TRIZ的標(biāo)準(zhǔn)沖突，然后到?jīng)_突矩陣中查找相應(yīng)的發(fā)明原理來解決。

考慮到降低成本，本設(shè)計(jì)將送餐設(shè)備的移動裝置和升降裝置設(shè)置為一體式，所帶來的問題是蓄電池?zé)o法滿足所耗電量，即存在如下的沖突：一體式裝置提高了速度，但在移動的過程中兩裝置很難與電源形成閉合回路，無法獲得源源不斷的電能。轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)沖突，改善的參數(shù)：通用工程參數(shù)9（速度）;惡化的參數(shù)：通用工程參數(shù)：19（運(yùn)動物體的能量）。由沖突矩陣查找到以下發(fā)明原理：

（1）15號原理（動態(tài)化）：將電力傳輸設(shè)備改為移動式，即在吊軌的上方加裝一條和吊軌路徑一致的通電軌道，采用移動觸滑器對兩裝置進(jìn)行供電，移動觸滑器上端可在通電軌道上滑動，下端分別與移動裝置和升降裝置中的兩步進(jìn)電機(jī)相連，形成運(yùn)動的回路，不間斷地為兩裝置供電。

（2）35號原理（參數(shù)變化）：將吊軌、移動裝置和升降裝置三者接觸的位置全部換成導(dǎo)體材料，改變其導(dǎo)電性，給吊軌通電。雖然同樣能為兩裝置提供電能，但很容易造成整個(gè)設(shè)備短路或漏電，會帶來巨大安全隱患，故不予考慮。

依據(jù)上述分析，采用以下方案：在吊軌的上方加裝一條和吊軌路徑一致的通電軌道，采用移動觸滑器對兩裝置進(jìn)行供電（移動觸滑器可在通電的狀態(tài)下隨兩裝置在通電軌道上移動），如圖1所示。

2 基于分離原理的送餐設(shè)備升降裝置的改進(jìn)

分離原理主要是面向物理沖突類問題加以改進(jìn)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。所謂物理沖突，是指發(fā)生在一個(gè)參數(shù)上的沖突，即對同一個(gè)參數(shù)提出了不同的需求，一般直接用分離原理求解，分離原理包括四種：時(shí)間分離、空間分離、條件分離、系統(tǒng)分離。

送餐設(shè)備運(yùn)行過程中，若步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動升降裝置，為保證步進(jìn)電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行不過負(fù)載，對升降力矩上限的要求為盡量小，而為了提高升降裝置的運(yùn)載能力，對升降力矩上限的要求為盡量大，由此判斷存在一對物理沖突。

對沖突進(jìn)一步分析，如果在步進(jìn)電機(jī)和升降裝置之間加入防止步進(jìn)電機(jī)過負(fù)載的中間裝置，通過中間裝置繼續(xù)提高升降力矩上限，那么便可提高升降裝置運(yùn)載能力。

因此該沖突可用條件分離原理解決，即在步進(jìn)電機(jī)和升降裝置之間加入帶有動滑輪的滑輪組，通過滑輪組傳動相當(dāng)于將步進(jìn)電機(jī)輸出力矩增大數(shù)倍（取決于動滑輪個(gè)數(shù)），避免了步進(jìn)電機(jī)重載驅(qū)動不穩(wěn)定的情況發(fā)生，同時(shí)提高了升降裝置的運(yùn)載能力。

綜上述分離原理，最終將升降裝置做出如下改進(jìn)：通過步進(jìn)電機(jī)在旋轉(zhuǎn)過程中對滑輪組進(jìn)行纏線和放線，帶動伸縮桿完成對應(yīng)過程的縮短和伸長，最終配合整個(gè)升降裝置完成平穩(wěn)升降，如圖2所示。

3 改進(jìn)后的總體結(jié)構(gòu)

如圖3所示，移動裝置放置在吊軌上，可沿吊軌進(jìn)行移動。升降裝置固定在移動裝置的下方，當(dāng)移動到指定桌位時(shí)，升降裝置開始工作，從而將托盤上的餐品準(zhǔn)確的送達(dá)指定桌面。上述過程中由通電軌道通過移動觸滑器來為兩裝置全程提供電力。

4 結(jié)論

本文應(yīng)用TRIZ理論對吊軌式自動送餐設(shè)備的供電方式和升降裝置進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高了設(shè)備的運(yùn)載能力和運(yùn)載效率。應(yīng)用發(fā)明原理，解決了吊軌式自動送餐設(shè)備的供電方式中存在的技術(shù)沖突，采用移動觸滑器對設(shè)備中各裝置輸送所需電力，有效改善了供電方式。利用分離原理解決了設(shè)備的升降裝置中存在的物理沖突，在升降裝置中加入了滑輪組，顯著提高了升降裝置的運(yùn)載能力。

參考文獻(xiàn)

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責(zé)編/魏曉文