吊軌式自動送餐裝置是餐館自動送餐中應用的一種新型裝置，與現存送餐機器人有所不同，該裝置通過移動裝置在吊軌上進行移動，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。國內外學者圍繞吊軌式自動送餐裝置展開了部分研究[1-4]，推動了其向前發展，但是裝置依然存在裝置成本高、續航時間短以及啟動時驅動力不足等問題。

發明問題解決理論（TRIZ）作為一種創新方法，揭示了創造發明的內在規律和原理，能夠大大加快人們創造發明的程序並得到高品質的創新產品[5,6]。TRIZ的兩個解題工具：分離原理和40個發明原理，在解決問題過程中應用廣泛，本文通過應用這兩個解題工具對吊軌式自動送餐裝置進行改進。

1 基於發明原理的送餐裝置供電方式的改進

作為TRIZ理論的重要工具之一——發明原理，其主要解題物件是技術衝突類問題。技術衝突是發生在兩個引數之間的衝突，即系統的一個方面得到改進時，削弱了另一方面。此類問題，通常先用39個通用工程引數進行描述，將技術衝突轉化為TRIZ的標準衝突，然後到衝突矩陣中查詢相應的發明原理來解決。

考慮到降低成本，本設計將送餐裝置的移動裝置和升降裝置設定為一體式，所帶來的問題是蓄電池無法滿足所耗電量，即存在如下的衝突：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迴路，無法獲得源源不斷的電能。轉化成標準衝突，改善的引數：通用工程引數9（速度）；惡化的引數：通用工程引數：19（運動物體的能量）。由衝突矩陣查詢到以下發明原理：

（1）15號原理（動態化）：將電力傳輸裝置改為移動式，即在吊軌的上方加裝一條和吊軌路徑一致的通電軌道，採用移動觸滑器對兩裝置進行供電，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電機相連，形成運動的迴路，不間斷地為兩裝置供電。

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

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

2 基於分離原理的送餐裝置升降裝置的改進

分離原理主要是面向物理衝突類問題加以改進和創新設計。所謂物理衝突，是指發生在一個引數上的衝突，即對同一個引數提出了不同的需求，一般直接用分離原理求解，分離原理包括四種：時間分離、空間分離、條件分離、系統分離。

送餐裝置執行過程中，若步進電機直接驅動升降裝置，為保證步進電機平穩執行不過負載，對升降力矩上限的要求為儘量小，而為了提高升降裝置的運載能力，對升降力矩上限的要求為儘量大，由此判斷存在一對物理衝突。

對衝突進一步分析，如果在步進電機和升降裝置之間加入防止步進電機過負載的中間裝置，通過中間裝置繼續提高升降力矩上限，那麼便可提高升降裝置運載能力。

因此該衝突可用條件分離原理解決，即在步進電機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於將步進電機輸出力矩增大數倍（取決於動滑輪個數），避免了步進電機過載驅動不穩定的情況發生，同時提高了升降裝置的運載能力。

綜上述分離原理，最終將升降裝置做出如下改進：通過步進電機在旋轉過程中對滑輪組進行纏線和放線，帶動伸縮杆完成對應過程的縮短和伸長，最終配合整個升降裝置完成平穩升降，如圖2所示。

3 改進後的總體結構

如圖3所示，移動裝置放置在吊軌上，可沿吊軌進行移動。升降裝置固定在移動裝置的下方，當移動到指定桌位時，升降裝置開始工作，從而將托盤上的餐品準確的送達指定桌面。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 結論

本文應用TRIZ理論對吊軌式自動送餐裝置的供電方式和升降裝置進行了改進設計，提高了裝置的運載能力和運載效率。應用發明原理，解決了吊軌式自動送餐裝置的供電方式中存在的技術衝突，採用移動觸滑器對裝置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裝置的升降裝置中存在的物理衝突，在升降裝置中加入了滑輪組，顯著提高了升降裝置的運載能力。

參考文獻

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[6]劉曉敏，黃水平，王建輝，林貴傑.基於TRIZ及功能類比的產品概念設計創新[J].機械工程學報，2016，52（23）：34-42.

撰文：山東建築大學 機電工程學院 王日君 張敬凱 吳曉 黃巍嶺

責編：魏曉文