基于TRIZ理论的残疾人智能升降置物架的创新设计

许葛琼英江王玮赵新军

针对下肢残疾人取高处物体困难的问题，运用TRIZ理论对问题进行系统分析，准确找出问题的关键点和今后的解决方向。利用TRIZ工具帮助拟定一些预选方案，分析存在的技术矛盾，并找出合适的发明原理，设计评估方案，对最终方案进行选择和改进，有效解决了如何让残疾人安全、快速、方便地获得高物体的问题。

1导言

2006年第二次全国残疾人调查数据显示，我国现有残疾人8296万人，其中下肢截肢者约160万人(如图1图A、B所示)。腿脚不便给他们的生活带来很多障碍，比如上下楼梯不方便，储物柜高度的物品够不着，行动缓慢不灵活等。

本项目关注的是下肢残疾人坐轮椅拿取高处物体困难的现象。利用TRIZ理论来分析这个问题，进行智能便捷的设计，让他们更快捷简单的拿取较高的物体，达到提高这类人群拿取效率，增强拿取安全性的效果。

2当前问题的描述

一般来说，家具的设计总是基于健康人(没有身心缺陷和能力的人)的数据，很少考虑下肢残疾的人。人们在装修房间时，通常会使用壁柜、书架、架子等。用整面墙的高度来增加储物空空间，节省地面空间。但同时，高高的架子又很不方便拿取。普通人仍然可以爬梯子或采取其他步骤来取，但对于下肢残疾的人来说，这无疑是一项困难而危险的工作(如图2)。

3用TRIZ系统分析工具对系统进行分析。

3.1因果分析的应用

通过运用因果分析法(图3)，找出了下肢不便取高处物体问题中的因果链，找到了根本原因，找到了解决这一问题的切入点。

通过因果分析，发现问题的两个主要原因:一是货架结构是固定的，不能按照下肢残疾人的意愿移动；二是下肢残疾人手臂长度有限，帮助扩展手臂可及范围的工具无法灵活拿取东西。所以设计可以通过突破这两个原因来解决这个问题。

3.2九屏分析法的应用

采用九屏分析法(图4)从时间和系统两个方面对系统进行分析，帮助寻找可利用的资源，从而找出下肢难取高处物体问题的解决方向。

从九屏分析可以得出结论，利用置物架和轮椅的设计，帮助下肢残障人士获得高物，可以增强置物架或轮椅的机动性，使其随意升降，克服下肢残障人士在空处与高物距离的障碍。本文拟从提高货架的机动性入手，找出问题的关键点，并提出解决方案。

4基于发明原理的下肢残疾人智能升降架的设计

4.1技术矛盾描述

通过因果分析和九屏分析，得出两对技术矛盾:在设计过程中，考虑技术方面时，发现下肢的人移动柜子更方便、更安全，可以优化其可操作性，提高参数(33)，但这样会大大增加移动物体的重量，恶化参数(1)，增加技术难度，降低安全性。但是把柜子拆分，让分开的柜子分开移动，可以减少移动物体的体积，提高参数(7)，实现起来比较简单，但同时会破坏柜子结构的稳定性，恶化参数(13)。

4.2问题的概念性解决方案

根据上述两对技术矛盾的冲突矩阵，找到8条推荐原则:1号(划分)、2号(细化)、10号(预动作)、13号(反向动作)、15号(动态)、27号(更换一次性物品)、28号(更换机械系统)、39号(使用强氧化剂)。通过对上述推荐原则的仔细分析，发现具有解决本文提出的问题的设计指导的发明原则如下。

原则1(分割):将物体分割成易于组装和拆卸的模块化家具部件。将传统的高层书架或书架分割成小块，让它们自由移动，客观组合。

原则13(反作用):让一个物体或环境的可动部分静止，静止的部分是可动的。在这个项目中，就是利用这个原理来改变传统思维，让人们移动来获取固定的物品，而是将固定的架子改为可移动的，这样坐轮椅的人就可以通过操作面前的屏幕来控制架子移动和获取物品。

原则15(动态):分割一个物体，使其各部分可以改变相对位置；如果一个物体作为一个整体是静止的，让它移动或可移动。在这个项目中，为了使坐轮椅的人能够在不移动的情况下拿到高层货架上的物品，利用了这个原理来划分固定位置的书架或货架，使他们可以改变相对位置。

4.3概念性解决方案

通过对1号、13号、15号原则的展开和分析，得出以下可能的概念方案。

方案1-方形轨道(图5)

基于分、反作用、动力学原理设计收纳柜，一般将柜体做成九宫格的形状，位置为空，方便调整单个柜体的位置。用户只需在触摸屏上滑动，就可以根据自己的意愿将想要拿取物品的柜子移动到合适的高度，方便自己取放。该方案节省空时间，操作简单，取物快捷方便，安全性高。

方案2-1旋转锁柜(图6)

基于分割的原理，把柜子分成几个部分，挂在一个圆形的支架上；结合动力原理和反向作用原理，利用圆周旋转特性，通过中央控制系统，残疾人可以操作控制面板上支架的旋转，带动储物盒随着支架的旋转而旋转。当残疾人需要取用某个箱子中的物品时，通过上述操作，降低储物箱的高度，调整到合适的高度，然后取用物品。

方案3一对一轨道智能锁柜(图7)

利用分割原理，将每一列储物柜分割成独立的储物柜，再结合动力原理和反向作用原理，使墙上储物柜的“回”轨迹定向旋转，使顶层的储物柜转移到底层，方便残疾人拿取东西(见图7)。这个方案节省了很多房间空，操作起来也很简单。此外，通过在墙壁上安装轨道，储物柜更加稳固，减少了安全隐患。但是这个方案中的储藏室空很少，能存放的东西有限。而且整机一旦使用就会跑偏，比较笨重，导轨也容易损坏，使用寿命也不长。

方案4-两侧开放式轨道(图8)

该方案在方案3的基础上，增加两条竖轨，横轨各向外延伸半格。当上柜向下移动时，两边的柜子向外推半格，这样空就可以提供一个轨道，让柜子自由移动，到达下层。该方案操作简单，所需机柜可以快速移动到下层，但需要多个机柜同时移动，导致负荷重，能耗高。

5最终解决方案

结合一系列TRIZ分析方法，从占地面积、方便性、经济性、安全性、使用性等方面，运用分段、反作用、动态的原则，最终确定方形智能升降货架方案为最终方案，如图9所示。本设计为智能升降模块化书架，通过操作书架侧面的用户界面，可以控制单个书架(储物柜)的水平和垂直移动。界面中有实体货架的模拟再现，方便用户定位和控制，让用户不用登高费力就能拿到高空物品。设置在墙上，不占楼层空房间和低空空房间。当需要取放物品时，可以将柜子抬起。

6结论

对下肢残疾人坐轮椅取高物困难的问题进行了深入研究，运用TRIZ理论对问题进行了描述，并对涉及的系统进行了分析，找出了系统的技术矛盾。然后通过矛盾矩阵找到相应的发明原理，进而引申出一系列概念设计方案；最后通过各方面的评估，选出最终的解决方案。该方案如能实施，将有效解决下肢残疾人坐轮椅不能取高物的问题。

备注:本方案选自第六届全国大学生TRIZ杯创新方法大赛三等奖《下肢残疾人智能升降架》报名表。

参考

[1]阿奇·舒勒，，范译，40种创新方法——创造性解决技术问题的技巧[M]，成都:西南交通大学出版社，2004 .

[2]赵新军，孙晓峰。40发明原理及其应用[M]，北京:中国科学技术出版社，2014。

[3]中国残疾人辅助器具中心.残疾人辅助器具标准化手册[Z].2010 .

[4]中华人民共和国国务院，无障碍环境建设条例[Z].2012 .

[5]迈克尔·a·奥尔洛夫，陈进，朱令，郑耀利译，TRIZ《创造性思维实用指南》[M]，科学出版社，2010年。

[6]赵敏。TRIZ引论与实践[M]，科学出版社. 2009。

[7]陈广生，发明问题解决理论[M].黑龙江科学技术出版社. 2008。

[8]图1(a)来自百度图片，图1(b)来自谷歌图片。