基于TRIZ理论的残疾人智能升降置物架的创新设计

许雅瑜 朱彤 葛琼颖 蒋瑶希 王玮 赵新军

摘要：针对下肢残疾人士拿取高处物体困难的问题，运用TRIZ理论对该问题进行系统分析，准确地找到问题的关键点以及未来的解决方向，并利用TRIZ工具辅助拟定若干预选方案，分析存在的技术矛盾，并据此找到了合适的发明原理，设计评估方案，选择并完善最终方案，有效解决如何使残疾人安全快速便捷地拿到高处东西的这一问题。

1绪论

根据2006年全国第二次残疾人调查数据，我国各类残疾人总数为8296万人，其中下肢截肢者约160万（如图1的a和b图）。腿脚不便给他们的生活带来许多障碍，如上下楼梯不便、够不到储物柜高处的物品、行动迟缓不够灵活等。

该项目聚焦下肢残疾人士坐轮椅拿取高处的物品较困难这一现象，运用TRIZ理论对该问题进行分析，进行智能化、便捷化设计，使他们更快速简捷地取到放置较高的物品，从而达到提高该类残疾人拿取效率、增强拿取安全性的效果。

2当前问题描述

一般情况下，家具总是以健全人（身心，能力无缺陷的人）的数据为基准来设计，对下肢残疾人士考虑较少。人们在布置房间时，通常会采用整面墙高的壁柜、书架、置物架等来增大存储空间，节省占地面积。但与此同时，高高的置物架非常不方便拿取，普通人尚且可以爬梯子或采用别的踩高方式来拿，但对于下肢残疾人士来说，这无疑是一项艰难而危险的工作（如图2）。

3运用TRIZ系统分析工具对系统进行分析

3.1因果分析法的应用

采用因果分析法（图3），识别出下肢残疾人士不易拿取高处物品这一问题中存在的因果关系链，发现其根本原因，为该问题的解决寻找突破点。

通过因果分析法，找到问题存在的两个主要原因：其一是置物架结构固定，无法随下肢残疾人士意愿进行移动;其二下肢残疾人士的手臂长度有限，辅助扩大手臂触及范围的工具无法灵活拿取物品。所以，设计时可以通过突破这两方面原因来解决该问题。

3.2九屏分析法的应用

运用九屏分析法（图4）对系统在时间、系统方面进行分析，辅助找到可用资源，由此找出下肢残疾人士不易拿取高处物品这一问题的解决方向。

由九屏分析可以得出，帮助下肢残疾人士拿到高处物品可以从置物架、轮椅的设计入手，可增强置物架或轮椅的可动性，使之可以任意升降，克服下肢残疾人士与高处物品在空间距离上的障碍。本文拟从增强置物架可动性这一点入手，发现问题关键点，需求解决方案。

4基于发明原理的下肢残疾人智能升降置物架设计

4.1技术矛盾描述

通过因果分析、九屏分析，得到两对技术矛盾：设计过程中，在对技术方面进行考虑时，发现让整个柜体移动，下肢残疾人在使用时更加方便安全，可以优化其可操作性，改善参数（33），但这样会大大增加运动物体的重量，恶化参数（1），增大了技术难度，降低了安全性。而将柜体拆分，使分开的柜体各自移动，能够减小运动物体的体积，改善参数（7），实现起来比较简易，但同时会破坏柜体结构的稳定性，恶化参数（13）。

4.2问题概念解决方案

根据对上述两对技术矛盾查找冲突矩阵，找到推荐的解决原理是：1号（分割）、2号（提炼）、10号（事先动作）、13号（反向作用）、15号（动态化）、27号（一次性用品替代）、28号（置换机械系统）、39号（使用强氧化剂）8个推荐原理。通过对上述推荐原理的仔细分析，发现对解决本文提出的问题有设计指导的发明原理如下。

第1号原理（分割）：将物体分成容易组装和拆卸的部分组合家具。将传统的高层书架或置物架分割成小部分，使其客观上可以自由移动组合。

第13号原理（反向作用）：让物体或环境可动部分不动，不动部分可动。本项目中运用此原理，改变传统思维让人来移动去取静止的物品，而是将静止的架子改为可动，使坐轮椅的人只要操作面前的屏幕即可控制架子移动拿到物品。

第15号原理（动态化）：分割物体，使其各部分可以改变相对位置;如果一个物体整体是静止的，使之移动或可动。本项目中，为使坐轮椅的人士不动即可拿到高层架子上的物品，运用此原理，将原本位置固定的书架或置物架分割，使其可以改变相对位置。

4.3概念解决方案

通过对第1、13和15号原理的拓展分析，得出如下可能的概念方案。

方案1——方格式轨道（图5）

基于分割原理、反向作用原理、动态化原理，对置物柜进行设计，大体上令柜体呈九宫格状，其中有一个空位，便于调整单个柜子的位置.用户只需在触摸屏上滑动就可按照意愿将想要拿取的物品所在的柜子移动到合适的高度轻松完成拿放。该方案十分节省空间，操作简单，拿取物件快捷方便，且安全保障高。

方案2一一旋转式储物柜（图6）

基于分割原理将柜体分割成几个部分，悬挂在圆形支架上;结合动态化原理和反向作用原理，利用圆形的转动特性，通过中心控制系统，残疾人可在面板上操作控制支架的转动，随着支架的转动来带动储物箱的转动。当残疾人需要取用某号箱子里面的物品时，通过上述操作，将该储物箱放低高度，调到合适的高度然后取用物品。

方案3一一回形轨道智能储物柜（图7）

运用分割原理，将储物柜各栏隔离為独立的储物箱，再结合动态化原理以及反向作用原理，使储物箱在墙上的“回”形轨道定向旋转，让高层的储物箱转到底层，方便残疾人拿取物品（见图7）。此方案十分节省房间空间，而且操作简单，并且将轨道安在墙上，储物柜更加稳定，减少了安全隐患。但是此方案的存储空间少，能存储的东西有限，且一旦使用整个机器都要运转，比较笨重，导轨也易损坏，使用寿命不长。

方案4——两侧打开式轨道（图8）

该方案在方案3的基础上增设了两条竖轨，横轨各自向外延伸半格，当上层柜子向下移动时，两侧柜体各向外推半格，即可空出一条轨道供柜体自由移动，到达下层。该方案操作简单，所需柜体可快速移动到下层，但需要多个柜体同时运动，负荷较大，能耗高。

5最终解决方案

结合一系列的TRIZ分析方法，从占地面积、便捷性、经济性、安全性、使用性等几个方面综合考虑，运用分割原理、反向作用原理以及动态化原理，最终确定方格式智能升降置物架方案为最终解决方案，如图9。该设计是一种智能升降模块化书架，可以通过操作书架侧面的用户界面来控制单个置物架（储物柜）水平和竖直移动。界面中有实物置物架的模拟再现，便于用户定位、操控，使用户不必爬高费力就可以拿到高处的物品。其设置于墙体上，不占居地面空间和低空空间。当需要取放物品时，将柜体升降即可。

6结论

本文通过对下肢残疾人士坐轮椅拿取高处的物品较困难这一问题进行深入研究，运用TRIZ理论对该问题进行描述，对其中涉及的系统进行分析，找出系统的技术矛盾;再通过矛盾矩阵直找到对应的发明原理，进而延伸出一系列的概念设计方案;最后通过进行各方面的评估选定最终解决方案。该方案如果能够实施，它将使得下肢残疾人士坐轮椅难以拿取高处物品这一问题得到有效解决。

备注：该方案部分选取自第六届全国“TRIZ”杯大学生创新方法大赛三等奖作品“下肢残疾人智能升降置物架”作品申报书。

参考文献

[1]阿奇舒勒，黄玉霖，范怡红译，创新40法-TRIZ创造性解决技术问题的诀窍[M]，成都：西南交通大学出版社，2004.

[2]赵新军，孙晓枫.40条发明创造原理及其应用[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工作手册[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，陈劲、朱凌、郑尧丽译，用TRIZ进行创造性思考实用指南[M]，科学出版社.2010.

[6]赵敏.TRIZ入门及实践[M]，科学出版社.2009.

[7]陈广胜，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