一種智能餐桌的設(shè)計(jì)*

沙晉堯，馮國紅，李秉衡，饒韻晗

（東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

餐飲業(yè)是最直觀、最典型的窗口行業(yè)[1]。后疫情時(shí)代下，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展環(huán)境更加具有復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性，餐飲業(yè)需要居安思危，在明確自身社會(huì)責(zé)任的基礎(chǔ)上，調(diào)整戰(zhàn)略定位，從而積極迎接多變的挑戰(zhàn)與機(jī)遇[2]。

近幾年的突發(fā)公共衛(wèi)生事件對(duì)學(xué)校的日常管理造成了極大的挑戰(zhàn)，學(xué)校校園尤其是學(xué)校食堂是一個(gè)相對(duì)集中的地區(qū)，在后疫情時(shí)代，應(yīng)該做好相應(yīng)的防護(hù)措施，從事前預(yù)防、事中處置、事后恢復(fù)等方面制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，并制定學(xué)校的應(yīng)急資源調(diào)配計(jì)劃。雖然學(xué)校實(shí)行錯(cuò)峰用餐、加強(qiáng)疫情防控、重視消毒等措施，但仍有一些問題，如個(gè)別學(xué)生無法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)就餐完畢，食堂消毒工作所消耗人力資源大，無法及時(shí)完成。因此，要想盡快地解決這一問題，就必須制定一套有效、低成本的解決辦法。

目前，國內(nèi)外已經(jīng)提出多種在疫情背景下食堂就餐問題的解決方案，主要表現(xiàn)在優(yōu)化排隊(duì)、錯(cuò)峰用餐以及危險(xiǎn)評(píng)估3 個(gè)方面。一是在優(yōu)化排隊(duì)問題上，學(xué)者們提出的解決方式有單列多臺(tái)點(diǎn)餐的模式、擬合飯店的平均排隊(duì)時(shí)間、求解運(yùn)營費(fèi)用和客戶等待時(shí)間的權(quán)衡[3]。二是在錯(cuò)峰用餐問題上，有學(xué)者通過調(diào)查得出學(xué)生選擇食堂及窗口并且導(dǎo)致餐廳擁擠的主要原因是離宿舍近、價(jià)格便宜、飯菜好吃等[4]。三是在危險(xiǎn)評(píng)估方面，有學(xué)者建立了一種可以對(duì)食堂安全進(jìn)行評(píng)估的擴(kuò)展的元胞自動(dòng)機(jī)（Cellular Automaton，CA），用于研究校園食堂在正常情況下和應(yīng)急情況下的學(xué)生行為，從而對(duì)食堂安全進(jìn)行評(píng)估[5]，一些國外學(xué)者們提出了一種面向邊緣的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、用價(jià)值-信念-規(guī)范（VBN）理論以及借助多智能體模擬（Multi-Agent Simulation，MAS）技術(shù)、二維元胞自動(dòng)機(jī)（CA）和輔助決策工具對(duì)餐飲企業(yè)服務(wù)分析[6]。本文基于為減輕食堂用餐壓力的目的，從設(shè)備設(shè)計(jì)的角度設(shè)計(jì)了一款可自動(dòng)清理的餐桌。

1 智能餐桌整體方案設(shè)計(jì)

該智能餐桌整體分為檢測剩余餐具裝置部分、切換桌面裝置部分、自動(dòng)清潔裝置部分。智能餐桌技術(shù)路線見圖1。

圖1 智能餐桌技術(shù)路線圖

在檢測剩余餐具裝置的設(shè)計(jì)方面，桌板端的可升降攝像頭啟動(dòng)，對(duì)桌面物品進(jìn)行捕捉，利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)將捕捉到物品的特征同已學(xué)習(xí)餐具的特征進(jìn)行對(duì)比，若發(fā)現(xiàn)餐桌上有遺留餐具，則啟動(dòng)報(bào)警裝置，裝置的紅燈閃爍，目的是提醒學(xué)生將餐具放回到指定清潔位置，避免裝置對(duì)餐具的誤處理。

在切換桌面裝置的設(shè)計(jì)方面，待確保餐桌上未有遺留餐具后，紅燈會(huì)熄滅，學(xué)生可以通過控制按鈕啟動(dòng)桌面切換。本項(xiàng)目的餐桌是由傳送帶構(gòu)成的，餐桌通過電機(jī)的主動(dòng)力帶動(dòng)而順時(shí)針或逆時(shí)針傳送，上方餐桌（即使用過的餐桌）會(huì)傳送至下方，下方餐桌即已清潔過的干凈餐桌會(huì)傳送至上方，從而實(shí)現(xiàn)了上下方桌面的切換。

在自動(dòng)清潔裝置的設(shè)計(jì)方面，分為刮板清潔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、清潔組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、吸水海綿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。刮板清潔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在自動(dòng)清潔裝置的入口處，刮板可將桌面的表面垃圾處理至放在合適位置的垃圾桶中，為下一步深度清潔做準(zhǔn)備。

清潔組件結(jié)構(gòu)分為蒸汽發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)與酒精噴灑裝置結(jié)構(gòu)，蒸汽發(fā)生裝置用于產(chǎn)生蒸汽，酒精噴灑裝置用于噴灑酒精，并且蒸汽發(fā)生裝置產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)使酒精上升附著在傳送帶式桌板表面，達(dá)到對(duì)桌面的深度清潔。吸水海綿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在自動(dòng)清潔裝置的出口處，借助海綿與傳送帶式桌板的壓力而達(dá)到對(duì)噴過蒸汽的桌面擦拭，完成自動(dòng)清潔過程。

2 材料選擇

在材料選擇上，本裝置所使用的材料——聚乙烯-醋酸乙烯酯（PEVA）常被應(yīng)用于餐飲業(yè)，具有價(jià)格低廉且易購買、耐高溫、無毒等優(yōu)點(diǎn)，而且本裝置桌面切換可以達(dá)到循環(huán)利用的效果，可以促進(jìn)餐飲業(yè)發(fā)展。因此，本文擬選用PEVA 材料，用于餐桌裝置。

3 自動(dòng)清潔裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)及清洗過程

3.1 自動(dòng)清潔裝置整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自動(dòng)清潔裝置整體結(jié)構(gòu)分為3 個(gè)部分：刮板清潔結(jié)構(gòu)、清潔組件結(jié)構(gòu)、吸水海綿結(jié)構(gòu)。圖2 為自動(dòng)清潔裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 自動(dòng)清潔裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖

餐桌主體設(shè)置有兩個(gè)，兩個(gè)餐桌主體并列設(shè)置，在兩個(gè)餐桌主體之間設(shè)置有垃圾桶；餐桌主體包括桌體支架，桌體支架上側(cè)設(shè)置有側(cè)板，側(cè)板內(nèi)側(cè)安裝有傳送帶式桌板，桌體支架內(nèi)安裝有驅(qū)動(dòng)傳送帶式桌板向垃圾桶方向運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置；桌體支架內(nèi)還安裝有對(duì)傳送帶式桌板清理的清理裝置。

3.2 組件設(shè)計(jì)

3.2.1 刮板清潔結(jié)構(gòu)

傳送帶式桌板相互靠近的一側(cè)設(shè)置有對(duì)傳送帶式桌板表面垃圾清理的刮板，刮板可將桌面的垃圾處理至放在合適位置的垃圾桶中。圖3 為刮板清潔結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 刮板清潔結(jié)構(gòu)示意圖

3.2.2 清潔組件結(jié)構(gòu)

清潔組件結(jié)構(gòu)包括蒸汽清洗組件與酒精清洗組件。待桌面切換完畢穩(wěn)定后，裝置自動(dòng)啟動(dòng)蒸汽清洗組件。通過蒸汽發(fā)生裝置提供的蒸汽可附著在桌面上，由于酒精噴灑裝置產(chǎn)生的酒精極容易氣化，因此酒精會(huì)伴隨蒸汽一起運(yùn)動(dòng)，做到了對(duì)傳送帶式桌板的噴灑。需要強(qiáng)調(diào)的是，此時(shí)已經(jīng)清潔過的桌面已反轉(zhuǎn)至上方，學(xué)生可立刻就座進(jìn)行用餐，所有的清潔工作都可在學(xué)生用餐時(shí)進(jìn)行，不會(huì)影響正常的用餐。圖4 為清潔組件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4 清潔組件結(jié)構(gòu)示意圖

3.2.3 吸水海綿結(jié)構(gòu)

待學(xué)生用餐結(jié)束后，再一次啟動(dòng)裝置運(yùn)作時(shí)，下方的干凈桌面會(huì)離開清潔區(qū)域，桌面將會(huì)先通過設(shè)置的吸水海綿，借助吸水海綿與傳送帶式桌板接觸產(chǎn)生的壓力，達(dá)到對(duì)噴過蒸汽的桌面的擦拭，隨后桌面?zhèn)魉椭辽戏?，見圖4。

4 計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)檢測

在進(jìn)行餐桌清潔之前，一定要保證餐桌上沒有餐具，利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)檢測餐具以避免裝置對(duì)餐具的誤處理。學(xué)生離開座位后，桌板端的可升降攝像頭啟動(dòng)，對(duì)桌面物品進(jìn)行捕捉，將捕捉到物品的特征同已學(xué)習(xí)餐具的特征進(jìn)行對(duì)比，若發(fā)現(xiàn)餐桌上有遺留餐具，則啟動(dòng)報(bào)警裝置，裝置的紅燈閃爍，提醒學(xué)生將餐具放回到指定清潔位置。直到餐桌上無餐具時(shí)，紅燈熄滅，清潔系統(tǒng)開始工作。

5 結(jié)束語

智能化推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改革是現(xiàn)代人類文明的趨勢，具有很大的潛力。餐桌的自動(dòng)清理實(shí)現(xiàn)了學(xué)生在就餐之后的自動(dòng)清潔工作，極大地減輕了食堂在清潔工作中的負(fù)擔(dān)，降低了人工成本，也避免了學(xué)生因清潔工作未能及時(shí)進(jìn)行而無法就座用餐等一系列問題。同時(shí)該裝置可以提醒學(xué)生用餐后回收餐具，不僅保證了工作的正常進(jìn)行，而且培養(yǎng)了學(xué)生餐后主動(dòng)送回餐具的品德。