一種智能餐桌的設計*

沙晉堯，馮國紅，李秉衡，饒韻晗

（東北林業大學工程技術學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

餐飲業是最直觀、最典型的窗口行業[1]。后疫情時代下，社會經濟發展環境更加具有復雜性和動態性，餐飲業需要居安思危，在明確自身社會責任的基礎上，調整戰略定位，從而積極迎接多變的挑戰與機遇[2]。

近幾年的突發公共衛生事件對學校的日常管理造成了極大的挑戰，學校校園尤其是學校食堂是一個相對集中的地區，在后疫情時代，應該做好相應的防護措施，從事前預防、事中處置、事后恢復等方面制定相應的應急預案，并制定學校的應急資源調配計劃。雖然學校實行錯峰用餐、加強疫情防控、重視消毒等措施，但仍有一些問題，如個別學生無法在規定時間內就餐完畢，食堂消毒工作所消耗人力資源大，無法及時完成。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，國內外已經提出多種在疫情背景下食堂就餐問題的解決方案，主要表現在優化排隊、錯峰用餐以及危險評估3 個方面。一是在優化排隊問題上，學者們提出的解決方式有單列多臺點餐的模式、擬合飯店的平均排隊時間、求解運營費用和客戶等待時間的權衡[3]。二是在錯峰用餐問題上，有學者通過調查得出學生選擇食堂及窗口并且導致餐廳擁擠的主要原因是離宿舍近、價格便宜、飯菜好吃等[4]。三是在危險評估方面，有學者建立了一種可以對食堂安全進行評估的擴展的元胞自動機（Cellular Automaton，CA），用于研究校園食堂在正常情況下和應急情況下的學生行為，從而對食堂安全進行評估[5]，一些國外學者們提出了一種面向邊緣的物聯網體系結構、用價值-信念-規范（VBN）理論以及借助多智能體模擬（Multi-Agent Simulation，MAS）技術、二維元胞自動機（CA）和輔助決策工具對餐飲企業服務分析[6]。本文基于為減輕食堂用餐壓力的目的，從設備設計的角度設計了一款可自動清理的餐桌。

1 智能餐桌整體方案設計

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、自動清潔裝置部分。智能餐桌技術路線見圖1。

圖1 智能餐桌技術路線圖

在檢測剩余餐具裝置的設計方面，桌板端的可升降攝像頭啟動，對桌面物品進行捕捉，利用計算機視覺技術將捕捉到物品的特征同已學習餐具的特征進行對比，若發現餐桌上有遺留餐具，則啟動報警裝置，裝置的紅燈閃爍，目的是提醒學生將餐具放回到指定清潔位置，避免裝置對餐具的誤處理。

在切換桌面裝置的設計方面，待確保餐桌上未有遺留餐具后，紅燈會熄滅，學生可以通過控制按鈕啟動桌面切換。本項目的餐桌是由傳送帶構成的，餐桌通過電機的主動力帶動而順時針或逆時針傳送，上方餐桌（即使用過的餐桌）會傳送至下方，下方餐桌即已清潔過的干凈餐桌會傳送至上方，從而實現了上下方桌面的切換。

在自動清潔裝置的設計方面，分為刮板清潔結構設計、清潔組件結構設計、吸水海綿結構設計。刮板清潔結構設計在自動清潔裝置的入口處，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備。

清潔組件結構分為蒸汽發生裝置結構與酒精噴灑裝置結構，蒸汽發生裝置用于產生蒸汽，酒精噴灑裝置用于噴灑酒精，并且蒸汽發生裝置產生的蒸汽驅使酒精上升附著在傳送帶式桌板表面，達到對桌面的深度清潔。吸水海綿結構設計在自動清潔裝置的出口處，借助海綿與傳送帶式桌板的壓力而達到對噴過蒸汽的桌面擦拭，完成自動清潔過程。

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）常被應用于餐飲業，具有價格低廉且易購買、耐高溫、無毒等優點，而且本裝置桌面切換可以達到循環利用的效果，可以促進餐飲業發展。因此，本文擬選用PEVA 材料，用于餐桌裝置。

3 自動清潔裝置的機械結構及清洗過程

3.1 自動清潔裝置整體結構設計

自動清潔裝置整體結構分為3 個部分：刮板清潔結構、清潔組件結構、吸水海綿結構。圖2 為自動清潔裝置整體結構示意圖。

圖2 自動清潔裝置整體結構示意圖

餐桌主體設置有兩個，兩個餐桌主體并列設置，在兩個餐桌主體之間設置有垃圾桶；餐桌主體包括桌體支架，桌體支架上側設置有側板，側板內側安裝有傳送帶式桌板，桌體支架內安裝有驅動傳送帶式桌板向垃圾桶方向運動的驅動裝置；桌體支架內還安裝有對傳送帶式桌板清理的清理裝置。

3.2 組件設計

3.2.1 刮板清潔結構

傳送帶式桌板相互靠近的一側設置有對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 為刮板清潔結構示意圖。

圖3 刮板清潔結構示意圖

3.2.2 清潔組件結構

清潔組件結構包括蒸汽清洗組件與酒精清洗組件。待桌面切換完畢穩定后，裝置自動啟動蒸汽清洗組件。通過蒸汽發生裝置提供的蒸汽可附著在桌面上，由于酒精噴灑裝置產生的酒精極容易氣化，因此酒精會伴隨蒸汽一起運動，做到了對傳送帶式桌板的噴灑。需要強調的是，此時已經清潔過的桌面已反轉至上方，學生可立刻就座進行用餐，所有的清潔工作都可在學生用餐時進行，不會影響正常的用餐。圖4 為清潔組件結構示意圖。

圖4 清潔組件結構示意圖

3.2.3 吸水海綿結構

待學生用餐結束后，再一次啟動裝置運作時，下方的干凈桌面會離開清潔區域，桌面將會先通過設置的吸水海綿，借助吸水海綿與傳送帶式桌板接觸產生的壓力，達到對噴過蒸汽的桌面的擦拭，隨后桌面傳送至上方，見圖4。

4 計算機視覺技術檢測

在進行餐桌清潔之前，一定要保證餐桌上沒有餐具，利用計算機視覺技術檢測餐具以避免裝置對餐具的誤處理。學生離開座位后，桌板端的可升降攝像頭啟動，對桌面物品進行捕捉，將捕捉到物品的特征同已學習餐具的特征進行對比，若發現餐桌上有遺留餐具，則啟動報警裝置，裝置的紅燈閃爍，提醒學生將餐具放回到指定清潔位置。直到餐桌上無餐具時，紅燈熄滅，清潔系統開始工作。

5 結束語

智能化推動傳統產業改革是現代人類文明的趨勢，具有很大的潛力。餐桌的自動清理實現了學生在就餐之后的自動清潔工作，極大地減輕了食堂在清潔工作中的負擔，降低了人工成本，也避免了學生因清潔工作未能及時進行而無法就座用餐等一系列問題。同時該裝置可以提醒學生用餐后回收餐具，不僅保證了工作的正常進行，而且培養了學生餐后主動送回餐具的品德。