高 宇，黃 怡，喬靈鳳

（武漢理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢430070）

據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)中國65 歲以上人群的慢性病患病率為64.5%，隨著年齡的增長高血壓的患病率在逐漸上升。近幾年來糖尿病的患病率也在逐年提升，而不良的飲食習(xí)慣是慢性病高發(fā)的重要原因，為解決此問題，需要對(duì)飲食進(jìn)行健康管理。

在武漢市進(jìn)行小區(qū)調(diào)研后，得知武漢市大部分居民日均吃鹽量超過10 g，味精攝入量過多導(dǎo)致鈉攝入量過高，身體健康沒有保障，因此，合理安排和設(shè)計(jì)一種家庭智能調(diào)料機(jī)成為家庭亟待解決的問題。

1 總體設(shè)計(jì)方案

智能菜譜調(diào)味機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，家庭智能菜譜調(diào)料機(jī)整體由固態(tài)調(diào)料儲(chǔ)釋模塊、液態(tài)調(diào)料儲(chǔ)釋模塊、形態(tài)組合轉(zhuǎn)換模塊組成，主要功能由定量按壓裝置、中心旋轉(zhuǎn)裝置實(shí)現(xiàn)，通過形態(tài)組合轉(zhuǎn)換模塊中的液壓桿支撐、滑軌拉伸配合作用，實(shí)現(xiàn)豎直-水平轉(zhuǎn)換、圓餅狀-長條狀轉(zhuǎn)換。該裝置可用于定時(shí)、定量取出調(diào)料。

圖1 智能菜譜調(diào)味機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1.1 固態(tài)調(diào)料儲(chǔ)釋模塊

固態(tài)調(diào)料儲(chǔ)釋模塊位于整個(gè)裝置的第二層（上部），用于儲(chǔ)存以及定量釋放固體調(diào)料如鹽、味精等調(diào)味品。主要由按壓彈簧、齒輪、齒條以及凹形定量器構(gòu)成。凹形定量器與齒輪固連，即齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)凹形定量器轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)際工作時(shí)，在瓶內(nèi)裝滿固態(tài)調(diào)料，通過按壓固態(tài)調(diào)料儲(chǔ)釋瓶上方按鈕，帶動(dòng)齒條向下移動(dòng)，通過齒輪齒條的傳動(dòng)作用，使得齒輪旋轉(zhuǎn)一定角度，進(jìn)而帶動(dòng)凹形定量器旋轉(zhuǎn)，即凹槽由上至下，通過重力作用將固體調(diào)料傾倒至下方的固態(tài)調(diào)料出料口。固態(tài)調(diào)料儲(chǔ)釋瓶具體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 固態(tài)調(diào)料儲(chǔ)釋瓶示意圖

固態(tài)調(diào)料儲(chǔ)釋模塊由6 個(gè)固態(tài)調(diào)料儲(chǔ)釋瓶構(gòu)成，整體成圓形圍繞在中間，因此其調(diào)料出口集中，具有較好的儲(chǔ)料出料流程。同時(shí)，一個(gè)固態(tài)調(diào)料儲(chǔ)釋瓶高度為80 mm 左右，體積約為150 cm3，以標(biāo)準(zhǔn)食用鹽為例，因?yàn)閷?shí)際食鹽密度與資料食鹽密度2.165 g/cm3為不同概念，所以無法計(jì)算。通過實(shí)驗(yàn)可測得一個(gè)固態(tài)調(diào)料儲(chǔ)釋瓶可容納80～90 g 食鹽，完全滿足日常生活需要。

1.2 液態(tài)調(diào)料儲(chǔ)釋模塊

液態(tài)調(diào)料儲(chǔ)釋模塊由瓶蓋、瓶身以及雙單向閥式液體閥三部分組成，其工作原理為通過垂直兩個(gè)單向閥以及按壓彈簧，即雙單向閥式液體泵結(jié)構(gòu)，通過按壓按鈕，實(shí)現(xiàn)吸放兩種動(dòng)作，所以完成一次定量釋放液體調(diào)料的動(dòng)作。實(shí)測一次出量為3～5 mL，可以設(shè)置不同的按壓距離以改變出量標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)論證，目前有3 mL 與5 mL 兩種出液標(biāo)準(zhǔn)。具體液態(tài)調(diào)料儲(chǔ)釋瓶結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 液態(tài)調(diào)料儲(chǔ)釋瓶

傳統(tǒng)調(diào)料瓶其基本功能主要為儲(chǔ)存以及使用，且在使用時(shí)一般需要用勺子取量或者傾倒等，該新型液態(tài)調(diào)料儲(chǔ)釋瓶可以有效解決上述問題。其采用閥的方式，通過按壓的形式進(jìn)行定量出料，且其容積大，經(jīng)過測量，可容納約100 mL的純凈水，且該模塊有6 個(gè)儲(chǔ)料瓶，基本滿足種類與容量的需求，較好地在傳統(tǒng)調(diào)料瓶基礎(chǔ)上進(jìn)行替代與創(chuàng)新。

1.3 機(jī)械形態(tài)組合轉(zhuǎn)換模塊

目前，常見的調(diào)料盒采用并排放置方式、圓餅狀放置方式。并排放置時(shí)，不同的調(diào)料瓶高度會(huì)影響放置效果，餅狀放置時(shí)，對(duì)廚房空間要求較高，因此兩種方法空間利用率較低，適應(yīng)性較差。

針對(duì)調(diào)料瓶放置方式的一系列問題，提出了一種新型的調(diào)料瓶放置方式：其由氣動(dòng)桿、鋁合金鋼管以及支撐鋼架等組成。

該結(jié)構(gòu)在保持上方支撐架水平的前提下，以鋁合金鋼柱最下部為圓心旋轉(zhuǎn)90°，進(jìn)而使第一層與第二層變?yōu)橥凰矫?，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了形態(tài)轉(zhuǎn)變，從立式變?yōu)樗绞剑? 根水平放置的滑軌在承擔(dān)固體與液體儲(chǔ)釋模塊質(zhì)量的同時(shí)，可以水平延長，進(jìn)而延長水平長度，適合廚房中僅有水平長度方向空余、寬度有限的情況。

1.4 控制電路模塊

控制部分由以Arduino 單片機(jī)為核心的控制電路和用戶服務(wù)平臺(tái)兩部分組成?？刂齐娐酚蓚鞲衅鳈z測電路和舵機(jī)驅(qū)動(dòng)電路組成。傳感器檢測電路主要組成為光電傳感器和壓力傳感器，光電傳感器置于取料區(qū)底部，當(dāng)用戶取走單次調(diào)料并將容器放回時(shí)，光電傳感器發(fā)出信號(hào)，進(jìn)行下一次出料；壓力傳感器主要用來監(jiān)測每個(gè)調(diào)料盒的剩余調(diào)味品量，其輸出電壓通過放大后以百分?jǐn)?shù)的形式顯示在用戶服務(wù)平臺(tái)。

1.5 用戶服務(wù)平臺(tái)

智能調(diào)料盒智能之處在于其能夠記錄收集用戶信息，權(quán)衡數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容后進(jìn)行最優(yōu)選菜。該服務(wù)平臺(tái)所具有的數(shù)據(jù)庫功能可以記錄家庭成員的忌口情況以及身體健康狀況，并通過大數(shù)據(jù)對(duì)比分析，推薦出適合家庭成員使用的菜譜?；跀?shù)據(jù)庫的使用，調(diào)料盒可以實(shí)現(xiàn)定量化出料，使得調(diào)料的配比精確，并且在嚴(yán)格控制調(diào)味品用量的同時(shí)，配有教學(xué)視頻同步教學(xué)，使用戶在家中也能享受大廚美食。

2 裝置可行性、創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用前景

2.1 可行性分析

可行性方面主要分為裝置實(shí)現(xiàn)可行性與尺寸適用性兩方面。其中尺寸可行性方面，整體裝置高度為400 mm，寬度為300 mm，整體小巧玲瓏，放置在廚房代替調(diào)料收納籃。在固液儲(chǔ)釋瓶尺寸方面，固體調(diào)料儲(chǔ)釋瓶高度為80 cm，液體調(diào)料儲(chǔ)釋瓶高度為70 cm，固態(tài)調(diào)料盒位于上層，其質(zhì)量基本加載在滑軌以及換層連桿處，所以要求其尺寸較小并且緊湊。由于其為6 個(gè)組合設(shè)計(jì)，所以設(shè)計(jì)了“高瘦”形態(tài)，小巧且緊湊。液態(tài)調(diào)料盒位于下層，裝有液態(tài)的調(diào)味品，液體具有一定的粘性、慣性等性質(zhì)，所以應(yīng)將其設(shè)計(jì)“寬大”，保證其穩(wěn)定性。

2.2 創(chuàng)新點(diǎn)

功能創(chuàng)新：液壓傳動(dòng)與滑軌裝置相結(jié)合，靈活組合變形，充分利用廚房空間。

組合創(chuàng)新：五桿按壓機(jī)構(gòu)結(jié)合齒輪齒條的出料方式，精準(zhǔn)控制出料量。

應(yīng)用創(chuàng)新：將云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)融為一體，實(shí)現(xiàn)食材購買與配送，使美食烹飪更加方便。

2.3 應(yīng)用前景

制作健康美食：讓美食進(jìn)入家庭。不讓美食限制于家庭的人員結(jié)構(gòu)，可以智能進(jìn)行菜譜分類及出料，即讓美食變得更加簡單，同時(shí)也更加健康。

人群定位多樣：例如不會(huì)烹飪的廚房人士，有孩子、老人的家庭，患有糖尿病、高血壓等人群，真正地做到以用戶為中心。

多種應(yīng)用場景：可在家庭、中小餐廳、醫(yī)院餐廳等場合使用。

3 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的家庭智能菜譜調(diào)料機(jī)，通過智能推薦家庭營養(yǎng)配餐、視頻教學(xué)，將云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)融為一體，實(shí)現(xiàn)食材購買與配送；利用固體出料模塊、液體出料模塊，結(jié)合五桿按壓模塊，精準(zhǔn)控制出料量；此外裝置通過液壓傳動(dòng)與滑軌相結(jié)合，靈活組合變形，充分利用廚房空間，該裝置具有較好的應(yīng)用前景與實(shí)用性。