李銀露，劉浩，陶銀浩

(南京機電職業(yè)技術學院，江蘇 南京 211306)

0 引言

在經濟飛速發(fā)展和科技不斷進步的時代，人民生活質量不斷提高，對餐飲的需求也越來越高?，F在飲食行業(yè)都開始向智能化靠攏，不少商家開始使用智能餐桌，而其也慢慢走進了人們的家居中?，F在人們對菜品的美味固然很看重，但就餐過程中的體驗也越來越受到人們的關注[1]。為此設計一款基于PLC控制的多功能智能餐桌。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 基本思路

針對目前市場上的餐桌功能單一而傳統(tǒng)，設計了這款智能旋轉多功能餐桌。采用機械手加旋轉桌面的形式，配合傳送帶完成全智能化就餐。整個系統(tǒng)主要包括四大部分：第一部分為帶有可加熱功能的旋轉餐桌，實現餐桌自動旋轉和菜肴保溫；第二部分為關節(jié)式機械手，機械手可在平面區(qū)域內完成傳菜功能；第三部分是傳送帶，實現菜品傳輸；第四部分是觸摸屏，實現人機交互。

1.2 技術說明

1)全自動旋轉餐桌改變了傳統(tǒng)餐桌手動控制玻璃旋轉臺旋轉的方式，突破傳統(tǒng)設計思路，采用圓桌與機械臂相結合的控制方式，更體現了當今社會的智能化主題。

2)通常就餐時酒水在桌子一邊，其他人在平分和添加酒水時會出現“夠不著”的情況，這樣不但缺乏禮貌，而且極易引發(fā)尷尬。為了解決這個問題，本文設計了自助添酒(同時包括倒水倒飲料)的功能，轉盤上設有多個多種杯槽，只要顧客將自己的杯子放入特定的杯槽中，機械臂上的傳感器識別到杯子后就會向其加入指定的酒水或飲料，完全由機械手臂端茶倒水、操縱方便、安全可靠。

3)傳統(tǒng)的餐桌很容易因顧客就餐時間長或環(huán)境溫度低造成飯菜變涼現象，使人極為掃興。所以本文設計的餐桌的轉盤底部還安裝了加熱系統(tǒng)，實現了自動保溫的功能，使就餐更舒適安心。

4)為了減少人力，提高上菜效率，避免服務員上菜時菜品灑出造成燙傷等意外情況，本文通過傳送帶實現了自動傳菜的功能，既避免意外發(fā)生又讓人感到科技感十足[2]。

5)此外還增加了多關節(jié)機械手，實現了飯菜從傳送帶到餐桌的搬運功能。

2 系統(tǒng)組成及結構設計

PLC控制的自動智能餐桌由旋轉部分、機械手、溫控部分、氣泵、水泵、傳送帶等六部分組成。智能餐桌的結構示意圖如圖1所示。

1)桌面分為固定桌面與旋轉桌面

旋轉桌面劃分兩大區(qū)域、3個半徑：兩大區(qū)域分別是常溫區(qū)域與加熱區(qū)域；3個半徑是3種不同飲料的放置范圍。3種飲料以雪碧、可樂、芬達為例。

2)溫控部分

由加熱絲、繼電器組成。加熱絲盤繞在桌面的加熱區(qū)域，由銅片覆蓋在加熱絲上面。加熱絲由PLC通過繼電器控制加熱。

3)機械手

機械手安裝在機臺突出的平臺上，步進電機安裝在底座，可以帶動整個機械手360°旋轉；大臂與小臂也是通過步進電機帶動，進行插補運動，快速、高效地運動到指定位置。

4)傳送帶

傳送帶由皮帶、連軸器、步進電機等三部分組成。傳送帶靠近餐桌的一端安裝光電傳感器，光電傳感器用來檢測餐盤位置及向機械手傳遞取餐盤信號。當有餐盤到位信號時，傳送帶停止運轉；無餐盤到位信號時，傳送帶繼續(xù)運轉。

5)系統(tǒng)控制柜包括：PLC、伺服驅動器、伺服電機、步進驅動器、步進電機、水泵[3]?？刂葡到y(tǒng)結構示意圖如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)結構框圖

3 硬件電路設計

該系統(tǒng)硬件主要由DVP28SV211T PLC、ASD-A0421-AB伺服驅動器、ECMA-C30604PS伺服電機、水泵、機械手、加熱絲、傳送帶及光電傳感器組成[4]。臺達PLC用來控制圓盤的轉動，光電傳感器用來觸發(fā)機械手使機械手將酒水添加到合適的杯中，最終完成自助添加酒水的任務。電磁導熱板給飯菜加溫使其始終保持40 ℃的合適溫度。

3.1 I/O分配

根據控制要求分配系統(tǒng)所需要的輸入與輸出。I/O分配如表1所示。

表1 I/O分配表

3.2 I/O接線圖

根據PLC主機輸入輸出分配，繪制PLC外部接線圖如圖3所示[5]。

根據PLC擴展輸入輸出分配，繪制PLC外部接線圖如圖4所示。

圖4 外部接線圖(擴展)

4 程序設計

首先按下啟動開關，系統(tǒng)啟動，轉盤旋轉，旋轉餐桌采用伺服驅動器進行驅動，利用齒輪減速器進行減速。然后調整機械手和旋轉餐桌進行原點回歸，觸摸屏上的按鈕分別控制各個軸的點動，機械手的精確定位，由3個步進電機控制，減速器進行減速。所有準備工作完成之后，開始用餐。廚房做好的飯菜會通過傳送帶運輸到餐桌旁，傳感器檢測到餐盤后，PLC控制機械手移動到指定位置，控制氣爪的伸縮將餐盤牢牢夾住并傳送到餐桌上，用餐過程中想倒酒水飲料，只需將杯子放到指定的槽中，當傳感器檢測到杯子后，在PLC的控制下機械手會根據需要給客戶添加不同的酒水。就餐時需要保溫的飯菜可以放在加熱區(qū)進行保溫。自動智能餐桌的流程圖如圖5所示。

圖5 程序流程圖

5 人機交互界面

本文采用臺達DOP-BO7SS411觸摸屏，全過程皆可通過觸摸屏進行監(jiān)控和手動調節(jié)。這里主要對點動畫面和主畫面進行說明[6]。點動畫面設置了桌面旋轉順時針和逆時針按鈕，機械手大臂點動正反向兩個按鈕，機械手小臂點動正反向兩個按鈕，實現對機械手的手動控制。主畫面分為兩大區(qū)域，操作面板和狀態(tài)顯示。操作面板上設有啟動按鈕、停止按鈕控制設備的啟停，傳送帶運行按鈕控制傳送帶的運行，加熱按鈕實現保溫功能。狀態(tài)顯示部分設置有加熱的顯示指示燈，報警指示燈，餐桌旋轉指示燈、傳菜指示燈以及雪碧、可樂、芬達3種類型的飲料指示燈。觸摸屏畫面如圖6所示。

1—機械手大臂點動；2—機械手小臂點動；3—頁面跳轉按鈕；4—桌面旋轉；5—按鍵(進入下一頁面)；6—操作面板；7—狀態(tài)顯示；8—運行狀態(tài)。

6 結語

根據設計制作試驗樣機并試運行后發(fā)現，此餐桌控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定，操作簡單，參數設定方便快捷，所有控制均可通過觸摸屏由軟件實現，能夠滿足控制要求，可實現餐桌的多功能化和智能化，為人們提供更為舒適的就餐體驗。樣機實物圖如圖7所示。后期還可添加自助點餐、清洗餐具，在觸摸屏中加入點菜智能語音等功能，使就餐更加舒適安心。

圖7 樣機實物