余仕毅YU Shi-yi；汪涵WANG Han；饒楚楚RAO Chu-chu；蘭葉深LAN Ye-shen

（衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，衢州 324203）

0 引言

烹飪是中國現(xiàn)代家庭中不可缺少的一項(xiàng)勞動(dòng)，隨著生活節(jié)奏的加快，工作壓力越來越大，人們沒有更多的時(shí)間去準(zhǔn)備早、中、晚餐，因此要求烹飪自動(dòng)化代替?zhèn)鹘y(tǒng)模式的呼聲越來越高。本作品為一日三廚全自動(dòng)智能炒菜機(jī)，主要由原料輸送投放機(jī)構(gòu)、鍋蓋控制及攪拌機(jī)構(gòu)、顛鍋機(jī)構(gòu)以及觸摸屏等組成。只需簡單熟悉作品使用流程后即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)燜炒、顛鍋、翻炒及盛菜功能。本設(shè)計(jì)可以根據(jù)菜譜程序預(yù)設(shè)的順序精準(zhǔn)投放主料、輔料以及配料；并利用電磁閥控制氣缸動(dòng)作從而實(shí)現(xiàn)烹飪過程中鍋蓋的控制功能，保證鍋具的加熱效果，實(shí)現(xiàn)了中式菜肴烹飪工藝中的燜炒功能；為實(shí)現(xiàn)仿人翻炒烹飪軌跡，設(shè)計(jì)了一種顛鍋機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)能夠翻炒各種類型的食物，由于把菜肴顛翻起來，菜肴能夠充分和空氣接觸，保證了菜肴的均勻受熱和鮮亮的菜色，并實(shí)現(xiàn)了將烹飪加工好的菜肴自動(dòng)盛出的功能，使鍋具將炒制好的菜肴準(zhǔn)確倒入菜盤中；最后以PLC 為控制核心，觸摸屏為操作界面，實(shí)現(xiàn)了對炒菜機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)的自動(dòng)智能控制。

全自動(dòng)智能炒菜機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)合理，成本低，智能化程度高，操作簡單，即使不懂任何烹飪知識的人通過操作炒菜機(jī)能夠炒出大師級別的菜肴，能為人們追求高效、舒適、安全、便利的生活方式貢獻(xiàn)一份力量。

1 功能與結(jié)構(gòu)

1.1 主要功能和性能指標(biāo)

1.1.1 主要功能 ①實(shí)現(xiàn)了中式菜肴烹飪工藝中的燜炒功能，利用電磁閥控制氣缸動(dòng)作從而實(shí)現(xiàn)烹飪過程中鍋蓋的控制功能，保證鍋具的加熱效果，實(shí)現(xiàn)燜炒操作。②實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)投放中式菜肴烹飪工藝中的原料（主料、輔料以及配料）的功能，可以根據(jù)菜譜程序預(yù)設(shè)的順序精準(zhǔn)投放主料、輔料以及配料。③實(shí)現(xiàn)了中式菜肴烹飪工藝中的顛鍋和翻炒功能，通過鍋具的近似橢圓（顛鍋）運(yùn)動(dòng)和攪拌葉片的勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來達(dá)到對多種菜肴均能實(shí)現(xiàn)攪拌良好的功能。④實(shí)現(xiàn)了將烹飪加工好的菜肴自動(dòng)盛出的功能，使鍋具將炒制好的菜肴準(zhǔn)確倒入菜盤中。⑤實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)注油/水功能，可以根據(jù)菜譜程序預(yù)設(shè)的烹飪時(shí)序和用量通過潛水泵來泵送油/水至炒菜鍋內(nèi)。⑥實(shí)現(xiàn)對炒鍋的自動(dòng)清洗功能，通過往鍋具中加注清水及清洗液，同時(shí)配合洗鍋刷及鍋體旋轉(zhuǎn)來自動(dòng)清洗鍋具，鍋具內(nèi)壁涂有不粘層，保證清洗的效果最佳。⑦能依據(jù)該菜譜程序?qū)崿F(xiàn)烹飪過程中的各種動(dòng)作以及原料的按時(shí)按序按量投放，通過文字、圖形、音頻、視頻等多媒體方式與使用者互動(dòng)，顯示機(jī)器的狀態(tài)、動(dòng)作過程、操作提示等，接收操作控制指令，從而實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)炒菜的功能。

1.1.2 性能指標(biāo) 經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，智能炒菜機(jī)針對中式菜肴的烹飪特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了相關(guān)的功能機(jī)構(gòu)，包括顛鍋機(jī)構(gòu)、翻炒機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)、盛菜機(jī)構(gòu)等。其性能指標(biāo)符合T/CAS 332-2019《家用炒菜機(jī)智能水平評價(jià)技術(shù)規(guī)范》，具體參數(shù)見表1。

表1 炒菜機(jī)性能指標(biāo)

1.2 主要結(jié)構(gòu)

1.2.1 原料輸送投放機(jī)構(gòu) 如圖1 所示的原料輸送投放機(jī)構(gòu)，主要完成菜肴的主料、配料以及輔料自動(dòng)加入鍋具的功能。

圖1 原料輸送投放機(jī)構(gòu)

其詳細(xì)結(jié)構(gòu)布局如下：原料輸送板塊上設(shè)計(jì)3 個(gè)投放盒，分別裝置主菜、配菜以及輔料，輸送板塊通過螺母螺桿來帶動(dòng)移動(dòng)，其中電機(jī)基座和螺桿基座固定在機(jī)架上，螺母與輸送板塊連接。當(dāng)需要添加主料時(shí)，PLC 發(fā)出指令控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，螺母則帶動(dòng)移動(dòng)板塊向前移動(dòng)，當(dāng)投放盒移動(dòng)至倒菜位置時(shí)，接近開關(guān)將信號反饋給PLC 發(fā)出指令控制電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，并發(fā)出倒料電磁閥的得電的指令，控制氣缸向上推動(dòng)投放盒進(jìn)行倒主料，等投放盒中的主料全部倒入鍋中后，氣缸縮回，利用拉簧的作用力將投放盒拉至水平位置，然后重復(fù)動(dòng)作進(jìn)行配料、輔料的投放。在機(jī)架上安裝了接近開關(guān)，為配料投放盒翻轉(zhuǎn)時(shí)提供定位，整個(gè)倒菜過程中，PLC 都是接收到接近開關(guān)的反饋信號后控制下一個(gè)動(dòng)作開始進(jìn)行，任何一個(gè)步驟出錯(cuò)將會導(dǎo)致出菜動(dòng)作失敗，圖2 為原料輸送投放動(dòng)作效果示意。

圖2 原料輸送投放效果示意

1.2.2 鍋蓋控制及攪拌機(jī)構(gòu) 鍋蓋控制機(jī)構(gòu)方案如圖3 所示，氣缸一端與炒菜機(jī)機(jī)架固定，另一端與鍋蓋連接軸固定，在氣缸伸出時(shí)，鍋蓋連接軸固定的旋轉(zhuǎn)軸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，將鍋蓋位置放置水平位置，當(dāng)氣缸活塞桿縮回時(shí)，可以將鍋蓋上翻至接近與地面垂直的位置。而攪拌機(jī)構(gòu)則主要是通過控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，從而控制攪拌軸進(jìn)行順/逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，攪拌原料在相互接近時(shí)產(chǎn)生沖擊互混，加強(qiáng)對原料的攪動(dòng)，實(shí)現(xiàn)原料的充分混合。

圖3 鍋蓋控制機(jī)構(gòu)方案

鍋蓋控制及攪拌機(jī)構(gòu)的工作原理：在菜肴原料投放前，電磁閥未得電，氣缸未伸出，當(dāng)原料投放機(jī)構(gòu)完成主料投放后，在PLC 控制指令下，電磁閥得電，控制氣缸伸出，從而將鍋蓋下翻，與此同時(shí)，控制攪拌電機(jī)正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)菜肴的攪拌，當(dāng)攪拌完成時(shí)，電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，電磁鐵失電，氣缸縮回，控制鍋蓋上翻，圖4 為鍋蓋翻轉(zhuǎn)和攪拌效果示意圖。

圖4 鍋蓋控制及攪拌效果示意

1.2.3 顛鍋機(jī)構(gòu) 在日常烹飪過程中，攪拌能將上下兩層的食材混合后均勻受熱。因此，翻轉(zhuǎn)軌跡只能改善旋轉(zhuǎn)軌跡均勻加熱貼近鍋面食物，而不能夠?qū)⑹巢纳舷聦泳鶆蚣訜岬娜秉c(diǎn)。而采用顛鍋的方式來翻炒菜肴，不會出現(xiàn)攪亂菜肴的問題，烹飪時(shí)能夠保證菜肴在鍋里受熱均勻；烹飪時(shí)的顛鍋運(yùn)動(dòng)能夠翻炒各類型的食物，由于菜肴能夠顛翻起來，使菜肴和空氣得到了充分的接觸，烹飪出的菜肴顏色鮮亮、味道可口，從而能夠保證菜肴的品質(zhì)。顛鍋機(jī)構(gòu)如圖5 所示，其工作原理如下：氣缸I 為鍋具提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，鍋桿連接軸的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化鍋桿的往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，鍋具和鍋支撐架固定在氣缸II 的連接軸上，而鍋支撐架隨著氣缸II 的伸縮運(yùn)動(dòng)而作直線往返的動(dòng)作。為了方便優(yōu)化顛鍋機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡，設(shè)計(jì)時(shí)就在連桿上開一排定位孔，通過調(diào)節(jié)可以使鍋具伸長縮短，搖桿末端與顛鍋機(jī)架連接處也留有幾個(gè)定位孔，通過調(diào)節(jié)能夠改變鍋具和水平面的夾角，圖6 為顛鍋機(jī)構(gòu)效果示意圖。

圖5 顛鍋機(jī)構(gòu)

圖6 顛鍋機(jī)構(gòu)效果示意

該組件中主要零件的選型如下：

顛鍋機(jī)構(gòu)中，作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的可調(diào)小型氣動(dòng)薄型氣缸，缸徑為25mm，行程為5mm，作直線運(yùn)動(dòng)的可調(diào)小型氣動(dòng)薄型氣缸，缸徑為25mm，行程為15mm。

1.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

全自動(dòng)智能炒菜是灶具組件、原料輸送組件、翻鍋及攪拌組件、顛鍋組件等運(yùn)動(dòng)部件相互協(xié)調(diào)的結(jié)果。烹飪過程中控制系統(tǒng)指揮著各組件完成相應(yīng)的烹飪動(dòng)作，且要求彼此不能發(fā)生干涉，相當(dāng)于智能炒菜機(jī)的神經(jīng)中樞?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接體現(xiàn)出炒菜機(jī)的智能化水平的高低。電氣控制箱的布局設(shè)計(jì)圖如圖7 所示。

圖7 PLC 硬件接線圖

炒菜機(jī)包括倒原料電磁閥、顛鍋電磁閥、翻鍋電磁閥、輸送電機(jī)、攪拌電機(jī)、齒輪泵等外圍執(zhí)行設(shè)備，為了保證每個(gè)外圍執(zhí)行設(shè)備能夠準(zhǔn)確完成相應(yīng)的烹飪動(dòng)作，運(yùn)用了光電接近開關(guān)為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)定位，齒輪泵通電時(shí)間長短來控制注入液態(tài)料量的多少的控制手段。因此，烹飪過程中動(dòng)作繁多決定了其控制程序的復(fù)雜，為了能夠正確、高效地編制出設(shè)備的控制程序，編程之前應(yīng)該對PLC 的I/O 點(diǎn)進(jìn)行分配，如表2 所示。

表2 PLC 的I/O 點(diǎn)分配

2 總結(jié)

智能炒菜機(jī)設(shè)計(jì)合理，成本低，智能化程度高，操作簡單，即使不懂任何烹飪知識的人通過操作炒菜機(jī)能夠炒出大師級別的菜肴；餐飲公司可以少請甚至不請大廚，大大地節(jié)約公司的用人成本，也能為人們追求高效、舒適、安全、便利、的生活方式貢獻(xiàn)一份力量。

本文設(shè)計(jì)的智能炒菜機(jī)將中式菜肴烹飪工藝數(shù)碼化、菜譜程序標(biāo)準(zhǔn)化。智能炒菜機(jī)通過運(yùn)行PLC 通用菜譜指令制作菜肴，這將促使中式菜肴烹飪工藝由傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)式向標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)碼化發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)中式菜肴烹飪工藝中對火候的精確控制、對原料（主料、配料、輔料等）投放的精確控制功能，對翻炒動(dòng)作的精確控制等功能。可見，全自動(dòng)智能炒菜機(jī)的市場前景十分巨大，將不斷地改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>