【正文】 等問(wèn)題。烹飪的開(kāi)始也就是人類文明的開(kāi)始。但對(duì)絕大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，居家做飯尤其是炒菜卻是件很麻煩的事，而且要做好就更為不易。這類設(shè)備的鍋具基本上都做成桶狀，能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單地旋轉(zhuǎn)晃動(dòng)從而使菜在鍋里旋轉(zhuǎn)翻滾。圖17所示自動(dòng)晃鍋機(jī)，其工作臺(tái)內(nèi)的軸承座支架通過(guò)軸承和傾斜的主軸與鍋體連接，鍋體下部夾層內(nèi)裝有加熱電阻絲，且鍋體的底部由波浪片構(gòu)成，鍋體的底部有出菜口，鍋體上部有相對(duì)固定的自動(dòng)配料板，自動(dòng)配料板的下部有主料容器和輔料容器。翻炒機(jī)通過(guò)錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)翻炒勺做球面螺旋運(yùn)動(dòng)，對(duì)鍋中的菜料進(jìn)行翻炒。要求：工具傾軋運(yùn)動(dòng)頻率和運(yùn)動(dòng)幅度參考廚師炒菜動(dòng)作。從各相關(guān)文獻(xiàn)可以看到，平面四桿機(jī)構(gòu)中連桿上點(diǎn)的軌跡非?；钴S，在機(jī)構(gòu)尺寸不變而連桿上點(diǎn)的位置變化時(shí)，軌跡多種多樣，若再增加桿件或是改變桿件尺寸，會(huì)使最后輸出點(diǎn)的軌跡非常豐富。為了能兼顧兩方面的問(wèn)題，將鏟具用一定彈性的彈簧連接在桿件EF和GF上，較好地解決了工具在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中遇到的問(wèn)題。如果運(yùn)動(dòng)規(guī)律能很好地滿足設(shè)計(jì)任務(wù),那么設(shè)計(jì)過(guò)程自動(dòng)結(jié)束。此外，軌跡最高點(diǎn)高出鍋邊，讓工具停留在最高點(diǎn)時(shí)，鍋具翻倒或晃動(dòng)，就不會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)干涉的情況，從而省去了工具的一個(gè)升降運(yùn)動(dòng)裝置。如果速度不滿足設(shè)計(jì)要求，可以通過(guò)適量地增加或減少運(yùn)動(dòng)頻率來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，本例中選擇f=1Hz。利用這種方法可以提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，減少開(kāi)發(fā)周期，節(jié)省開(kāi)發(fā)費(fèi)用，該方法在整個(gè)設(shè)計(jì)階段具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。小連桿與旋轉(zhuǎn)軸靠螺紋連接，在其側(cè)面開(kāi)了一個(gè)深度略大于半徑的薄槽，當(dāng)調(diào)整好小連桿的對(duì)齊位置后，通過(guò)緊擰鎖緊螺釘來(lái)擠壓小連桿的兩半壓片并使之變形，從而使軸的螺紋與小連桿的螺紋緊緊地?cái)D壓在一起，達(dá)到限制二者相動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的作用。菜肴的炒制時(shí)間由廚師憑借經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)炒制情況來(lái)確定。(2) 旋鍋運(yùn)動(dòng) 旋鍋運(yùn)動(dòng)為鍋在鍋口平面內(nèi)作圓周平動(dòng)，目的是使鍋內(nèi)物料與鍋壁之間產(chǎn)生滑動(dòng)，防止粘鍋和使物料受熱均勻。炒菜過(guò)程中，鍋具既有平面晃動(dòng)，又有上下顛動(dòng)，如果將三種機(jī)構(gòu)進(jìn)行組合，就能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。該方案使用一個(gè)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)顛鍋、晃鍋、倒鍋等絕大部分鍋具動(dòng)作，且控制簡(jiǎn)單，通過(guò)調(diào)節(jié)曲柄的轉(zhuǎn)速和長(zhǎng)度改變鍋具晃動(dòng)的幅度，實(shí)現(xiàn)小翻、大翻等動(dòng)作。μ=。當(dāng)電磁離合器一上電工作時(shí)，軸三帶動(dòng)軸四轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)兩對(duì)皮帶輪將動(dòng)力傳送到軸九上，換向齒輪箱僅改變動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)方向，最后由軸十將動(dòng)力輸出，帶動(dòng)曲柄盤轉(zhuǎn)動(dòng)。軸十是換向齒輪箱的輸出軸，它帶動(dòng)曲柄盤轉(zhuǎn)動(dòng)，是鍋具晃動(dòng)和顛動(dòng)的動(dòng)力源。主要做了以下幾個(gè)方面的工作：1）對(duì)構(gòu)思的三種實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行分析、比較，確定可行性方案；2）建立數(shù)學(xué)模型，計(jì)算機(jī)構(gòu)所能提供的加速度，篩選合適的結(jié)果，接著在Solidworks下建模、仿真并輸出其位移、速度等參數(shù)，進(jìn)一步判斷是否滿足設(shè)計(jì)要求；3）對(duì)優(yōu)化后的機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，得到各零件的結(jié)構(gòu)圖，然后在Solidworks下建模，分析，檢查是否有干涉、碰撞等問(wèn)題。PLC是一種新型通用的自動(dòng)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，專門為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)，具有功能強(qiáng)、可靠性高、通用性好、編程方便、體積小、重量輕、設(shè)計(jì)、施工和調(diào)試周期短等優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)控制方面的應(yīng)用極為廣泛。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)接近開(kāi)關(guān)作用時(shí)，給PLC發(fā)送信號(hào)，PLC根據(jù)用戶程序來(lái)決定工具正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)還是復(fù)位。接近開(kāi)關(guān)用來(lái)決定移動(dòng)是否到位。 本章小結(jié)本章分析了炒菜機(jī)整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程，介紹了整個(gè)控制系統(tǒng)所需要的硬件資源及其實(shí)現(xiàn)過(guò)程，研究了控制流程圖及模塊化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)。但是由于作者本身的研究水平和其他客觀條件如資金、時(shí)間等的限制，研究中難免存在許多有待進(jìn)一步提高、改進(jìn)的地方，就當(dāng)前的研究和發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，需在以下幾個(gè)方面努力：1) 本文從理論上對(duì)整個(gè)炒菜樣機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程做了深入地研究，由于受到資金和時(shí)間的限制，在鍋具上沒(méi)能做大量的炒菜實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證和改進(jìn)該試驗(yàn)樣機(jī)，在后續(xù)的研究中，通過(guò)做炒菜實(shí)驗(yàn)來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題；2) 文中很多運(yùn)動(dòng)參數(shù)，比如運(yùn)動(dòng)頻率、運(yùn)動(dòng)幅度等只是憑借經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，因而給設(shè)計(jì)帶來(lái)了很多麻煩或意想不到的后果。在攻讀大學(xué)的三年里，作者在學(xué)術(shù)、工作和學(xué)習(xí)方面得到了實(shí)驗(yàn)室?guī)熜值艿闹笇?dǎo)和熱情幫助?；仡欉^(guò)去的日子，不論是在學(xué)習(xí)研究方法上，還是在工作處事方式中，作者都收獲了很多，所有這些進(jìn)步的獲得，都是與身邊的老師同學(xué)親人朋友的幫助密不可分的，值此論文完成之際，特向他們表示最誠(chéng)摯的謝意和最良好的祝愿！感謝他們對(duì)我的幫助和支持！首先向尊敬的老師致以崇高的敬意和衷心的感謝，本文是在老師的熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。3) 采用模塊化編程方式，設(shè)計(jì)控制程序，將每一種炒菜動(dòng)作封裝為單個(gè)模塊，便于PC機(jī)和PLC聯(lián)合控制調(diào)用。該思路程序?qū)哟畏置鳎軌驅(qū)崿F(xiàn)控制過(guò)程復(fù)雜、繁瑣或容量大的程序設(shè)計(jì)，節(jié)省系統(tǒng)開(kāi)銷、縮短執(zhí)行時(shí)間、增加可靠性[52]。CXProgrammer 具有以下優(yōu)點(diǎn)：減少應(yīng)用開(kāi)發(fā)測(cè)試時(shí)間并增強(qiáng)機(jī)器的性能；為所有類型的OMRON PLC控制器——從微型PLC到雙機(jī)處理器系統(tǒng)，提供一個(gè)通用的PLC軟件平臺(tái)；允許在不同的PLC類型之間方便地轉(zhuǎn)換和再利用PLC代碼，并全面地再利用老一代PLC編程軟件所創(chuàng)建的控制程序；提供強(qiáng)大的文檔特征，在文檔中清楚地表述控制代碼的用法和操作，文檔能存貯在PLC內(nèi)部；允許詳細(xì)地比較PLC項(xiàng)目和PC項(xiàng)目；容易與其它OMRON軟件產(chǎn)品集成，這就允許分享Tag注釋，從而減少錯(cuò)誤，減少開(kāi)發(fā)時(shí)間并提高使用的方便性。各具體動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)如下：工具擺動(dòng)：利用擺動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)獨(dú)立完成。PLC的控制部件還實(shí)時(shí)的將當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)反饋給PC機(jī)，并且由PC機(jī)的三維顯示模塊和各種監(jiān)控界面進(jìn)行顯示。3) 齒輪該齒輪箱共有齒輪11個(gè)，分別安裝在軸一（電機(jī)軸）到軸七上，其主要特征參數(shù)如下(未標(biāo)注均指對(duì)所有的齒輪)：模數(shù)： m= ；齒數(shù)：118 z = ；232 z大＝ ；226 z =小 ；346 z =大 ；336 z?。?；436 z = ；542 z =大 ；538 z?。剑?56 z = （兩付）；782 z = ；壓力角：a=20176。圖327是隱藏了齒輪箱體看到的其內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，在軸三、軸五和軸六上分別裝有電磁離合器，各軸轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力靠齒輪或皮帶輪傳遞。所以選擇顛鍋頻率為2Hz能夠滿足要求。取L1=170，L2=450，則由圖中可以得到：221 1 1 rLr r rLLL≈= =? 長(zhǎng) （11 rL ）； ○21rr=短； ○3wrwLr?1短11＝ ； 1wrwr≈長(zhǎng) ○4初選r1=30mm，在橢圓長(zhǎng)軸處代入公式○1得：12rg wrL μ=；在橢圓短軸處代入公式○1得：11121Lr gwrLr?+μ=；上述分析可以看出，只要w＞。套固定在鍋柄上，銷嵌在套中，曲柄連接在銷上。因此迭代法不能用于調(diào)整、實(shí)時(shí)性和控制要求很高的工程中。它除了具有晃、顛、翻等基本動(dòng)作之外，還要根據(jù)所用食譜和食材的不同完成某些特殊動(dòng)作。工具的轉(zhuǎn)動(dòng)部分封裝在箱體內(nèi)部，其擺動(dòng)部分圍繞連接軸轉(zhuǎn)動(dòng)，鏟子采用雙面鏟，其優(yōu)點(diǎn)是正擺和反擺過(guò)程中均能對(duì)物料進(jìn)行推動(dòng)。表22是選用的步進(jìn)電機(jī)參數(shù)。擺動(dòng)機(jī)構(gòu)固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸12上，步進(jìn)電機(jī)9由小齒輪8帶動(dòng)大齒輪（相當(dāng)于件AB）來(lái)傳遞動(dòng)力。它的大小直接決定炒菜的質(zhì)量，過(guò)小的速度會(huì)使翻動(dòng)菜肴很慢，增加工具翻炒時(shí)間，使得菜肴在鍋內(nèi)的加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，出現(xiàn)過(guò)火現(xiàn)象，影響菜肴的味道；過(guò)大的速度會(huì)在翻動(dòng)菜肴的過(guò)程中將菜肴、油水或菜汁拋出，對(duì)環(huán)境和人生安全都有嚴(yán)重的影響，這是在炒菜過(guò)程中決對(duì)不允許出現(xiàn)的。程序中的每一個(gè)變量都可以通過(guò)調(diào)節(jié)控制條位置來(lái)改變其數(shù)值，當(dāng)接收到新數(shù)值時(shí)，程序首先判斷該組數(shù)據(jù)是否滿足平面曲柄搖桿機(jī)構(gòu)尺寸關(guān)系以及其它尺寸約束關(guān)系，如果不行則提示用戶重新選擇，否則就將對(duì)應(yīng)的軌跡圖快速地顯示在圖形輸出區(qū)內(nèi)。為此，提出一種設(shè)計(jì)方法，其思想是針對(duì)某種特定機(jī)構(gòu)，專門建立數(shù)學(xué)模型，編制仿真程序，通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的某些參數(shù)，快速地顯示改變后的結(jié)果，然后根據(jù)要求合理地優(yōu)化參數(shù)，節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間[26]。鏟具連接在F點(diǎn)并可以繞F點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，具有一定的剛性和柔性。特別是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其動(dòng)力元件及輔助元件都要隨著工具一起運(yùn)動(dòng)，增加了機(jī)構(gòu)的負(fù)載，加大了后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的困難。工具是炒菜機(jī)的重要部件之一，它的形狀和動(dòng)作對(duì)于烹飪的效果有重要影響。圖111所示炒菜機(jī)包含箱體，在箱體的一側(cè)設(shè)計(jì)有門，在箱體內(nèi)腔的下部安裝有發(fā)熱裝置，在該發(fā)熱裝置上安裝有鍋，攪拌器的軸伸入鍋內(nèi)，攪拌器的軸通過(guò)減速機(jī)構(gòu)與電動(dòng)機(jī)連接。2)鍋具晃動(dòng)型該類產(chǎn)品采取鍋具動(dòng)作來(lái)達(dá)到翻動(dòng)菜肴。但這些工具，均不具備智能炒菜功能，在現(xiàn)有技術(shù)中，廚房里使用的各種機(jī)器僅能代替人的部分工作，大量的烹飪工作仍需要人們手工完成。否則，很可能會(huì)出現(xiàn)“后天失調(diào)”的現(xiàn)象。將每一種炒菜動(dòng)作封裝為單個(gè)模塊，便于PC機(jī)和PLC聯(lián)合控制。開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)特性可視化仿真程序，通過(guò)改變機(jī)構(gòu)相關(guān)特征參數(shù)，分析其運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)選設(shè)計(jì)方案。 課題意義人們要很好的生活、工作、勞動(dòng)，就必須有健康的身體。出現(xiàn)這類現(xiàn)象的主要原因是設(shè)計(jì)者缺乏對(duì)烹飪技術(shù)和烹飪工藝全面而深刻的掌握以及現(xiàn)有的技術(shù)還不足以克服自動(dòng)烹飪的關(guān)鍵問(wèn)題或難點(diǎn)。傾斜倒鍋以減少人工勞動(dòng)，提高工作效率。圖110是臥式真空蒸汽攪拌炒鍋，本產(chǎn)品是在真空狀態(tài)下對(duì)物料進(jìn)行加工處理，能最大限度保持食品的原色原味加熱，以防止細(xì)菌進(jìn)入發(fā)生老化，調(diào)味料易于入味，使食物富含有風(fēng)味和保持良好外觀。 研究?jī)?nèi)容本文主要從以下幾個(gè)方面的研究：1) 結(jié)合炒菜工藝和基本要求對(duì)炒菜動(dòng)作進(jìn)行了分解，構(gòu)思實(shí)現(xiàn)這些動(dòng)作的機(jī)構(gòu)并組合為復(fù)合機(jī)構(gòu)，分析每一種機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)并選擇一種理想的方案；2) 對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化，完成其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并加工出試驗(yàn)樣機(jī)；3) 采用模塊化的編程方式，對(duì)樣機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。同時(shí)還能讓工具具有很好的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。鑒于上述兩種方案的比較，可以看出方案二明顯優(yōu)于方案一，因此，本論文選擇方案二作為研究方向。隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)及其性能的提高，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行機(jī)構(gòu)的仿真與設(shè)已成為一種重要手段。圖210是用MFC編制的F點(diǎn)軌跡優(yōu)化程序界面。圖213是工具軌跡相對(duì)于其初始位置的Y方向上的位移，最大位移為11mm,最小位移為106mm，其在Y方向上的總位移為117mm，略大于常用鍋具的深度110mm，工具在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的某些位置高于鍋邊，達(dá)到了省略工具升降機(jī)構(gòu)的目的。 工具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 工具結(jié)構(gòu)布局結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是把產(chǎn)品從構(gòu)想轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)過(guò)程中重要的一步，它除了要保證產(chǎn)品的功能之外，還要考慮到節(jié)約材料、減少成本、整體美觀、結(jié)構(gòu)可靠[28]。在擺動(dòng)過(guò)程中，工具要翻動(dòng)或打散物料，取其阻力最大值為10N，在不考慮重力和摩擦的情況下，利用機(jī)械原理求得主動(dòng)件AB桿所需的力矩為6 . Nm。精度等級(jí)8級(jí)5) 其它零件以上介紹了幾個(gè)主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于整個(gè)工具的運(yùn)動(dòng)還需要其他輔助零件的支持。但是，該試驗(yàn)樣機(jī)還存在著不少問(wèn)題，比如機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有一定的振動(dòng)和噪聲，擺動(dòng)頻率和轉(zhuǎn)動(dòng)頻率越大，機(jī)器振動(dòng)的幅度和噪聲就越大，機(jī)械運(yùn)動(dòng)不夠靈活對(duì)炒菜肴效果有一定的影響。并聯(lián)機(jī)構(gòu)有時(shí)無(wú)法求出封閉解,有時(shí)只得用迭代法求其數(shù)值解。在整個(gè)炒菜過(guò)程中，鍋具的運(yùn)動(dòng)是復(fù)合運(yùn)動(dòng)，既有晃鍋，又有顛鍋。r為物料的旋轉(zhuǎn)半徑，由于鍋具晃動(dòng)的軌跡是一近似橢圓，所以r 不是固定值，這里按鍋具中心點(diǎn)計(jì)算，代表一般情況。圖319和圖320分別反映了鍋具平晃過(guò)程中在X方向和Y方向上的加速度，為了能讓物料在鍋內(nèi)動(dòng)起來(lái)，要求有 2 ma umg a ug ?=，從圖中看出加速度大于22/ ms的位置點(diǎn)很多。其傳動(dòng)比為: 2 3613232 46 26 46z zz izz z === 大小 鍋具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)布局簡(jiǎn)圖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了要保證產(chǎn)品的功能之外，還要考慮到節(jié)約材料、減少成本、整體美觀、結(jié)構(gòu)可靠[40]。表32是選用的步進(jìn)電機(jī)參數(shù)，型號(hào)為110HS20，其保持轉(zhuǎn)矩為20 . Nm。此外，它還與PLC通信，傳遞炒菜參數(shù)，實(shí)現(xiàn)炒菜功能。通過(guò)定義每個(gè)動(dòng)作的home位和幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)（利用接近開(kāi)關(guān)）來(lái)檢測(cè)位置，并將該信號(hào)送入PLC中，經(jīng)PLC運(yùn)算后再給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)脈沖并讓步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作。設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)角度90176。線性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求整個(gè)程序指令均在一個(gè)程序塊內(nèi)按順序執(zhí)行，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單直接，適用于控制過(guò)程簡(jiǎn)單或容量小的程序設(shè)計(jì)。2) 對(duì)選定的設(shè)計(jì)方案建立數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)改變機(jī)構(gòu)的某些特征參數(shù)，觀察機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，憑借經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)要求篩選出合適的結(jié)果。此外，將炒菜工藝分解更細(xì)，增加了每次出菜的數(shù)量。