【正文】 等問題。烹飪的開始也就是人類文明的開始。但對絕大多數(shù)人來說，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。這類設備的鍋具基本上都做成桶狀，能夠進行簡單地旋轉晃動從而使菜在鍋里旋轉翻滾。圖17所示自動晃鍋機，其工作臺內的軸承座支架通過軸承和傾斜的主軸與鍋體連接，鍋體下部夾層內裝有加熱電阻絲，且鍋體的底部由波浪片構成，鍋體的底部有出菜口，鍋體上部有相對固定的自動配料板，自動配料板的下部有主料容器和輔料容器。翻炒機通過錐齒輪傳動機構帶動翻炒勺做球面螺旋運動，對鍋中的菜料進行翻炒。要求：工具傾軋運動頻率和運動幅度參考廚師炒菜動作。從各相關文獻可以看到，平面四桿機構中連桿上點的軌跡非?；钴S，在機構尺寸不變而連桿上點的位置變化時，軌跡多種多樣，若再增加桿件或是改變桿件尺寸，會使最后輸出點的軌跡非常豐富。為了能兼顧兩方面的問題，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動過程中遇到的問題。如果運動規(guī)律能很好地滿足設計任務,那么設計過程自動結束。此外，軌跡最高點高出鍋邊，讓工具停留在最高點時，鍋具翻倒或晃動，就不會出現(xiàn)運動干涉的情況，從而省去了工具的一個升降運動裝置。如果速度不滿足設計要求，可以通過適量地增加或減少運動頻率來達到設計要求，本例中選擇f=1Hz。利用這種方法可以提前發(fā)現(xiàn)問題，減少開發(fā)周期，節(jié)省開發(fā)費用，該方法在整個設計階段具有重要的現(xiàn)實意義。小連桿與旋轉軸靠螺紋連接，在其側面開了一個深度略大于半徑的薄槽，當調整好小連桿的對齊位置后，通過緊擰鎖緊螺釘來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擠壓在一起，達到限制二者相動轉動的作用。菜肴的炒制時間由廚師憑借經驗和現(xiàn)場炒制情況來確定。(2) 旋鍋運動 旋鍋運動為鍋在鍋口平面內作圓周平動，目的是使鍋內物料與鍋壁之間產生滑動，防止粘鍋和使物料受熱均勻。炒菜過程中，鍋具既有平面晃動，又有上下顛動，如果將三種機構進行組合，就能夠達到設計要求。該方案使用一個機構實現(xiàn)顛鍋、晃鍋、倒鍋等絕大部分鍋具動作，且控制簡單，通過調節(jié)曲柄的轉速和長度改變鍋具晃動的幅度，實現(xiàn)小翻、大翻等動作。μ=。當電磁離合器一上電工作時，軸三帶動軸四轉動，通過兩對皮帶輪將動力傳送到軸九上，換向齒輪箱僅改變動力轉動方向，最后由軸十將動力輸出，帶動曲柄盤轉動。軸十是換向齒輪箱的輸出軸，它帶動曲柄盤轉動，是鍋具晃動和顛動的動力源。主要做了以下幾個方面的工作：1）對構思的三種實現(xiàn)方案進行分析、比較，確定可行性方案；2）建立數(shù)學模型，計算機構所能提供的加速度，篩選合適的結果，接著在Solidworks下建模、仿真并輸出其位移、速度等參數(shù)，進一步判斷是否滿足設計要求；3）對優(yōu)化后的機構進行結構設計，得到各零件的結構圖，然后在Solidworks下建模，分析，檢查是否有干涉、碰撞等問題。PLC是一種新型通用的自動控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術、計算機技術和通訊技術融為一體，專門為工業(yè)控制而設計，具有功能強、可靠性高、通用性好、編程方便、體積小、重量輕、設計、施工和調試周期短等優(yōu)點，因此在工業(yè)控制方面的應用極為廣泛。當轉動接近開關作用時，給PLC發(fā)送信號，PLC根據(jù)用戶程序來決定工具正轉、反轉還是復位。接近開關用來決定移動是否到位。 本章小結本章分析了炒菜機整個控制系統(tǒng)設計過程，介紹了整個控制系統(tǒng)所需要的硬件資源及其實現(xiàn)過程，研究了控制流程圖及模塊化設計的實現(xiàn)。但是由于作者本身的研究水平和其他客觀條件如資金、時間等的限制，研究中難免存在許多有待進一步提高、改進的地方，就當前的研究和發(fā)展狀況來看，需在以下幾個方面努力：1) 本文從理論上對整個炒菜樣機的設計過程做了深入地研究，由于受到資金和時間的限制，在鍋具上沒能做大量的炒菜實驗來驗證和改進該試驗樣機，在后續(xù)的研究中，通過做炒菜實驗來發(fā)現(xiàn)問題，解決問題；2) 文中很多運動參數(shù)，比如運動頻率、運動幅度等只是憑借經驗估計，因而給設計帶來了很多麻煩或意想不到的后果。在攻讀大學的三年里，作者在學術、工作和學習方面得到了實驗室?guī)熜值艿闹笇Ш蜔崆閹椭?。回顧過去的日子，不論是在學習研究方法上，還是在工作處事方式中，作者都收獲了很多，所有這些進步的獲得，都是與身邊的老師同學親人朋友的幫助密不可分的，值此論文完成之際，特向他們表示最誠摯的謝意和最良好的祝愿！感謝他們對我的幫助和支持！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懷和悉心指導下完成的。3) 采用模塊化編程方式，設計控制程序，將每一種炒菜動作封裝為單個模塊，便于PC機和PLC聯(lián)合控制調用。該思路程序層次分明，能夠實現(xiàn)控制過程復雜、繁瑣或容量大的程序設計，節(jié)省系統(tǒng)開銷、縮短執(zhí)行時間、增加可靠性[52]。CXProgrammer 具有以下優(yōu)點：減少應用開發(fā)測試時間并增強機器的性能；為所有類型的OMRON PLC控制器——從微型PLC到雙機處理器系統(tǒng)，提供一個通用的PLC軟件平臺；允許在不同的PLC類型之間方便地轉換和再利用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內部；允許詳細地比較PLC項目和PC項目；容易與其它OMRON軟件產品集成，這就允許分享Tag注釋，從而減少錯誤，減少開發(fā)時間并提高使用的方便性。各具體動作的實現(xiàn)如下：工具擺動：利用擺動電機轉動獨立完成。PLC的控制部件還實時的將當前的運行狀態(tài)反饋給PC機，并且由PC機的三維顯示模塊和各種監(jiān)控界面進行顯示。3) 齒輪該齒輪箱共有齒輪11個，分別安裝在軸一（電機軸）到軸七上，其主要特征參數(shù)如下(未標注均指對所有的齒輪)：模數(shù)： m= ；齒數(shù)：118 z = ；232 z大＝ ；226 z =小 ；346 z =大 ；336 z小＝ ；436 z = ；542 z =大 ；538 z?。?；656 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部結構簡圖，在軸三、軸五和軸六上分別裝有電磁離合器，各軸轉動動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 （11 rL ）； ○21rr=短； ○3wrwLr?1短11＝ ； 1wrwr≈長 ○4初選r1=30mm，在橢圓長軸處代入公式○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整、實時性和控制要求很高的工程中。它除了具有晃、顛、翻等基本動作之外，還要根據(jù)所用食譜和食材的不同完成某些特殊動作。工具的轉動部分封裝在箱體內部，其擺動部分圍繞連接軸轉動，鏟子采用雙面鏟，其優(yōu)點是正擺和反擺過程中均能對物料進行推動。表22是選用的步進電機參數(shù)。擺動機構固定在轉動軸12上，步進電機9由小齒輪8帶動大齒輪（相當于件AB）來傳遞動力。它的大小直接決定炒菜的質量，過小的速度會使翻動菜肴很慢，增加工具翻炒時間，使得菜肴在鍋內的加熱時間過長，出現(xiàn)過火現(xiàn)象，影響菜肴的味道；過大的速度會在翻動菜肴的過程中將菜肴、油水或菜汁拋出，對環(huán)境和人生安全都有嚴重的影響，這是在炒菜過程中決對不允許出現(xiàn)的。程序中的每一個變量都可以通過調節(jié)控制條位置來改變其數(shù)值，當接收到新數(shù)值時，程序首先判斷該組數(shù)據(jù)是否滿足平面曲柄搖桿機構尺寸關系以及其它尺寸約束關系，如果不行則提示用戶重新選擇，否則就將對應的軌跡圖快速地顯示在圖形輸出區(qū)內。為此，提出一種設計方法，其思想是針對某種特定機構，專門建立數(shù)學模型，編制仿真程序，通過調節(jié)機構的某些參數(shù)，快速地顯示改變后的結果，然后根據(jù)要求合理地優(yōu)化參數(shù)，節(jié)省設計時間[26]。鏟具連接在F點并可以繞F點轉動，具有一定的剛性和柔性。特別是旋轉運動和翻轉運動，其動力元件及輔助元件都要隨著工具一起運動，增加了機構的負載，加大了后續(xù)結構設計的困難。工具是炒菜機的重要部件之一，它的形狀和動作對于烹飪的效果有重要影響。圖111所示炒菜機包含箱體，在箱體的一側設計有門，在箱體內腔的下部安裝有發(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，攪拌器的軸通過減速機構與電動機連接。2)鍋具晃動型該類產品采取鍋具動作來達到翻動菜肴。但這些工具，均不具備智能炒菜功能，在現(xiàn)有技術中，廚房里使用的各種機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，很可能會出現(xiàn)“后天失調”的現(xiàn)象。將每一種炒菜動作封裝為單個模塊，便于PC機和PLC聯(lián)合控制。開發(fā)機構運動學特性可視化仿真程序，通過改變機構相關特征參數(shù)，分析其運動學特性，根據(jù)分析結果優(yōu)選設計方案。 課題意義人們要很好的生活、工作、勞動，就必須有健康的身體。出現(xiàn)這類現(xiàn)象的主要原因是設計者缺乏對烹飪技術和烹飪工藝全面而深刻的掌握以及現(xiàn)有的技術還不足以克服自動烹飪的關鍵問題或難點。傾斜倒鍋以減少人工勞動，提高工作效率。圖110是臥式真空蒸汽攪拌炒鍋，本產品是在真空狀態(tài)下對物料進行加工處理，能最大限度保持食品的原色原味加熱，以防止細菌進入發(fā)生老化，調味料易于入味，使食物富含有風味和保持良好外觀。 研究內容本文主要從以下幾個方面的研究：1) 結合炒菜工藝和基本要求對炒菜動作進行了分解，構思實現(xiàn)這些動作的機構并組合為復合機構，分析每一種機構的優(yōu)缺點并選擇一種理想的方案；2) 對方案進行優(yōu)化，完成其結構設計并加工出試驗樣機；3) 采用模塊化的編程方式，對樣機進行編程實現(xiàn)自動控制。同時還能讓工具具有很好的運動學特性。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。隨著計算機的出現(xiàn)及其性能的提高，利用計算機進行機構的仿真與設已成為一種重要手段。圖210是用MFC編制的F點軌跡優(yōu)化程序界面。圖213是工具軌跡相對于其初始位置的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，工具在運動過程中的某些位置高于鍋邊，達到了省略工具升降機構的目的。 工具結構設計 工具結構布局結構設計是把產品從構想轉化為現(xiàn)實過程中重要的一步，它除了要保證產品的功能之外，還要考慮到節(jié)約材料、減少成本、整體美觀、結構可靠[28]。在擺動過程中，工具要翻動或打散物料，取其阻力最大值為10N，在不考慮重力和摩擦的情況下，利用機械原理求得主動件AB桿所需的力矩為6 . Nm。精度等級8級5) 其它零件以上介紹了幾個主要零部件的結構設計，對于整個工具的運動還需要其他輔助零件的支持。但是，該試驗樣機還存在著不少問題，比如機器運轉時有一定的振動和噪聲，擺動頻率和轉動頻率越大，機器振動的幅度和噪聲就越大，機械運動不夠靈活對炒菜肴效果有一定的影響。并聯(lián)機構有時無法求出封閉解,有時只得用迭代法求其數(shù)值解。在整個炒菜過程中，鍋具的運動是復合運動，既有晃鍋，又有顛鍋。r為物料的旋轉半徑，由于鍋具晃動的軌跡是一近似橢圓，所以r 不是固定值，這里按鍋具中心點計算，代表一般情況。圖319和圖320分別反映了鍋具平晃過程中在X方向和Y方向上的加速度，為了能讓物料在鍋內動起來，要求有 2 ma umg a ug ?=，從圖中看出加速度大于22/ ms的位置點很多。其傳動比為: 2 3613232 46 26 46z zz izz z === 大小 鍋具設計結構布局簡圖結構設計除了要保證產品的功能之外，還要考慮到節(jié)約材料、減少成本、整體美觀、結構可靠[40]。表32是選用的步進電機參數(shù)，型號為110HS20，其保持轉矩為20 . Nm。此外，它還與PLC通信，傳遞炒菜參數(shù)，實現(xiàn)炒菜功能。通過定義每個動作的home位和幾個關鍵點（利用接近開關）來檢測位置，并將該信號送入PLC中，經PLC運算后再給步進電機驅動器發(fā)脈沖并讓步進電機動作。設置轉動角度90176。線性結構設計要求整個程序指令均在一個程序塊內按順序執(zhí)行，該結構簡單直接，適用于控制過程簡單或容量小的程序設計。2) 對選定的設計方案建立數(shù)學模型并進行優(yōu)化設計，通過改變機構的某些特征參數(shù)，觀察機構的運動學特性，憑借經驗和設計要求篩選出合適的結果。此外，將炒菜工藝分解更細，增加了每次出菜的數(shù)量。