【正文】 個步進(jìn)電機(jī)實現(xiàn)， . Nm。通過定義每個動作的home位和幾個關(guān)鍵點(diǎn)（利用接近開關(guān)）來檢測位置，并將該信號送入PLC中，經(jīng)PLC運(yùn)算后再給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器發(fā)脈沖并讓步進(jìn)電機(jī)動作。為防止過度運(yùn)動對機(jī)構(gòu)產(chǎn)生損壞，因此設(shè)計三重限位保護(hù)：軟件限位 利用軟件限定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動極限位置；機(jī)構(gòu)限位 利用機(jī)構(gòu)本身的特點(diǎn)進(jìn)行限位，防止機(jī)構(gòu)運(yùn)動造成更大的損壞；過載保護(hù) . Nm時，程序停止并發(fā)出報警。由于機(jī)構(gòu)運(yùn)動涉及到鍋具運(yùn)動的配合，對工具的停放位置及開始位置都有一定要求，因此設(shè)置一個home位(利用接近開關(guān)實現(xiàn))。各具體動作的實現(xiàn)如下：工具擺動：利用擺動電機(jī)轉(zhuǎn)動獨(dú)立完成。根據(jù)需要設(shè)置三檔運(yùn)動速度調(diào)整動作幅度，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器根據(jù)PLC發(fā)送的正反轉(zhuǎn)脈沖和轉(zhuǎn)速脈沖來控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速。當(dāng)擺動接近開關(guān)作用時，給PLC發(fā)送信號，PLC根據(jù)用戶程序來決定工具正擺、反擺還是復(fù)位；工具轉(zhuǎn)動：利用轉(zhuǎn)動電機(jī)轉(zhuǎn)動獨(dú)立完成。根據(jù)需要設(shè)置三檔運(yùn)動速度調(diào)整動作幅度，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器根據(jù)PLC發(fā)送的正反轉(zhuǎn)脈沖和轉(zhuǎn)動脈沖來控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)動頻率。當(dāng)轉(zhuǎn)動接近開關(guān)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(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)還是復(fù)位。2) 鍋具運(yùn)動鍋具運(yùn)動主要包括四個部分：平面晃鍋、顛鍋、整體移動和切換運(yùn)動。它們僅用一個步進(jìn)電機(jī)通過齒輪箱來實現(xiàn)，電機(jī)保持力矩為20 . Nm。定義每個動作的home位和一些關(guān)鍵點(diǎn)（利用接近開關(guān)）來檢測位置，并將該信號送入PLC中，經(jīng)PLC運(yùn)算后再給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器發(fā)脈沖，讓步進(jìn)電機(jī)動作。為防止過度運(yùn)動對機(jī)構(gòu)產(chǎn)生損壞，因此設(shè)計三重限位保護(hù)：軟件限位 利用軟件限定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動極限位置；機(jī)構(gòu)限位 利用機(jī)構(gòu)本身的特點(diǎn)進(jìn)行限位，防止機(jī)構(gòu)運(yùn)動造成更大的損壞；過載保護(hù) 當(dāng)檢測到負(fù)載力矩大于電機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩20 . Nm時，程序止并發(fā)出報警。由于機(jī)構(gòu)運(yùn)動涉及到工具運(yùn)動的配合，對鍋具的停放位置及開始位置都有一定要求，因此設(shè)置幾個home位(利用接近開關(guān)實現(xiàn))。各具體動作的實現(xiàn)如下：鍋具平晃和顛動：步進(jìn)電機(jī)和電磁離合器一協(xié)調(diào)完成。根據(jù)需要設(shè)置三檔運(yùn)動速度調(diào)整動作幅度，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器根據(jù)PLC發(fā)送的正反轉(zhuǎn)脈沖和轉(zhuǎn)速脈沖來控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速。接近開關(guān)用來決定鍋具動作還是復(fù)位；切換運(yùn)動：步進(jìn)電機(jī)和電磁離合器二協(xié)調(diào)完成。設(shè)置轉(zhuǎn)動角度90176。，達(dá)到倒鍋或切換鍋具動作的目的。接近開關(guān)用來決定轉(zhuǎn)動是否到位；據(jù)，適用于C、CV、CS1系列PLC，它可完成用戶程序的建立、編輯、檢查、調(diào)試以及監(jiān)控，同時還具有完善的維護(hù)等功能，使得程序的開發(fā)及系統(tǒng)的維護(hù)更為簡單、快捷。CXProgrammer 具有以下優(yōu)點(diǎn)：減少應(yīng)用開發(fā)測試時間并增強(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)，提供一個通用的PLC軟件平臺；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項目和PC項目；容易與其它OMRON軟件產(chǎn)品集成，這就允許分享Tag注釋，從而減少錯誤，減少開發(fā)時間并提高使用的方便性。正因為有以上優(yōu)點(diǎn)，選用該編程環(huán)境可以很方便地編制控制程序并調(diào)試[5051]。整體移動：步進(jìn)電機(jī)和電磁離合器三協(xié)調(diào)完成。根據(jù)需要設(shè)置三檔運(yùn)動速度調(diào)整動作幅度，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器根據(jù)PLC發(fā)送的正反轉(zhuǎn)脈沖和轉(zhuǎn)速脈沖來控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到整體前進(jìn)還是后退的目的。接近開關(guān)用來決定移動是否到位。 控制程序設(shè)計 編程環(huán)境圖42是歐姆龍PLC的編程環(huán)境。CXProgrammer管理一個項目的所有數(shù) 程序控制流程PLC上電后進(jìn)行初始化并自檢，接著進(jìn)入手動炒菜與自動炒菜選擇界面。在手動狀態(tài)下可以完成工具擺動、轉(zhuǎn)動、鍋具晃動、顛動等一系列動作，在每一個動作完成之前，PLC屏蔽其它指令直到該動作完成，然后回到手動選擇處等待下一個命令的發(fā)送，用戶就可以通過觀察到的菜肴當(dāng)前狀況或憑借炒菜的經(jīng)驗來決定下一個動作指令。在自動模式下，炒菜機(jī)按預(yù)定的動作順序（一般是事先制定好的菜單文件，這里指編程好的執(zhí)行程序）完成菜肴的制作，PLC得到動作指令后首先判斷該機(jī)構(gòu)是否需要復(fù)位，根據(jù)程序中的參數(shù)決定該動作的速度、方向和幅度。每個動作完成之后，PLC判繼程序是否結(jié)束，若沒有則送入下一個動作的參數(shù)進(jìn)行下一步動作，如此周而復(fù)始直到整個炒菜過程結(jié)束。工具和鍋具的每個動作都相互獨(dú)立，整個流程圖如圖43和圖44所示。 I/O端口分配在炒菜過程中，PLC輸入輸出的變量在不斷地變化，從而使整個系統(tǒng)也有條不紊地工作，PLC把輸入端口接收到的指令經(jīng)運(yùn)算后經(jīng)輸出端口送入執(zhí)行機(jī)構(gòu)，下面以工具動作為例，列出了部分I/O分配狀況：輸入地址：00004 手動00005 待命00006 自動00007 復(fù)位00008 正向轉(zhuǎn)動00009 反向轉(zhuǎn)動00010 轉(zhuǎn)動速度一00011 轉(zhuǎn)動速度二00100 轉(zhuǎn)動速度三00101 每次轉(zhuǎn)動30度00102 每次轉(zhuǎn)動45度00103 每次轉(zhuǎn)動60度00104 轉(zhuǎn)動接近開關(guān)00201 擺動接近開關(guān)00105 正向擺動00106 反向擺動00107 擺動速度一00108 擺動速度二00109 擺動速度三00110 每次擺動一周00111 每次擺動二周00200 每次擺動三周輸出地址：010001004和01005控制擺動電機(jī)；01000、01002和01003控制轉(zhuǎn)動電機(jī)。 程序控制模塊生成PLC程序結(jié)構(gòu)分為線性結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)兩種。線性結(jié)構(gòu)設(shè)計要求整個程序指令均在一個程序塊內(nèi)按順序執(zhí)行，該結(jié)構(gòu)簡單直接，適用于控制過程簡單或容量小的程序設(shè)計。模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計要求整個程序指令通過組織塊控制并依次調(diào)用功能塊，功能塊是按照被控對象的控制功能來劃分和編程的，具有相同控制功能的被控對象可重復(fù)調(diào)用相同的功能塊。對于炒菜機(jī)控制系統(tǒng)而言，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定正常運(yùn)行，采用了模塊化的設(shè)計思想，通過分析不同設(shè)備的控制特點(diǎn)，將程序按工位功能的不同和所需的信號交流進(jìn)行設(shè)計，編制不同功能的功能塊，每個子程序完成特定的功能，而子程序還可以相互嵌套。該思路程序?qū)哟畏置?，能夠?qū)崿F(xiàn)控制過程復(fù)雜、繁瑣或容量大的程序設(shè)計，節(jié)省系統(tǒng)開銷、縮短執(zhí)行時間、增加可靠性[52]?；谇笆隽鞒毯虸/O端口的介紹，確定程序的框架，CXProgrammer是基于模塊化的編程風(fēng)格。在炒菜機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計中，將工具轉(zhuǎn)動、擺動、鍋具晃動、顛動等動作分別封裝成單個子功能模塊，主程序只需按指定格式調(diào)用單個子模塊完成指定的動作。這種設(shè)計方法大大地方便編程人員，同時也是一種良好地設(shè)計風(fēng)格，對后面的改進(jìn)或優(yōu)化設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)[53]。 本章小結(jié)本章分析了炒菜機(jī)整個控制系統(tǒng)設(shè)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(shè)計的實現(xiàn)。主要做了以下幾個方面的工作：1) 介紹了整個炒菜控制結(jié)構(gòu)圖、所需的硬件資源以及所需要設(shè)計的運(yùn)動模塊，為后面的控制實現(xiàn)提供了研究依據(jù)；2) 詳細(xì)地講述了炒菜控制程序的實現(xiàn)方式，用流程圖的方式敘述了整個控制過程，用模塊化的思想編制炒菜控制程序。5 總結(jié)和展望 全文總結(jié)本文是應(yīng)深圳繁興科技有限公司委托，研制一種能夠自動烹調(diào)部分中式菜肴，達(dá)到中式烹調(diào)技法要求的自動炒菜機(jī)。本文對炒菜機(jī)的實現(xiàn)方案和設(shè)計過程進(jìn)行了深入地研究，重點(diǎn)介紹了優(yōu)化方法在機(jī)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用。首先研究了國內(nèi)外烹飪設(shè)備的相關(guān)狀況。在此基礎(chǔ)上提出了自動炒菜機(jī)的一般性要求，結(jié)合炒菜工藝對人工炒菜動作進(jìn)行了分解并構(gòu)思實現(xiàn)這些動作的機(jī)構(gòu)。然后運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計對方案進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計，研制試驗樣機(jī)。最后，設(shè)計實現(xiàn)自動化的控制程序。本文主要研究內(nèi)容和成果如下：1) 通過大量查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，分析和研究了國內(nèi)外炒菜設(shè)備的現(xiàn)有水平和發(fā)展趨勢，結(jié)合炒菜工藝和基本要求研究自動炒菜機(jī)實現(xiàn)方案。2) 對選定的設(shè)計方案建立數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，通過改變機(jī)構(gòu)的某些特征參數(shù)，觀察機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)特性，憑借經(jīng)驗和設(shè)計要求篩選出合適的結(jié)果。在Solidworks下建模、仿真，得出其位移、速度、加速度等特性。通過對優(yōu)化后的方案進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，研制出試驗樣機(jī)。3) 采用模塊化編程方式，設(shè)計控制程序，將每一種炒菜動作封裝為單個模塊，便于PC機(jī)和PLC聯(lián)合控制調(diào)用。重點(diǎn)研究了底層運(yùn)動模塊的開發(fā)。 研究展望自動炒菜試驗樣機(jī)的研發(fā)成功，為以后程序化自動炒菜提供了解決方法。本文以全新的思路給出了自動炒菜機(jī)的設(shè)計過程，取得了較好的效果。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(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(jī)的設(shè)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(jìn)該試驗樣機(jī)，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(yùn)動參數(shù)，比如運(yùn)動頻率、運(yùn)動幅度等只是憑借經(jīng)驗估計，因而給設(shè)計帶來了很多麻煩或意想不到的后果。為了研究滿足烹飪要求的運(yùn)動部件的運(yùn)動形式和運(yùn)動規(guī)律，獲得有效的運(yùn)動參數(shù)，需要設(shè)計一種實驗平臺，以獲得每一個運(yùn)動參數(shù)的具體分布范圍；3) 在家用炒菜機(jī)研發(fā)初步成功的基礎(chǔ)上，有必要研發(fā)一種解決大量就餐人員就餐問題的生產(chǎn)線設(shè)備。該設(shè)備要求很短的時間內(nèi)炒制大量的菜肴，在色、香、味方面達(dá)到大師做菜的風(fēng)格。受大型生產(chǎn)線設(shè)計思想的影響，把炒菜動作分解更細(xì)，每一個工位上僅實現(xiàn)一個動作或簡單的組合動作。鍋具做成可移動式，裝載物料在生產(chǎn)線上運(yùn)動，每到一個工位首先由固定單元將其鎖定，然后輸入動力源使之完成某種動作；結(jié)束之后固定單元松開鍋具，鍋具在生產(chǎn)線上繼續(xù)運(yùn)動到下一個工位。如此，實現(xiàn)不間斷炒菜，達(dá)到大批量制菜的目的?？刂粕喜捎眉⒖刂葡到y(tǒng)，每一個工位看作是一個炒菜單元，由PC機(jī)和PLC控制?？傮w控制采用成熟的車間調(diào)度系統(tǒng)。該方案將鍋具的動力源元件和執(zhí)行元件分開，減少了鍋具運(yùn)動的負(fù)載，增加了方案的可實現(xiàn)性。此外，將炒菜工藝分解更細(xì)，增加了每次出菜的數(shù)量。該方案在以后的研究中會更加深入地進(jìn)行探討。致 謝經(jīng)過三年的學(xué)習(xí)和研究，本學(xué)位論文終于完成了。回顧過去的日子，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(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。三年來，不論是在課題的研究過程中，還是在平時的生活學(xué)習(xí)中，導(dǎo)師都給作者以耐心細(xì)致的指導(dǎo)與關(guān)懷。老師那嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，那淵博的知識給作者留下了深刻的印象，為作者樹立了很好的榜樣，并將激勵作者在今后的工作和生活中不斷前進(jìn)。值此論文脫稿之際，謹(jǐn)向老師表示衷心的感謝和深深的敬意。在攻讀大學(xué)的三年里，作者在學(xué)術(shù)、工作和學(xué)習(xí)方面得到了實驗室?guī)熜值艿闹笇?dǎo)和熱情幫助。他們在日常的工作和學(xué)習(xí)中給予了我無微不至的關(guān)懷和幫助，在此特向他們表示由衷的感謝，祝他們在今后的學(xué)習(xí)和工作中取得更大的成就。感謝一直給予我支持的親人和朋友，正是他們對我的理解與支持，我才能夠順利地完成我的學(xué)業(yè)，在此表示最誠摯的謝意。參考文獻(xiàn)[1] 邵建華, 焦正福. 中式烹調(diào)師. 上海：上海科學(xué)普及出版社，1999 [2] 王迎全. 論中國烹飪在繼承中創(chuàng)新才能發(fā)展. 烹調(diào)知識. 2004 [3] 劉軍. 論中國的“烹飪”文化. 成都理工大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版). 2003[4] 薛福連. 國外廚房電器新品. 大眾用電. 2003 [5] 王志祥. 新型廚房用具. 世界發(fā)明. 2000 [6] 薛衛(wèi)東. 新型廚房用具種種. 現(xiàn)代科技譯叢(哈爾濱). 1999 [7] 王瑋祥. 新型廚具. 中國烹飪. 1999 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