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包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 1 12 届毕业设计 家庭自动炒菜机 设计说明书 学生姓名 学 号 所属学院 机械电气化工程 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机械 指导教师 日 期 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 2 前 言 随着生活节奏的加 快和厨房革命的兴起，自动化的烹饪装置成为厨房烹饪的主角已势不可挡。现在社会中，自动化的烹饪装置 微波炉的应用越来越广了。但是微波炉是一种舶来品，其特点符合外国人的生活习惯。进入中国后，也基本上在沿袭国外的技术，中国的消费者一般只是拿它简单热些饭菜。虽然近些年有一些新品出现，但都无法冲破简单加热的功能束缚。 全自动炒菜机是一台采用专业模拟人工烹饪的机器，无需人工看管，将准好的主料、配料、佐料全部一次性投入，设定程序后，自动热油、自动翻炒，自动控制火候，无需经验即可自动烹饪的一台智能化设备。自动炒菜机不 仅能自动炒、煎、烹、炸、爆、焖、蒸、煮、烙、炖、煲等一锅多用的功能，轻松实现了炒菜过程的自动化和趣味化，只需手指轻轻触摸，就可以享受到世界各地的地道美食，真正做到了烹饪过程无油烟、省时、省力、不粘、不糊、不溢锅、锅体自动密封保鲜、营养菜肴美味，即保持了中国菜肴的传统工艺及色泽、又使炒制的菜肴鲜嫩味美，营养丰富。 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 3 目 录 1 本课题来源及研究的目的和意义 .课题的意义 . 课题所涉及的问题在国内（外）研究现状及分析 .课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析 . 课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路 .成本课题所必须的工作条件及解决的办法 . 家庭自动炒菜总体结构 .菜部分 .调料部分 .体 .拌装置 . 自动炒菜机的设计 .动机的选择 . 加调料器电机选择 . 主轴旋转需要电机选择 . 搅拌器升降电机选择 . 搅拌器旋转电机选择 . 菜盒翻转电机选择 . 各部分功能的实现和分析 .调料 .菜 .炒 .体加热源 .功能串联结点 . 控制部分 .进电动机驱动 .动控制子程序 .体控制流程图 .部件接口定义 .论 .谢 .考文献 .含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 4 家庭自动炒菜机设计 随着科技的发展，人类的劳动力不断被解放，取而代之的是一些自动 化、智能化的机器。如洗衣机，让人们不在手工洗涤衣物，减轻了人力负担。因此，我们可以预知：未来将会有更多的智能机械走进我们的生活，提高我们的生活质量。因此，我研发了一台自动炒菜机，减轻人们在厨房的劳动。 1 本课题来源及研究的目的和意义 课题的意义 在 ，我们只要将编程代码输入数控机床、加工中心，装载上毛坯，便可自动的完成零件的加工。所以：将食谱编成相应的代码，输入自动炒菜机，加上相应的菜，便可自动炒出可口的佳肴。自动炒菜，无人值守，省时省力。可以很方便的做一些自己不会做的菜肴，更适合不会做饭的人 群。可连接计算机、手机、短信等，实现远程控制，缩短就餐准备时间提高人们的生活效率。代码采用宏录制，方便储存、交流。 课题所涉及的问题在国内（外）研究现状及分析 经过在网上搜集关于自动炒菜机信息，发现最多的就是一款已经商品化的自动炒菜锅。其信息如下：全自动炒菜机，是现在科技产品，由农业科学研究院多位教授和国外多名专家历时五年时间，经过数千次实验，成功研制出新一代微电脑操控智能烹饪设备，设备主要是方便，简单的操作，无油烟。 全自动炒菜机是一台采用专业烹饪程序模拟技术，无需人工看管，将准好的主料、配料、佐 料全部一次性投入，设定程序后，自动热油、自动翻炒，自动控制火候，无需经验即可自动烹饪的一台智能化设备 此类自动炒菜机的原理差不多，都是先将食材调料一次性放入封闭的锅体内，然后加热直至炒熟。与我们平常人工炒菜的过程有很大的差异。 此次研究设计的炒菜机是烹炒的中国菜系。由于饮食习惯的原因，其他国家很少做中国菜，所以自动炒菜机在其他国家的研究很少。因此基于全程模仿人工炒菜的自动炒菜机，属于科研的处女地，一次研究意义极大。 课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析 首先要完成产品的功能设计，产品能够炒 什么样的菜：预计可炒普通家常菜，如酸辣土豆丝，蘑菇炒肉，木须肉，鱼香肉丝，等等 能炒多少菜：本设计应用于家庭，因此设计大小为五口之家的菜量。锅体直径约为 40 10 升左右。 炒菜的自动化程度：全过程采用单片机控制，开始需把食材放到指定的菜盒，保证所需的调料盒里有充足的调料，输入指定的代码，插上电源便可开始自动翻炒，全过程无人值守。 炒出菜的味道：由于炒菜机经过标准化，而且电源电压，调料，食材等均能保持一致，所以自动炒菜的工程能完全模拟代码录制时的场景，条件，因此理论上会炒出很完美可口的菜肴 。但是由于各个条件有些细微的差别，如食材的老嫩，调料的细微差别，会有一些不足之处。由于代码可以根据个人口味修正，甚至在炒菜的过程中人工控制一些参数。所以，可以在很大程度上得到修正。 课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路 加热：采用市场成熟化的电磁加热，只需内置电磁加热盘即可。优点：结构简便，调温幅度大且调节简单，只需改变电压便能调节温度。 锅体：采用不锈钢可分离式。优点：方便清洗，便于汤类菜肴的盛放。 加料体：调料的种类很多，可分为液体类，如食用油，香油，麻油，水，酱油，醋等。粉末类，包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 5 如食盐， 味精，勾芡粉，鸡精等。颗粒类，如花椒，八角等。但这三类都可以用同一装置来实现加料。加料体原理类似于播种机的下种机构，利用带有盲孔的旋转体的不断旋转，控制加料的量。三种状态的调料可以通过盲孔直径的大小来实现加料。通过回转的圈数来实现加料的多少。旋转采用小型步进电动机控制。 加菜：一般的菜肴需要若干种食材做成。如西红柿炒鸡蛋，需要鸡蛋，西红柿，葱花三种。因此本设计有三个加菜的菜盒。一个为主菜盒，另外两个为副菜盒。菜盒采用翻转方式放菜，结构简单、可靠。旋转同样采用小型步进电动机。 翻炒：通过一个可旋转的搅拌体代替 人工的翻炒。搅拌体可升降，也可做旋转运动。均由小型步进电动机控制。其中上下升降采用齿轮齿条副来实现。 部件安排：把锅和加热体至于产品的中下方，类似于普通电炒锅。将加料装置，加菜盒整合在一个结构上，通过控制改变各个部件与锅口的位置，实现放料。 炒菜过程控制：本设计采用单片机控制整个炒菜流程，将整个流程整合成一种标准的文件，该文件可被个人 别阅读，修改。亦能被机器所带的单片机所识别，控制整个炒菜的流程。 控制代码的生成：采用宏录制的方式。在各个部件如加调料，加食材、加调料、翻炒等均设有手动按钮。录制时，按下 控制面板上的宏录制按钮。由炒菜丰富的厨师通过各个控制按钮，完成加食用油、加热、加调料、加食材、翻炒等整个炒菜过程，类似于普通的炒菜。此时单片机会自动记录下炒菜整个过程以及各个参数，并生成对应的代码文件，以供使用。此代码由于标准化，因此有很强的互换性，可以发布到互联网上。论坛里分享，代替普通的文字食谱，因此菜谱来源广泛。 成本课题所必须的工作条件及解决的办法 加调料条件：保证加料准确，不加错料。每个加料器必须有固定的位置，不能装错，并由标签供人识别。然后需要加料量保证准确，需要使得加料机构工作状态良好 ，可靠性高。 人际交换条件：尽可能的使得操作简单化、方便化、傻瓜化。加入独创的宏录制方式，使得整个过程十分简单易懂。包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 6 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 7 2 家庭自动炒菜总体结构 自动炒菜机主要组成部分：加菜部分、加调料料部分、锅体、搅拌装置等部分组成。 整体组成如图 2示： 图 2菜机结构图 由两个小菜盒负责装辅助菜，或者是量比较少的菜蔬，和一个大得菜盒负责放主菜蔬。 通过小型步进电动机，控制菜盒的反翻转，从而让菜蔬落入锅内，完成加食材的步骤。 由一个带有盲孔的转体把储料盒和下方加料口分开，当旋体旋转至储料口时，调料由于重力作用落入盲孔，旋体继续旋转至出料口时，由于重力作用，调料从盲孔进入出料口，继而落入锅内，完成加调料。 锅体采用不锈钢制成，属于冲压件。锅体镶嵌于炒菜机上壳，可拿下方便清洗。底下与加热盘相接处，加热盘采用市场常见的电磁加热盘，利用涡流加热，效率高。 搅拌装置分上下两部分，上部分通过齿轮齿条副控制搅拌器的上下。下部分通过小型步进电动机控制搅拌片的旋转。 3 自动炒菜机的设计 由于本设计属于机电一体化产品，且 应用范围属于家用，所以对轻便性，灵活性都有较高的要求，故内置电机选用小型步进电动机。具有控制精确、方便、成本低廉、轻巧等特点。控制时仅需要驱动电路即可完成复杂的运动。电机共 5处需要。分别是：加调料器需要、主轴旋转需要、搅拌器升降需要、搅拌器旋转需要、菜盒翻转需要。 加料器组成如图 3 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 8 图 3料器结构图 根据资料得主轴的转速在 120 转 /分，扭矩由摩擦力构成，由于加料器旋体较小，因此扭矩需要 68N 上，符合条件的步进 电动机有三个如表 3 表 3电动机的型号和技术参数及传动比 方案 电动机型号 额定 功率P/转扭矩 N 高转速 r/率（ %） 电动机重量（ g） 功率因数 1 280 80 150 84 45 3900 150 260 82 180 390 120 500 79 150 上， 28 主轴旋 转部分如图 2示： 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 9 图 3轴旋转部分 主轴上方物料最重为 3 30N。查机械课程设计手册表 1 故摩擦损耗为 摩擦力 F=于平均半径为 25 故要求电机转矩为 T=于要求旋转要有足够的加速度。把上方需要转动的抽象成圆柱体，故由公式 G D D=j得出 T=了防止转速过快导致菜盒中食材洒出，故转速转速约为 70r/ 综合电动机的质量，效率选用 39进电机电机即可。 搅拌器升降装置组成如图 2 如图 3拌器上下调节结构 通过计算得出搅拌器下方总重约为 过查阅机械设计课程手册表 10在一般非经密机械的齿轮传动时，齿数应大于等于 10。限于尺寸原因，我们暂定齿数为 12、模数为 1。则齿轮半径为 r=6所需扭矩为 T=4=上，我们选择 28步进电动机。运动速度要求 10s 内完成 15往复路程。当步进电动机最高速转动时， v=2 s，故满足条件。 搅拌器旋转装置组成如图 2 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 10 图 3拌器旋转装置 由于所翻炒的食材用量、品种不同。所以我们选用最难翻炒的块状食品做为所需力矩最大的情况，预计约 T=D F=6020N 速为 50r/ 综合上述原因，故选用 39步进电动机。 菜盒翻转装置组成如图 2 图 3盒翻转装置 当菜盒装满液体时，质量最大，约为 于翻转时始终处于平衡状态，故所需力矩并不很 大，因此选择 28步进电动机。 4 各部分功能的实现和分析 通过小型步进电动机控制带有盲孔的转体，通过盲孔在储料箱和出料口的不断交换，达到加料的目的。加料数等于旋转圈数和盲孔体积的乘积。通过控制步进电动机的旋转圈数，可以控制调料的量。如图 4 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 11 图 4料器 其中调料分三种：液体类（花生油、香油、水酱油、醋）、粉末类（白砂糖、花椒粉、盐）、块状类（花椒、八角）。但这三种调料都可以通过盲孔的交换位置达到加料的目的。因此统一采用同样的加料器加放调料。每个调 料的位置都是固定的，不可交换位置。 由于一种菜肴需要一种或多种食材，因此，自动炒菜机配备了一个主菜盒，和两个辅菜盒。如图 4 图 4盒 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 12 菜盒通过步进电动机的旋转，带动饭盒的翻转，将食材翻下至锅里。菜盒采用不锈钢冲压成型，通过 点就是简单可靠、稳定性好、易于控制。 加入菜之后需要不断翻炒使得食材受热均匀并防止粘锅。翻炒采用与锅体贴合的不锈钢片不断的旋转。翻炒的旋转部件和步进电动机直接通过定位螺钉相连，使得结构简便。同时步进电动机的易 控制性使得在翻炒时可以采用多种方案。如图 4示： 图 4拌器 由于翻炒时翻炒器是在锅体内，当需要加调料时、或者是需要把锅拿出清洗时，翻炒器需要离开锅体。因此，采用齿轮齿条副来实现翻炒器的上升和下降。 由于不同的菜肴需要的火候不同，因此热源采用电磁加热。通过电磁原理在不锈钢锅体内产生涡流，从而使得锅发热 图 4热源 由于采用电能加热，因此温度可控性好、且升温较快、效率较高。 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 13 通过一个可旋转的支架，把加料器、饭盒、搅拌器连接 在一起。如图 4 图 4架 通过步进电动机控制，使得每个部件能够在适当的时候到达相应的位置。 5 控制部分 自动炒菜机使用两种小型步进电动机 28 39两种需要的驱动芯片为： 机驱动模块：如图 5示： 图 5动模块 高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅 林顿管组成。 每一对达林顿都串联一个 基极电阻 ,在 5V 的工作电压下它能与 路 直接相连 ，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 14 作电压高，工作电流大，灌电流可达 500并且能够在关态时承受 50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。 用 16 或 16 塑料封装。 动控制子程序 接线方式 : 00 01 02 03 + 5V - */ #0 /步进电机控制接口定义 =04=0(x) i,j; i=0;ix;i+) j=0;j112;j+); /顺时针转动 i; i=0;i4;i+) i; );/转速调节 /逆时针转动 i; i=0;i4;i+) i; );/转速调节 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 15 /停止转动 /主函数 i; 0);/等待系统稳定 ) i=0;i500;i+) ; /顺时针转动 ; /停止转动 00); i=0;i500;i+) ; /逆时针转动 ; /停止转动 00); 启动初始化读取菜谱信息加热盘供电主轴电机旋转至相应位置加料器电机旋转加料菜盒翻转加菜主轴旋转搅拌器下降搅拌器搅拌复位 表 5料器定义 加料器编号 1 2 3 4 5 6 7 8 对应调料 食盐 白糖 花椒 味精 食用油 酱油 醋 自定义 表 5他电机定义 电机位置 主轴电机 小菜盒（左） 小菜盒（右） 大菜盒 搅拌器升降 搅拌器旋转 编号 9 10 11 12 13 14 表 5容器体积参考量 部件 加料器 加料器转体 锅体 大菜盒 小菜盒 容量 L 含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 16 结论 随着科技的发展，人类的劳动力不断被解放，取而代之的是一些自动化、智能化的机器。如洗衣机，让人们不在手工洗涤衣物，减轻了人力负担。因此，我们可以预知：未来将会有更多的智能机械走进我们的生活，提高我们的生活质量。因此 ，智能化是未来的方向。 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 17 致谢 经过几个月的毕业设计忙碌之后，设计最终完成，设计过程中遇到许多的问题，在众多老师和同学的帮助下予以解决。首先要感谢廖结安老师对我的指导和督促，在设计过程中廖结安老师不仅给我指出了正确的设计方向，而且还使我加深了对知识的理解，同时也避免了在设计过程中走弯路，廖结安老师的督促使我一直把毕业设计放在心里，保证按质按量的完成；还要感谢同组同学，是大家相互帮助，相互交流，解决存在的一些问题，使我能够按时完成毕 业设计。 大学生活即将画上句号，在这四年中我是充实的、快乐的，在这里感谢我的母校 塔里木大学的辛勤培育，感谢学校给我提供了如此难得的学习环境和机会，使我学到了许多新的知识、知道了知识的可贵与获取知识的辛勤。 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 18 参考文献 1王忠 M华大学出版社 ,2005:20 35. 2周鹏 M械工业出版社 ,2011:80 85. 3呈宪平 M中科技大 学出版社 ,2010:22 45. 4吴宗泽，罗圣国 M等教育出版社 ,1996： 15 85. 5王宗发 M京理工大学出版社 ,1998： 37 39. 6汪恺主编 第三卷 M械工业出版社 ,1996： 36 47. 7濮良贵 ,纪名刚 第八版 M等教育出版社 ,2001： 68 95. 8蔡汉明，陈清奎 M械工业出版社 ,2003:20 32. 9杨路明 言程序设计教程 M京邮电大学出版社 ,2005:49 141. 10韩进红 M械工业出版社 ,2004:125 165. 11单辉祖 M北京：高等教育出版社 ,2004： 29 48. 家庭自动炒菜机设计 设计者： 前言 随着科技的发展，人类的劳动力不断被解放，取而代之的是一些自动化、智能化的机器。如洗衣机，让人们不在手工洗涤衣物，减轻了人力负担。 因此，我们可以预知：未来将会有更多的智能机械走进我们的生活，提高我们的生活质量。 因此，我研发了一台自动炒菜机，减轻人们在厨房的劳动。 灵感 灵感：在 们只要将编程代码输入数控机床、加工中心，装载上毛坯，便可自动的完成零件的加工。 所以：将食谱编成相应的代码，输入自动炒菜机，加上相应的菜，便可自动炒出可口的佳肴。 二者关系如图： 原理 食谱总是以文字的形式存在，如果将其编制成相应的代码，便可智能的炒出美味的菜肴。 在烹饪是一门经验学科，其中最重要的是：油温、火候、加调料量、时间等，本产品可以将这些条件完全统一，做出的菜将会与代码制作时做出的一致。 火候：由于所采用的电压是一致的 220此，所有炒菜机的单位时间内产生的温度将一致。 油温：在同样的火候下，将油加热同样的时间，油温将一致。 调料的量：由于代码中的量与当设臵的一致，因此佐料的量可以保证一致。而且用户可以根据自己的口味，适当的修改佐料的量和加料时间。 时间：包括油加热时间、放菜时间、翻炒时间、放调料时间等都可以保证与设定值一致。 所以，应用本产品完全可以炒出色、香、味、形、质、养兼美的菜肴。如番茄炒蛋、酸辣土豆丝、红烧茄子、鱼香肉丝、菠菜炒鸡蛋等家常菜。 作品预览 工作原理 工作原理 食谱代码来源 每台自动炒菜机均具有制作食谱代码的功能。按下宏录制按钮，通过人为控制自动炒菜机的按钮来控制炒菜的流程，直至炒菜结束。这样，整个过程变会被录制下来成为一个完整的菜谱代码，并保存在我们的自动炒菜机中。 用户可以到本产品的官方网站下载我们录制的食谱代码，也可以把自己的食谱代码到我们的官方论坛去交流。 随机我们将附赠 100个家常菜的食谱代码。 产品特点 自动炒菜，无人值守，省时省力。 可以很方便的做一些自己不会做的菜肴，更适合不会做饭的人群。 可连接计算机、手机、短信等，实现远程控制，缩短就餐准备时间提高人们的生活效率。 代码采用宏录制，方便储存、交流。 谢谢 观赏 家庭自动炒菜机设计 设计者： 前言 随着科技的发展，人类的劳动力不断被解放，取而代之的是一些自动化、智能化的机器。如洗衣机，让人们不在手工洗涤衣物，减轻了人力负担。 因此，我们可以预知：未来将会有更多的智能机械走进我们的生活，提高我们的生活质量。 因此，我研发了一台自动炒菜机，减轻人们在厨房的劳动。 灵感 灵感：在 们只要将编程代码输入数控机床、加工中心，装载上毛坯，便可自动的完成零件的加工。 所以：将食谱编成相应的代码，输入自动炒菜机，加上相应的菜，便可自动炒出可口的佳肴。 二者关系如图： 原理 食谱总是以文字的形式存在，如果将其编制成相应的代码，便可智能的炒出美味的菜肴。 在烹饪是一门经验学科，其中最重要的是：油温、火候、加调料量、时间等，本产品可以将这些条件完全统一，做出的菜将会与代码制作时做出的一致。 火候：由于所采用的电压是一致的 220此，所有炒菜机的单位时间内产生的温度将一致。 油温：在同样的火候下，将油加热同样的时间，油温将一致。 调料的量：由于代码中的量与当设臵的一致，因此佐料的量可以保证一致。而且用户可以根据自己的口味，适当的修改佐料的量和加料时间。 时间：包括油加热时间、放菜时间、翻炒时间、放调料时间等都可以保证与设定值一致。 所以，应用本产品完全可以炒出色、香、味、形、质、养兼美的菜肴。如番茄炒蛋、酸辣土豆丝、红烧茄子、鱼香肉丝、菠菜炒鸡蛋等家常菜。 作品预览 工作原理 工作原理 食谱代码来源 每台自动炒菜机均具有制作食谱代码的功能。按下宏录制按钮，通过人为控制自动炒菜机的按钮来控制炒菜的流程，直至炒菜结束。这样，整个过程变会被录制下来成为一个完整的菜谱代码，并保存在我们的自动炒菜机中。 用户可以到本产品的官方网站下载我们录制的食谱代码，也可以把自己的食谱代码到我们的官方论坛去交流。 随机我们将附赠 100个家常菜的食谱代码。 产品特点 自动炒菜，无人值守，省时省力。 可以很方便的做一些自己不会做的菜肴，更适合不会做饭的人群。 可连接计算机、手机、短信等，实现远程控制，缩短就餐准备时间提高人们的生活效率。 代码采用宏录制，方便储存、交流。 谢谢 观赏 12 届毕业设计 家庭自动炒菜机 设计说明书 学生姓名 学 号 所属学院 机械电气化工程 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机械 指导教师 日 期 前 言 随着生活节奏的加 快和厨房革命的兴起，自动化的烹饪装置成为厨房烹饪的主角已势不可挡。现在社会中，自动化的烹饪装置 微波炉的应用越来越广了。但是微波炉是一种舶来品，其特点符合外国人的生活习惯。进入中国后，也基本上在沿袭国外的技术，中国的消费者一般只是拿它简单热些饭菜。虽然近些年有一些新品出现，但都无法冲破简单加热的功能束缚。 全自动炒菜机是一台采用专业模拟人工烹饪的机器，无需人工看管，将准好的主料、配料、佐料全部一次性投入，设定程序后，自动热油、自动翻炒，自动控制火候，无需经验即可自动烹饪的一台智能化设备。自动炒菜机不 仅能自动炒、煎、烹、炸、爆、焖、蒸、煮、烙、炖、煲等一锅多用的功能，轻松实现了炒菜过程的自动化和趣味化，只需手指轻轻触摸，就可以享受到世界各地的地道美食，真正做到了烹饪过程无油烟、省时、省力、不粘、不糊、不溢锅、锅体自动密封保鲜、营养菜肴美味，即保持了中国菜肴的传统工艺及色泽、又使炒制的菜肴鲜嫩味美，营养丰富。 目 录 1 本课题来源及研究的目的和意义 .课题的意义 .课题所涉及的问题在国内（外）研究现状及分析 .课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析 .课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路 .成本课题所必须的工作条件及解决的办法 . 家庭自动炒菜总体结构 .菜部分 .调料部分 .体 .拌装置 . 自动炒菜机的设计 .动机的选择 . 加调料器电机选择 . 主轴旋转需要电机选择 . 搅拌器升降电机选择 . 搅拌器旋转电机选择 . 菜盒翻转电机选择 . 各部分功能的实现和分析 .调料 .菜 .炒 .体加热源 .功能串联结点 . 控制部分 .进电动机驱动 .动控制子程序 .体控制流程图 .部件接口定义 .论 .谢 .考文献 . 1 家庭自动炒菜机设计 随着科技的发展，人类的劳动力不断被解放，取而代之的是一些自动化、智能化的机器。如洗衣机，让人们不在手工洗涤衣物，减轻了人力负担。因此，我们可以预知：未来将会有更多的智能机械走进我们的生活，提高我们的生活质量。因此，我研发了一台自动炒菜机，减轻人们在厨房的劳动。 1 本课题来源及研究的目的和意义 课题的意义 在 ，我们只要将编程代码输入数控机床、加工中心，装载上毛坯，便可自动的完成零件的加工。所以：将食谱编成相应的代码，输入自动炒菜机，加上相应的菜，便可自动炒出可口的佳肴。自 动炒菜，无人值守，省时省力。可以很方便的做一些自己不会做的菜肴，更适合不会做饭的人群。可连接计算机、手机、短信等，实现远程控制，缩短就餐准备时间提高人们的生活效率。代码采用宏录制，方便储存、交流。 课题所涉及的问题在国内（外）研究现状及分析 经过在网上搜集关于自动炒菜机信息，发现最多的就是一款已经商品化的自动炒菜锅。其信息如下：全自动炒菜机，是现在科技产品，由农业科学研究院多位教授和国外多名专家历时五年时间，经过数千次实验，成功研制出新一代微电脑操控智能烹饪设备，设备主要是方便，简单的操作，无油烟。 全自动炒菜机是一台采用专业烹饪程序模拟技术，无需人工看管，将准好的主料、配料、佐料全部一次性投入，设定程序后，自动热油、自动翻炒，自动控制火候，无需经验即可自动烹饪的一台智能化设备 此类自动炒菜机的原理差不多，都是先将食材调料一次性放入封闭的锅体内，然后加热直至炒熟。与我们平常人工炒菜的过程有很大的差异。 此次研究设计的炒菜机是烹炒的中国菜系。由于饮食习惯的原因，其他国家很少做中国菜，所以自动炒菜机在其他国家的研究很少。因此基于全程模仿人工炒菜的自动炒菜机，属于科研的处女地，一次研究意义极大。 课 题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析 首先要完成产品的功能设计，产品能够炒什么样的菜：预计可炒普通家常菜，如酸辣土豆丝，蘑菇炒肉，木须肉，鱼香肉丝，等等 能炒多少菜：本设计应用于家庭，因此设计大小为五口之家的菜量。锅体直径约为 40 10 升左右。 炒菜的自动化程度：全过程采用单片机控制，开始需把食材放到指定的菜盒，保证所需的调料盒里有充足的调料，输入指定的代码，插上电源便可开始自动翻炒，全过程无人值守。 炒出菜的味道：由于炒菜机经过标准化，而且电源电压，调料，食材等均能保持一致，所 以自动炒菜的工程能完全模拟代码录制时的场景，条件，因此理论上会炒出很完美可口的菜肴。但是由于各个条件有些细微的差别，如食材的老嫩，调料的细微差别，会有一些不足之处。由于代码可以根据个人口味修正，甚至在炒菜的过程中人工控制一些参数。所以，可以在很大程度上得到修正。 课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路 加热：采用市场成熟化的电磁加热，只需内置电磁加热盘即可。优点：结构简便，调温幅度大且调节简单，只需改变电压便能调节温度。 锅体：采用不锈钢可分离式。优点：方便清洗，便于汤类菜肴的盛放。 加料体：调 料的种类很多，可分为液体类，如食用油，香油，麻油，水，酱油，醋等。粉末类， 2 如食盐，味精，勾芡粉，鸡精等。颗粒类，如花椒，八角等。但这三类都可以用同一装置来实现加料。加料体原理类似于播种机的下种机构，利用带有盲孔的旋转体的不断旋转，控制加料的量。三种状态的调料可以通过盲孔直径的大小来实现加料。通过回转的圈数来实现加料的多少。旋转采用小型步进电动机控制。 加菜：一般的菜肴需要若干种食材做成。如西红柿炒鸡蛋，需要鸡蛋，西红柿，葱花三种。因此本设计有三个加菜的菜盒。一个为主菜盒，另外两个为副菜盒。菜盒采用翻转方式放 菜，结构简单、可靠。旋转同样采用小型步进电动机。 翻炒：通过一个可旋转的搅拌体代替人工的翻炒。搅拌体可升降，也可做旋转运动。均由小型步进电动机控制。其中上下升降采用齿轮齿条副来实现。 部件安排：把锅和加热体至于产品的中下方，类似于普通电炒锅。将加料装置，加菜盒整合在一个结构上，通过控制改变各个部件与锅口的位置，实现放料。 炒菜过程控制：本设计采用单片机控制整个炒菜流程，将整个流程整合成一种标准的文件，该文件可被个人 别阅读，修改。亦能被机器所带的单片机所识别，控制整个炒菜的流程。 控制代码的生成：采用宏 录制的方式。在各个部件如加调料，加食材、加调料、翻炒等均设有手动按钮。录制时，按下控制面板上的宏录制按钮。由炒菜丰富的厨师通过各个控制按钮，完成加食用油、加热、加调料、加食材、翻炒等整个炒菜过程，类似于普通的炒菜。此时单片机会自动记录下炒菜整个过程以及各个参数，并生成对应的代码文件，以供使用。此代码由于标准化，因此有很强的互换性，可以发布到互联网上。论坛里分享，代替普通的文字食谱，因此菜谱来源广泛。 成本课题所必须的工作条件及解决的办法 加调料条件：保证加料准确，不加错料。每个加料器必须有固定的位置 ，不能装错，并由标签供人识别。然后需要加料量保证准确，需要使得加料机构工作状态良好，可靠性高。 人际交换条件：尽可能的使得操作简单化、方便化、傻瓜化。加入独创的宏录制方式，使得整个过程十分简单易懂。 2 家庭自动炒菜总体结构 自动炒菜机主要组成部分：加菜部分、加调料料部分、锅体、搅拌装置等部分组成。 整体组成如图 2示： 3 图 2菜机结构图 由两个小菜盒负责装辅助菜，或者是量比较少的菜蔬，和一个大得菜盒负责放主菜蔬。 通过小型步进电动机，控制菜盒的反翻转，从而让菜蔬落入锅内，完成加 食材的步骤。 由一个带有盲孔的转体把储料盒和下方加料口分开，当旋体旋转至储料口时，调料由于重力作用落入盲孔，旋体继续旋转至出料口时，由于重力作用，调料从盲孔进入出料口，继而落入锅内，完成加调料。 锅体采用不锈钢制成，属于冲压件。锅体镶嵌于炒菜机上壳，可拿下方便清洗。底下与加热盘相接处，加热盘采用市场常见的电磁加热盘，利用涡流加热，效率高。 搅拌装置分上下两部分，上部分通过齿轮齿条副控制搅拌器的上下。下部分通过小型步进电动机控制搅拌片的旋转。 3 自动炒菜机的设计 由于本设计属于机电一体化产品，且应用范围属于家用，所以对轻便性，灵活性都有较高的要求，故内置电机选用小型步进电动机。具有控制精确、方便、成本低廉、轻巧等特点。控制时仅需要驱动电路即可完成复杂的运动。电机共 5处需要。分别是：加调料器需要、主轴旋转需要、搅拌器升降需要、搅拌器旋转需要、菜盒翻转需要。 加料器组成如图 3 4 图 3料器结构图 根据资料得主轴的转速在 120 转 /分，扭矩由摩擦力构成，由于加料器旋体较小，因此扭矩需要 68N 上，符合条件的步进电动机有三个如表 3 表 3电动机的型号和技术参数及传动比 方案 电动机型号 额定 功率P/转扭矩 N 高转速 r/率（ %） 电动机重量（ g） 功率因数 1 280 80 150 84 45 3900 150 260 82 180 390 120 500 79 150 上， 28 主轴旋转部分如图 2示： 图 3轴旋转部分 主轴上方物料最重为 3 30N。查机械课程设计手册表 1 故摩擦损耗为 摩擦力 F=于平均半径为 25 故要求电机转矩为 T=于要求旋转要有足够的加速度。把上方需要转动的抽象成圆柱体，故由公式 G D D=j得出 T=了防止转速过快导致菜盒中食材洒出，故转速转速约为 70r/ 综合电动机的质量，效率选用 39进电机电机即可。 搅拌器升降装置组成如图 2 5 如图 3拌器上下调节结构 通过计算得出搅拌器下方总重约为 过查阅机械设计课程手册表 10在一般非经密机械的齿轮传动时，齿数应大于等于 10。限于尺寸原因，我们暂定齿数为 12、模数为 1。则齿轮半径为 r=6所需扭矩为 T=4=上，我们选择 28步进电动机。运动速度要求 10s 内完成 15往复路程。当步进电动 机最高速转动时， v=2 s，故满足条件。 搅拌器旋转装置组成如图 2 图 3拌器旋转装置 由于所翻炒的食材用量、品种不同。所以我们选用最难翻炒的块状食品做为所需力矩最大的情况，预计约 T=D F=6020N 速为 50r/ 综合上述原因，故选用 39步进电动机。 菜盒翻转装置组成如图 2 6 图 3盒翻转装置 当菜盒装满液体时，质量最大，约为 于翻转时始终处于平衡状态，故所需力矩并不很大，因此选择 28步进电动机。 4 各部分功能的实现和分析 通过小型步进电动机控制带有盲孔的转体，通过盲孔在储料箱和出料口的不断交换，达到加料的目的。加料数等于旋转圈数和盲孔体积的乘积。通过控制步进电动机的旋转圈数，可以控制调料的量。如图 4 图 4料器 其中调料分三种：液体类（花生油、香油、水酱油、醋）、粉末类（白砂糖、花椒粉、盐）、块状类（花椒、八角）。但这 三种调料都可以通过盲孔的交换位置达到加料的目的。因此统一采用同样的加料器加放调料。每个调料的位置都是固定的，不可交换位置。 由于一种菜肴需要一种或多种食材，因此，自动炒菜机配备了一个主菜盒，和两个辅菜盒。如图 4 7 图 4盒 菜盒通过步进电动机的旋转，带动饭盒的翻转，将食材翻下至锅里。菜盒采用不锈钢冲压成型，通过 点就是简单可靠、稳定性好、易于控制。 加入菜之后需要不断翻炒使得食材受热均匀并防止粘锅。翻炒采用与锅体贴合的不锈钢片不断的旋转。翻炒的旋转部件和步进电动机直接通过定位螺钉相连，使得结构简便。同时步进电动机的易控制性使得在翻炒时可以采用多种方案。如图 4示： 图 4拌器 由于翻炒时翻炒器是在锅体内，当需要加调料时、或者是需要把锅拿出清洗时，翻炒器需要离开锅体。因此，采用齿轮齿条副来实现翻炒器的上升和下降。 由于不同的菜肴需要的火候不同，因此热源采用电磁加热。通过电磁原理在不锈钢锅体内产生涡流，从而使得锅发热 8 图 4热源 由于采用电能加热，因此温度可控性好、且升温 较快、效率较高。 通过一个可旋转的支架，把加料器、饭盒、搅拌器连接在一起。如图 4 图
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