畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）自動(dòng)烹飪系統(tǒng)機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)

1、 1緒論1.1自動(dòng)烹調(diào)機(jī)的目的及意義工業(yè)革命是一個(gè)從工場(chǎng)手工業(yè)向機(jī)器大工業(yè)過(guò)渡的階段。是以機(jī)器取代人力，以大規(guī)模工廠化生產(chǎn)取代個(gè)體工場(chǎng)手工生產(chǎn)的一場(chǎng)生產(chǎn)與科技革命。而第三次工業(yè)科技革命是人類文明史上繼蒸汽技術(shù)革命和電力技術(shù)革命之后科技領(lǐng)域里的又一次重大飛躍。這次科技革命不僅極大地推動(dòng)了人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)、政治、文化領(lǐng)域的變革，而且也影響了人類生活方式和思維方式，使人類社會(huì)生活和人的現(xiàn)代化向更高境界發(fā)展。人類在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，為了減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，創(chuàng)造了和發(fā)展了機(jī)械，如汽車，機(jī)床等。隨著電子，電氣技術(shù)的發(fā)展，大多數(shù)現(xiàn)代機(jī)械已不再是傳統(tǒng)意義上的單純的機(jī)械，而是綜合有機(jī)電液氣的

2、廣義上的機(jī)械，特別是機(jī)電的結(jié)合越來(lái)越緊密，機(jī)械產(chǎn)品也逐步發(fā)展為性能功能更強(qiáng)的機(jī)電產(chǎn)品，越來(lái)越深入地進(jìn)入到我們的生產(chǎn)生活中。眾所周知，工業(yè)化的基礎(chǔ)是機(jī)械化、自動(dòng)化。機(jī)械化、自動(dòng)化帶給人類的是快節(jié)奏的工作。而快節(jié)奏的工作帶給人們的又是快節(jié)奏的生活。隨著現(xiàn)代化時(shí)代的快速發(fā)展，人們對(duì)飲食的要求越來(lái)越高，不只是追求一個(gè)“飽”，還要追求“好”，追求 “快”，追求營(yíng)養(yǎng)、追求“科學(xué)”。這就引出了快餐的概念（即能方便快速食用的食品或飯菜）。如洋快餐的漢堡包、炸雞腿、炸薯?xiàng)l等。快餐有三層含義：a、它是方便快捷的食品；b、具備快速進(jìn)餐的特點(diǎn)；c、能適應(yīng)餐飲規(guī)?；l(fā)展的一種經(jīng)營(yíng)模式。根據(jù)這種定義，現(xiàn)在有很多人都認(rèn)為，

3、快餐就是一些簡(jiǎn)單方便的食品或飯菜，只要能快速吃到就是快餐，洋快餐就是現(xiàn)代快餐，因?yàn)?，它具備現(xiàn)代化的經(jīng)營(yíng)模式等等。這些看法和認(rèn)識(shí)都很膚淺，并有片面性。實(shí)際上，現(xiàn)代快餐是有很多現(xiàn)代科學(xué)條件要求的?？梢哉f(shuō)，目前，上市的中式快餐，只能叫傳統(tǒng)快餐或過(guò)渡性快餐，它們不具備現(xiàn)代快餐的特征，包括“洋快餐”，也只能算作現(xiàn)代快餐支流中的小小快餐，大宴中的一個(gè)小菜，根本談不上主流快餐。也就是說(shuō)，因時(shí)代的發(fā)展，現(xiàn)代人需要現(xiàn)代快餐。那么，現(xiàn)代快餐必須具備現(xiàn)代化特征、并能及時(shí)滿足現(xiàn)代人因生活需要在“食”方面的各種要求，而不只是一些簡(jiǎn)單方便的食品。那么，什么是現(xiàn)代快餐呢？現(xiàn)代快餐的主要特點(diǎn)是“快”和“現(xiàn)代”。也就是說(shuō)，現(xiàn)代

4、人需要現(xiàn)代餐，是因?yàn)殡S著時(shí)代的迅猛發(fā)展，人們生活水平不斷提高和生活節(jié)奏的加快，加上旅游、外出工作等等，需要方便快速、隨時(shí)隨地的解決飲食問(wèn)題、需要新鮮美味、需要科學(xué)膳食、需要解放煩瑣的廚房工作、需要保健治療的膳食等等，這是時(shí)代的要求和歷史的發(fā)展趨勢(shì)。因此，需要外食、需要符合人們正常生活和高質(zhì)量要求的快餐越來(lái)越多。所以，現(xiàn)代快餐應(yīng)該是現(xiàn)代餐中的主流餐，達(dá)到日常用餐的程度。因此，現(xiàn)代快餐必須具備現(xiàn)代化特征、并能及時(shí)滿足現(xiàn)代人因生活需要在“食”方面的各種要求：既突出快，還必須及時(shí)，隨人動(dòng)而動(dòng)，隨人意而有，并不受天時(shí)地理的影響；既簡(jiǎn)單方便、能快速進(jìn)食，還必須突出色、香、味、形、意、器、養(yǎng)、健、療的標(biāo)準(zhǔn)；

5、既能小規(guī)模生產(chǎn)、又能現(xiàn)代的集團(tuán)化生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，達(dá)到以上的標(biāo)準(zhǔn)，才稱得起真正的現(xiàn)代快餐。而傳統(tǒng)餐飲和傳統(tǒng)快餐，已經(jīng)滿足不了這些要求了。因?yàn)樗且粋€(gè)非常復(fù)雜、涉及多方面、綜合的時(shí)代新要求。為什么這樣說(shuō)呢？如果只是滿足人的吃飽問(wèn)題，不管冷熱、味道、營(yíng)養(yǎng)、時(shí)間、地點(diǎn)等多方面的需求，則非常容易。如果，還要達(dá)到上述的要求，最終的產(chǎn)品還必須達(dá)到快捷方便、簡(jiǎn)單快速進(jìn)食，其產(chǎn)品的科技含量是非常高的。否則，就不能實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)餐飲就是如此，復(fù)雜而不能快速，快速而不能精細(xì)，精細(xì)而不能簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單而不能全面，全面而不能現(xiàn)代，現(xiàn)代而不能隨意，隨意而不能如愿。所以，傳統(tǒng)餐飲和傳統(tǒng)快餐的傳統(tǒng)經(jīng)營(yíng)，只符合過(guò)去時(shí)代人們的生活需要或符合區(qū)

6、域性和定位式就餐的需要，不符合現(xiàn)代人的要求，也不符合時(shí)代的要求。綜上所述，現(xiàn)代人需要現(xiàn)代餐，特別是現(xiàn)代快餐。從縱向看，任何一種產(chǎn)品生產(chǎn)的原始狀態(tài)均是手工操作，隨著生產(chǎn)力懂得發(fā)展，一部分才轉(zhuǎn)向半機(jī)械化和機(jī)械化，從橫向看，發(fā)達(dá)國(guó)家的產(chǎn)品的機(jī)械化、自動(dòng)化較高，表現(xiàn)在食品加工上，一方面形成了現(xiàn)代工業(yè)化意義上的快餐行業(yè)，另一方面由于廚房機(jī)械自動(dòng)化程度提高而向人們提供加工品、半加工品的比重較大。民以食為天，自從人類有了火，便知道了如何享用食物。在漫長(zhǎng)的人類文明史中，鍋的發(fā)明不應(yīng)被看作一件無(wú)足輕重的事情，他讓人類知道如何加工食物才對(duì)人類自身的健康有益。進(jìn)而推進(jìn)了人類的文明。從瓦特發(fā)明了第一臺(tái)蒸汽機(jī)開始，人們

7、便意識(shí)到了機(jī)器的重要性-它能大大地解放勞動(dòng)力，人類掌握了科技，緊跟而來(lái)的是火車，飛機(jī)，電，計(jì)算機(jī)，人造衛(wèi)星，乃至機(jī)器人，我們的食品越來(lái)越豐富，但是我們并不滿足。西方人飲食方式簡(jiǎn)單，制作的工藝流程也很簡(jiǎn)單，可以說(shuō)，他們的大量勞動(dòng)已經(jīng)被各種機(jī)器設(shè)備所代替。中國(guó)的烹飪卻不同，一口鍋、一把鏟，承傳了幾千年，始終在煙熏火燎的環(huán)境中勞作，不停地?fù)]舞著胳膊直到所有的菜都炒熟。烹調(diào)的自動(dòng)化研究就是將人們?cè)谶@種勞作環(huán)境之中解脫出來(lái)。1.2烹調(diào)研究的歷史中國(guó)是飲食大國(guó)，中國(guó)的飲食歷史悠久，中國(guó)的烹飪與法國(guó)烹飪、土耳其烹飪齊名，并稱為世界烹飪的三大風(fēng)味體系。在深厚廣博的中國(guó)傳統(tǒng)文化教育中的陰陽(yáng)五行哲學(xué)思想、儒家倫理

8、道德觀念、中醫(yī)營(yíng)養(yǎng)攝生學(xué)說(shuō)，還有文化藝術(shù)成就、飲食審美風(fēng)尚、民族性格特征諸多因素的影響下，創(chuàng)造出了彪炳史冊(cè)的中國(guó)烹飪技藝。那么什么是烹調(diào)？與烹飪又有何關(guān)系？許多情況下，人們通常將烹飪與烹調(diào)當(dāng)作同一概念使用，然而他們并非同一概念，二者存在差異。按照烹飪發(fā)展的歷史邏輯，先有烹飪，后有烹調(diào)。烹調(diào)是烹飪發(fā)展到一定階段-調(diào)味品出現(xiàn)之后才有的。最初的烹飪的目的是食物熟而可食，而烹調(diào)的目的則更進(jìn)一步，使食物而可口，因此，烹調(diào)是烹飪發(fā)展相對(duì)高級(jí)階段的產(chǎn)物。烹調(diào)的出現(xiàn)，使人們的飲食具有了超出果腹而滿足享受的意義。由于烹調(diào)一詞產(chǎn)生的時(shí)代，也是人類早已進(jìn)入烹調(diào)與烹飪不分的時(shí)代，所以兩個(gè)詞在歷史上不但有混用現(xiàn)象，而且

9、有烹調(diào)一詞代替烹飪一詞的現(xiàn)象。近幾十年來(lái)，烹飪與烹調(diào)二詞分野也十分明確：烹飪涵蓋烹調(diào)，烹調(diào)是烹飪的一個(gè)組成部分，二者是大概和小概念的關(guān)系。烹飪泛指食品（包括飲料）的制作生產(chǎn)；現(xiàn)代的烹調(diào)芝食品制作中的調(diào)和，即在材料的選取、配比、清洗、和切制等準(zhǔn)備階段已經(jīng)完成的基礎(chǔ)上，僅對(duì)材料進(jìn)行加熱、調(diào)和處理。這就是說(shuō)烹飪包括準(zhǔn)備階段和烹調(diào)階段。鑒于本論文特定的研究對(duì)象，將主要針對(duì)烹調(diào)的概念來(lái)進(jìn)行相關(guān)系統(tǒng)的研究與開發(fā)。目前，將食品生產(chǎn)工藝過(guò)程劃分為機(jī)器加工過(guò)程與深入被加工過(guò)程。如果工藝過(guò)程加工過(guò)程用機(jī)器完成，則稱為機(jī)器加工過(guò)程，在設(shè)備中實(shí)現(xiàn)的加工過(guò)程稱為設(shè)備加工過(guò)程。原料加成品的形態(tài)對(duì)于工藝機(jī)器的結(jié)構(gòu)具有一定的

10、影響。兩著可能都是分散的，即單件的；也可能都是成團(tuán)的，即非單件的。將非單件原料加工成非單件成品的過(guò)程最宜用機(jī)器實(shí)現(xiàn)。烹調(diào)工藝流程就符合這種特點(diǎn)。烹調(diào)在中國(guó)烹飪工藝流程中是最關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)，也是烹飪過(guò)程中最決定意義的一步。中式烹調(diào)自動(dòng)化實(shí)質(zhì)就是將傳統(tǒng)的中國(guó)烹飪手工操作變成機(jī)器的加工過(guò)程，生產(chǎn)出標(biāo)準(zhǔn)化的、感官形狀符合人們審美習(xí)慣的菜肴。烹調(diào)自動(dòng)化可以說(shuō)是食品加工的藝術(shù)創(chuàng)造、烹飪科學(xué)與食品科學(xué)的結(jié)合點(diǎn)，它即要保證發(fā)揮傳統(tǒng)烹飪藝術(shù)創(chuàng)造性，又要發(fā)揮科學(xué)創(chuàng)造的威力實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)?；a(chǎn)。隨著現(xiàn)代應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，中式餐飲業(yè)的自動(dòng)化有了一定的發(fā)展，也有不少自動(dòng)化的烹飪機(jī)器，包括全自動(dòng)電飯鍋、微波爐、面包爐等。這些

11、設(shè)備都或多或少涉及到烹調(diào)的自動(dòng)化，而它們的功能單一，自動(dòng)化程度底，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)集成化和智能化的功能，只是現(xiàn)有烹調(diào)設(shè)備的一個(gè)補(bǔ)充和輔助，嚴(yán)格上說(shuō)仍不能算是自動(dòng)烹調(diào)機(jī)器，與食品業(yè)自動(dòng)化相比，明顯存在著自動(dòng)化程度布告的缺點(diǎn)。其主要原因是人們對(duì)菜肴（主要指熱盤）的要求是現(xiàn)點(diǎn)現(xiàn)做以保證其絕對(duì)新鮮可口，而且不同的人常常要求不同口味的菜肴，不同口味的菜肴所使用的主料、配料、作料及火候、工藝等又不相同，所以，菜肴的烹調(diào)不同于糕點(diǎn)，罐頭及速食等食品的制造，不可能實(shí)行單一品種批量生產(chǎn)的自動(dòng)化流水線（在烹飪的準(zhǔn)備階段應(yīng)該采用的方式）。即使在人工昂貴的歐美國(guó)家，盡管中菜廣受人們喜愛，餐館即使是快餐館的工作，也是由廚師，配

12、菜等人員來(lái)完成。要實(shí)現(xiàn)菜肴烹調(diào)自動(dòng)化，要滿足各類人群提出的不同口味菜肴的要求而進(jìn)行不同物料選取及連續(xù)烹調(diào)，保證現(xiàn)點(diǎn)現(xiàn)做及烹調(diào)水平穩(wěn)定，應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制的全自動(dòng)烹調(diào)系統(tǒng)是可以實(shí)現(xiàn)的。1.3本論文的主要研究?jī)?nèi)容本文的研究將引入自動(dòng)烹飪機(jī)的概念，闡述烹飪及烹飪技法原理，自動(dòng)烹調(diào)機(jī)是由計(jì)算機(jī)控制的全自動(dòng)化系統(tǒng)，它可以完全取代人工操作，快速、連續(xù)地進(jìn)行不同菜肴的自動(dòng)烹調(diào)，從而減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保證菜肴品質(zhì)的穩(wěn)定。自動(dòng)烹調(diào)機(jī)的鍋定位及二位數(shù)控平臺(tái)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是通過(guò)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)均勻翻炒，使鍋內(nèi)所有被烹調(diào)物均勻受熱的目的，同時(shí)保證鍋鏟翻轉(zhuǎn)時(shí)鍋蓋機(jī)構(gòu)和投料裝置不發(fā)生干涉。自動(dòng)烹調(diào)機(jī)就是菜肴的加工中心，與機(jī)械加工中心的原

13、理類似，因此，可以按照數(shù)控系統(tǒng)的原理方法來(lái)進(jìn)行研究，只是應(yīng)用方向不同。對(duì)于鍋定位及旋轉(zhuǎn)機(jī)二維數(shù)控平臺(tái)，利用虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、開發(fā)和裝配，充分利用solidworks在設(shè)計(jì)裝配中的優(yōu)勢(shì)?？刂蒲b置采用pc加運(yùn)動(dòng)控制卡的結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)件，以保證研究開發(fā)的速度和成功率，減少開發(fā)強(qiáng)度。本論文的主要工作如下：1）熟悉自動(dòng)烹調(diào)機(jī)的工作原理及三維軟件的使用；2）構(gòu)思自動(dòng)烹調(diào)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，確定機(jī)器的總體尺寸；3）進(jìn)行二維數(shù)控平臺(tái)與定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并繪制相應(yīng)的結(jié)構(gòu)圖2 烹調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.1 引言很多個(gè)人和研究機(jī)構(gòu)都提出了“自動(dòng)烹調(diào)”的概念，并在這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了一些研究，也出現(xiàn)了“微電腦控制炒鍋”、“菜肴

14、自動(dòng)加工機(jī)”、“自動(dòng)飯菜機(jī)”等一系列的相關(guān)產(chǎn)品。但是，這些產(chǎn)品無(wú)論是在機(jī)構(gòu)上還是控制上，離“自動(dòng)烹飪”都尚有很大的距離。自動(dòng)烹調(diào)的基本意義和目的就在于將被烹調(diào)物按照各種主要烹調(diào)技法加熱至預(yù)期火候狀態(tài)，達(dá)到預(yù)期口味和風(fēng)味效果。上述的各種裝置，基本上都無(wú)法控制或不能很好的控制烹調(diào)火候，更不能在烹調(diào)技法要求的火候條件下按照烹調(diào)技法要求的方式進(jìn)行物料自動(dòng)投放、翻動(dòng)和盛出等烹調(diào)基本操作，所以不僅與自動(dòng)烹調(diào)機(jī)能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)各種主要烹調(diào)技法和達(dá)到其風(fēng)味特色的要求相差甚遠(yuǎn)，甚至在自動(dòng)烹調(diào)機(jī)的最基本要求，即控制好生熟的程度的實(shí)現(xiàn)上都有難度。而且它們基本上都只能烹調(diào)一種或有限的幾種菜式，擴(kuò)展性很差，這與其設(shè)計(jì)概念和機(jī)

15、構(gòu)有關(guān)，因此實(shí)用意義相當(dāng)有限，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)并不能被稱為自動(dòng)烹調(diào)裝置。眾所周知，工業(yè)化的基礎(chǔ)是機(jī)械化、自動(dòng)化，并隨著社會(huì)科技的發(fā)展，信息化也逐漸成為了工業(yè)化不可缺少的組成部分，因此，中式烹飪的快餐工業(yè)化的前提就是中式烹飪的機(jī)械化、自動(dòng)化和信息化。發(fā)達(dá)國(guó)家的產(chǎn)品的機(jī)械化、自動(dòng)化較高，表現(xiàn)在食品加工上，一方面形成了現(xiàn)代工業(yè)化意義上的快餐行業(yè)，另一方面由于廚房機(jī)械自動(dòng)化程度提高而向人們提供加工品、半加工品的比重較大。在國(guó)內(nèi)華南理工大學(xué)黃文波設(shè)計(jì)制作了一種由電腦控制的全自動(dòng)中式菜肴烹調(diào)機(jī)系統(tǒng)10。該系統(tǒng)可完全取代人工根據(jù)顧客的隨機(jī)點(diǎn)叫，快速、連續(xù)地進(jìn)行不同菜肴的物料選取和全自動(dòng)烹調(diào)，從而為餐飲業(yè)的烹調(diào)自動(dòng)化

16、提供了一種全新的選擇方案。描繪了一個(gè)實(shí)用化及自動(dòng)化的理想系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)菜肴和其它烹調(diào)食品的自動(dòng)烹調(diào)，但是也僅限于概念研究，并沒(méi)有去具體實(shí)現(xiàn)，不過(guò)對(duì)本文的研究具有很好的參考價(jià)值。2.2 自動(dòng)烹調(diào)機(jī)的工作原理自動(dòng)烹調(diào)機(jī)就其本質(zhì)而言是機(jī)械，因此對(duì)它的設(shè)計(jì)要從機(jī)械的組成研究起。我們知道，一部完整的機(jī)械主要有以下四個(gè)部分：（1）動(dòng)力部分，是機(jī)械的動(dòng)力來(lái)源，其作用是把其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能以驅(qū)動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)并做功，如電動(dòng)機(jī)，內(nèi)燃機(jī)等。（2）執(zhí)行部分:是直接完成機(jī)械預(yù)定功能的部分。（3）傳動(dòng)部分：是將動(dòng)力部分的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行部分的中間環(huán)節(jié)，他可以改變運(yùn)動(dòng)速度，轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)形式，以滿足工作部分的各種要求，如減速

17、器。（4）控制部分，是用來(lái)控制機(jī)械的其他部分，使操作者能隨時(shí)實(shí)現(xiàn)或停止各項(xiàng)功能。其組成框圖見下圖圖2-1根據(jù)機(jī)械的基本組成，自動(dòng)烹調(diào)機(jī)的基本組成將包括：控制部分（可編程控制器或pc）、伺服驅(qū)動(dòng)部分、檢測(cè)部分以及機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分。自動(dòng)烹調(diào)機(jī)的運(yùn)動(dòng)部分主要是翻炒運(yùn)動(dòng)、鍋旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、鍋蓋翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和送投料運(yùn)動(dòng)。其組成框圖見圖7。pc是存儲(chǔ)烹調(diào)加工所需要的全部動(dòng)作和鍋鏟相對(duì)于鍋的內(nèi)表面位置信息的媒介物，它記載著烹調(diào)加工的程序(如果是plc,就需要我們編程了)。在以前的數(shù)控設(shè)備中，常用的控制介質(zhì)有穿孔帶、穿孔卡片、磁帶和磁盤等，但隨著信息技術(shù)的發(fā)展，穿孔帶和穿孔卡片也將趨于淘汰，自動(dòng)烹調(diào)機(jī)的控制介質(zhì)將更多使用磁

18、帶和磁盤或直接利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳輸。自動(dòng)烹調(diào)機(jī)系統(tǒng)采用pc加伺服控制卡的結(jié)構(gòu)，伺服控制卡是自動(dòng)烹調(diào)機(jī)控制系統(tǒng)的核心之一，是整個(gè)系統(tǒng)得以運(yùn)行的關(guān)鍵所在，自動(dòng)烹調(diào)機(jī)整個(gè)控制系統(tǒng)要求并不需要很精確，鍋鏟只要能有效鏟起鍋中懂得物料即可，因此選擇開環(huán)式控制是最合適的，也有利于控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，應(yīng)該盡量選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)用型運(yùn)動(dòng)控制卡，同時(shí)要求能夠在控制軟件開發(fā)方面快速且方便。圖2-2自動(dòng)烹調(diào)機(jī)的基本組成伺服系統(tǒng)是接收計(jì)算機(jī)的指令，驅(qū)動(dòng)烹調(diào)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)部件。包括進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元（主要有速度控制和位置控制）、進(jìn)給電機(jī)、鍋蓋翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)和鍋旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)單元等。這里的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求有好的快速響應(yīng)性能，

19、以及能靈敏而準(zhǔn)確地跟蹤指令功能。在本設(shè)計(jì)中主要采用步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)。 檢測(cè)反饋裝置由檢測(cè)元件和相應(yīng)的電路組成，其作用是檢測(cè)速度、位移和溫度等。 烹調(diào)機(jī)本體包括基礎(chǔ)框架、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。烹調(diào)機(jī)本體結(jié)構(gòu)得到了下面幾個(gè)特點(diǎn)：（1）由于采用了進(jìn)給伺服系統(tǒng)裝置，烹調(diào)機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)得到了簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈較短。（2）烹調(diào)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的動(dòng)態(tài)特征、動(dòng)態(tài)剛度、阻尼精度、耐磨性以及抗熱變形性能。適應(yīng)連續(xù)地自動(dòng)烹調(diào)。（3）采用高效傳動(dòng)件。為了保證自動(dòng)烹飪機(jī)的功能得到充分發(fā)揮，還有一些配套部件（如防水、隔熱潤(rùn)滑、清潔、報(bào)警等一系列裝置）。自動(dòng)烹調(diào)機(jī)應(yīng)能夠通過(guò)各個(gè)機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)工作而很好的模仿人手炒菜時(shí)鍋鏟的動(dòng)作，并

20、自動(dòng)控制烹調(diào)火候，在烹調(diào)技法所要求的火候時(shí)機(jī)以烹調(diào)技法所要求的方式進(jìn)行物料投放、翻炒和盛出等烹調(diào)基本操作。在中式烹調(diào)中，主要包括了42中烹調(diào)方法：炙、烤、烙、煎、炸、炒、熘、煮、蒸、勾芡等等。這42中烹調(diào)方法各不相同，而且每一種方法又有很多細(xì)分，中式烹調(diào)技法千變?nèi)f化，因而很難將所有的烹調(diào)技法一一列出，可以通過(guò)分類歸納，將這些烹調(diào)方法中相似或相近的方法集合成一種動(dòng)作，在程序里將其編成一個(gè)功能子程序，通過(guò)調(diào)用的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)烹調(diào)方法的自動(dòng)化。那么對(duì)烹調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)的功能要求歸結(jié)起來(lái)包括：1) 實(shí)現(xiàn)人手烹調(diào)時(shí)的翻炒、撥散、攪拌、盛出等動(dòng)作；2) 能夠自動(dòng)投放原料和調(diào)味料；3) 能適應(yīng)烹調(diào)方法的要求；4)

21、能控制火候，達(dá)到預(yù)期風(fēng)味；5) 有良好的擴(kuò)展性，即能適應(yīng)新菜式的烹調(diào)要求。 本課題要研究的就是其中一部分，即自動(dòng)烹飪機(jī)送料裝置及鍋定位方案的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析，要求能夠使鍋內(nèi)所有被烹調(diào)物均勻受熱；另外同時(shí)滿足送料裝置與鍋定位及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不發(fā)生干涉。2.3 本章小結(jié)本章主要介紹了自動(dòng)烹調(diào)機(jī)總體結(jié)構(gòu)組成及其工作原理：1）自動(dòng)烹調(diào)機(jī)主要由控制計(jì)算機(jī)部分、伺服驅(qū)動(dòng)部分、檢測(cè)部分以及機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分組成。自動(dòng)烹調(diào)機(jī)的運(yùn)動(dòng)部分主要是翻炒運(yùn)動(dòng)、鍋旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、鍋蓋翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和送投料運(yùn)動(dòng)。2）詳細(xì)闡述說(shuō)明自動(dòng)烹調(diào)機(jī)的基本工作原理，并且對(duì)烹調(diào)機(jī)本體的各部分機(jī)構(gòu)（包括鍋鏟機(jī)械手、鍋旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、鍋蓋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等）分別進(jìn)行分析。3）畫出

22、各機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)原理圖以及機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算，最終驗(yàn)證各機(jī)構(gòu)是否有確定的運(yùn)動(dòng)，為后面的研究作好鋪墊工作。3.自動(dòng)烹調(diào)機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案3.1自動(dòng)烹調(diào)機(jī)的組成如圖3-1，自動(dòng)烹調(diào)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖圖3-1自動(dòng)烹調(diào)機(jī)結(jié)構(gòu)圖3.2機(jī)架設(shè)計(jì)方案根據(jù)上述的烹調(diào)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，其系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括：鍋鏟機(jī)械手、鍋蓋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，。同時(shí)需要一個(gè)機(jī)架作為支撐載體將這些結(jié)構(gòu)結(jié)合為一個(gè)整體。機(jī)架是整個(gè)機(jī)構(gòu)的載體，用來(lái)支撐整個(gè)機(jī)構(gòu)。由于目前為設(shè)計(jì)的初級(jí)階段，主要是鍋定位及鍋蓋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，因此，機(jī)架的設(shè)計(jì)并未一步到未，只是按整機(jī)的功能構(gòu)建一個(gè)不銹鋼基礎(chǔ)框架。至于外觀設(shè)計(jì)，將在以后功能得到完善后，按照工業(yè)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和審美的需要進(jìn)行改造。圖

23、3-2 機(jī) 架如圖3-1，現(xiàn)階段機(jī)架的設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)自動(dòng)烹調(diào)機(jī)水平和縱向的烹調(diào)動(dòng)作行程與相關(guān)機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)、使用者的空間需要等方面來(lái)進(jìn)行。由于機(jī)架長(zhǎng)期處于較高溫度的環(huán)境中，并且經(jīng)常經(jīng)受油煙等污染，所以機(jī)架材料選擇不銹鋼，它不易生銹，而且容易清洗打理。3.3 二位數(shù)控平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方案二位數(shù)控平臺(tái)組成及工作原理圖3-3 二位數(shù)控工作平臺(tái)如圖3-3所示為二維數(shù)控平臺(tái)實(shí)驗(yàn)原理樣機(jī)原理圖，圖3-3為二維數(shù)控平臺(tái)實(shí)物照片。二維數(shù)控平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)x、y兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的合成，可以實(shí)現(xiàn)任意平面軌跡。3.4 鍋鏟機(jī)械手組成及工作原理鍋鏟機(jī)械手的機(jī)構(gòu)原理圖如圖3-4所示。圖3-4鍋鏟機(jī)械手機(jī)構(gòu)原理圖 鍋

24、鏟機(jī)械手機(jī)構(gòu)主要由： 1大帶輪 2v帶 3小帶輪 4推拉桿 5鍋鏟等五部分組成。其工作原理是電動(dòng)機(jī)主軸安裝在大帶輪1上，電動(dòng)機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)大帶輪旋轉(zhuǎn)，從而通過(guò)v帶2也帶動(dòng)小帶輪3運(yùn)動(dòng)起來(lái)，大、小帶輪均安裝在電機(jī)安裝板上。推拉桿4旋繞在小帶輪上，通過(guò)大、小帶輪的旋轉(zhuǎn)而改變桿的長(zhǎng)度，電動(dòng)機(jī)主軸正轉(zhuǎn)時(shí)推拉桿伸長(zhǎng)，反之，反轉(zhuǎn)時(shí)推拉桿縮短，最終使鍋鏟5得以實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)。而鍋鏟的左右及前后運(yùn)動(dòng)則是通過(guò)運(yùn)動(dòng)小車在導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。 機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算 由圖3-4不難看出，此機(jī)構(gòu)共有5個(gè)活動(dòng)構(gòu)件（即大帶輪1、v帶2、小帶輪3、推拉桿4與鍋鏟5），7個(gè)低副，沒(méi)有高副，故機(jī)構(gòu)的自由度為： 由此可以看出該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)

25、動(dòng)，即只要電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，便可帶動(dòng)鍋鏟機(jī)械手運(yùn)動(dòng)。3.5鍋旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)1) 組成及工作原理鍋旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)原理圖下圖所示。圖3-5鍋旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)原理圖鍋旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要由： 1電動(dòng)機(jī) 2主動(dòng)輪（小齒輪） 3從動(dòng)輪（大齒輪）等組成。其工作原理是電動(dòng)機(jī)1主軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)小齒輪2轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪和大齒輪通過(guò)外嚙合帶動(dòng)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，鍋放在大齒輪內(nèi)圓面的焊接鍋支架上，整個(gè)機(jī)構(gòu)便可運(yùn)動(dòng)起來(lái)。關(guān)于鍋的定位等問(wèn)題將在第三章的鍋定位及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中具體分析與設(shè)計(jì)。2) 機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算：由圖3-5不難看出，此機(jī)構(gòu)共有3個(gè)活動(dòng)構(gòu)件（即電動(dòng)機(jī)1、小齒輪2、大齒輪3）4個(gè)低副，故機(jī)構(gòu)的自由度為 由此可以看出該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)，即只要電動(dòng)機(jī)主軸旋

26、轉(zhuǎn)，便可帶動(dòng)鍋旋轉(zhuǎn)。3.6 鍋蓋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)1) 組成及工作原理 鍋蓋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)原理圖如下圖所示。圖3-6鍋蓋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)原理圖 鍋蓋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要由1杠桿、安裝板、電動(dòng)機(jī)、鍋蓋、聯(lián)軸器、滾動(dòng)軸承等組成。其工作原理是電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)杠桿運(yùn)動(dòng)，鍋蓋和杠桿之間通過(guò)螺釘連接為一體，當(dāng)電動(dòng)機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制著鍋蓋的開合，當(dāng)電動(dòng)機(jī)主軸正轉(zhuǎn)時(shí)，鍋蓋閉合；當(dāng)電動(dòng)機(jī)主軸反轉(zhuǎn)時(shí)，鍋蓋打開。電動(dòng)機(jī)主軸通過(guò)聯(lián)軸器與另一根軸聯(lián)接安裝在安裝板上。2) 機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算： 由圖3-6不難看出，此機(jī)構(gòu)共有1個(gè)活動(dòng)件，1個(gè)低副，故機(jī)構(gòu)的自由度為 由此可以看出該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)，即只要電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，便可帶動(dòng)整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)起來(lái)。3.7 小結(jié)本章

27、主要介紹了自動(dòng)烹調(diào)機(jī)總體結(jié)構(gòu)組成及其工作原理：1）自動(dòng)烹調(diào)機(jī)主要由控制計(jì)算機(jī)部分、伺服驅(qū)動(dòng)部分、檢測(cè)部分以及機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分組成。自動(dòng)烹調(diào)機(jī)的運(yùn)動(dòng)部分主要是翻炒運(yùn)動(dòng)、鍋旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、鍋蓋翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和送投料運(yùn)動(dòng)。2）詳細(xì)闡述說(shuō)明自動(dòng)烹調(diào)機(jī)的基本工作原理，并且對(duì)烹調(diào)機(jī)本體的各部分機(jī)構(gòu)（包括二位數(shù)控平臺(tái)、鍋鏟機(jī)械手、鍋旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、鍋蓋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等）分別進(jìn)行分析。3）畫出各機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)原理圖以及機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算，最終驗(yàn)證各機(jī)構(gòu)是否有確定的運(yùn)動(dòng)，為后面的研究作好鋪墊工。4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算4.1 引言 根據(jù)第二章所述的烹調(diào)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，自動(dòng)烹調(diào)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括：鍋鏟機(jī)械手、鍋定位及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、鍋蓋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和送料機(jī)

28、構(gòu)。本章將對(duì)鍋定位及鍋蓋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行具體分析設(shè)計(jì)及計(jì)算，自動(dòng)烹調(diào)機(jī)的鍋定位及鍋蓋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是通過(guò)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)均勻翻炒，使鍋內(nèi)所有被烹調(diào)物均勻受熱的目的，同時(shí)保證鍋蓋翻轉(zhuǎn)時(shí)與鍋蓋機(jī)構(gòu)和投料裝置不發(fā)生干涉。4.2 基于solidworks的虛擬設(shè)計(jì)虛擬設(shè)計(jì)（virtual design，vd）開發(fā)是數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)的最新進(jìn)展，通過(guò)各種虛擬現(xiàn)實(shí)裝置，例如頭盔、虛擬墻、立體眼鏡、數(shù)據(jù)手套、音頻設(shè)備以及軟件可以營(yíng)造一個(gè)三維的虛擬環(huán)境，設(shè)計(jì)者能夠多方位、多形態(tài)地與設(shè)計(jì)對(duì)象交互，提高設(shè)計(jì)者和所設(shè)計(jì)的實(shí)體之間的互動(dòng)性。在將來(lái)，從消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的約定到對(duì)產(chǎn)品的生命周期支持和最終的回收處置，建模和仿真都

29、將是所有制造企業(yè)的基本工具。設(shè)計(jì)者和消費(fèi)者將在一個(gè)豐富的仿真環(huán)境中交互，這個(gè)環(huán)境映射了真實(shí)的世界并且能夠使開發(fā)快速而準(zhǔn)確，同時(shí)找到消費(fèi)者需要的潛在解決方案。這種交互的輸出將是一個(gè)完全被定義了的數(shù)字化需要，它既確定了產(chǎn)品的外型，性能、生命周期、成本，也確定了產(chǎn)品交接的時(shí)間和數(shù)量。虛擬設(shè)計(jì)主要是開發(fā)設(shè)計(jì)新產(chǎn)品，建立產(chǎn)品的數(shù)字模型，用于整個(gè)企業(yè)的各個(gè)部門。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的實(shí)時(shí)性功能仿真，工程師、設(shè)計(jì)人員或用戶可以在產(chǎn)品生命周期內(nèi)尋求其最優(yōu)化設(shè)計(jì)，在計(jì)算機(jī)中對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，如有限元分析、人機(jī)工程分析、干涉分析、加工過(guò)程分析等，然后迅速地修改產(chǎn)品的外觀形狀、裝配、加工工藝、材質(zhì)等。這種功能為制造商提供了

30、前所未有的技術(shù)，使他們更快、更全面地了解想象中的產(chǎn)品，這將提高他們的競(jìng)爭(zhēng)力。虛擬設(shè)計(jì)（vd）主要涉及到以下幾方面內(nèi)容：1虛擬建模。 虛擬建模不僅僅是運(yùn)用現(xiàn)有的三維cad/cae系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)中建立產(chǎn)品各零部件的實(shí)體模型。虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中還應(yīng)充分得體現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法論如并行工程等思想 ，充分利用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和pdm所構(gòu)造的并行設(shè)計(jì)與管理環(huán)境，采用數(shù)字化產(chǎn)品模型，并能用不完備產(chǎn)品模型和迷糊產(chǎn)品來(lái)仿真產(chǎn)品全生命周期。2虛擬分析。 根據(jù)需要，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行人機(jī)工程分析、干涉分析、有限元分析等。有限元分析是用來(lái)檢驗(yàn)產(chǎn)品可靠性和性能的，它可以預(yù)測(cè)復(fù)雜零部件的應(yīng)力、變形、溫度等。在設(shè)計(jì)階段，使用有限元分析能夠幫助

31、做出設(shè)計(jì)選擇，可以避免重復(fù)設(shè)計(jì)制造造成的時(shí)間和成本的浪費(fèi)。3仿真。 對(duì)虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的仿真包括：虛擬產(chǎn)品模型的演變過(guò)程的仿真；虛擬產(chǎn)品性能仿真，包括運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、精度特性、熱物性及其它特殊性能的仿真；虛擬裝配仿真，用計(jì)算機(jī)仿真產(chǎn)品的實(shí)際裝配過(guò)程，確定裝配的好壞。要求首先進(jìn)行裝配建模、裝配序列與路徑規(guī)劃、實(shí)況裝配零部件及在裝配路徑各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)干涉檢查。4.2.1 solidworks的簡(jiǎn)介 solidworks是在總結(jié)和繼承了大型機(jī)械cad軟件優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，在windows環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)機(jī)械cad軟件，是面向產(chǎn)品級(jí)的機(jī)械設(shè)計(jì)工具。它全面采用非全約束的特征建模技術(shù)，為設(shè)計(jì)者提供了極強(qiáng)的設(shè)

32、計(jì)靈活性。其設(shè)計(jì)過(guò)程的全相關(guān)性，即零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間的完全動(dòng)態(tài)連接，使得設(shè)計(jì)者可以在設(shè)計(jì)過(guò)程的任何階段修改設(shè)計(jì)，同時(shí)牽動(dòng)相關(guān)部分的改變。solidworks與其它三維軟件相比，具有以下顯著的特點(diǎn)： （1）生動(dòng)的人性化用戶交互界面。由于solidworks是在windows環(huán)境下開發(fā)的，它能夠充分利用windows的優(yōu)秀界面，為設(shè)計(jì)者提供簡(jiǎn)易方便的工作界面。其首創(chuàng)的特征管理員，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)過(guò)程的每一步都記錄下來(lái)，并形成特征管理樹，放在屏幕的左側(cè)，設(shè)計(jì)者可以隨時(shí)點(diǎn)取任意一個(gè)特征進(jìn)行一改變零件的形狀。在特征樹的基礎(chǔ)上，solidworks創(chuàng)新地提出配置管理器的功能，能使一個(gè)零件在每個(gè)文檔內(nèi)

33、生成多個(gè)不同的派生樣式，它能夠在不同部分、不同屬性或其它方式下開發(fā)和管理零件組和實(shí)體組。 （2）快速而靈活的裝配設(shè)計(jì)。solidworks不是一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)體建模工具，而是一個(gè)面向產(chǎn)品級(jí)的機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)。它既提供自底而上的裝配方法，同時(shí)還提供自頂而下的裝配方法。自頂而下的裝配方法使設(shè)計(jì)者在裝配環(huán)境中參考裝配體和其它零部件的位置及尺寸設(shè)計(jì)新零件，更加符合工程習(xí)慣。并提供了孔選擇和插入標(biāo)準(zhǔn)螺栓，增加螺母墊片的“智能零件”和“智能裝配”功能。同時(shí)solidworks還提供了動(dòng)態(tài)仿真的功能，并在仿真過(guò)程中提供了干涉檢查、間隙控制等功能，給設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的便利。 （3）迅速生成完整詳細(xì)的工程圖。solidw

34、orks提供了從3d模型自動(dòng)生成2d工程圖和任意剖面視圖的功能。對(duì)工程圖或3d模型的任何一個(gè)改動(dòng)都能關(guān)聯(lián)到整個(gè)設(shè)計(jì)，有效地保證了圖紙的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)更新。通過(guò)拖動(dòng)、解剖、投影等方式生成各種工程圖，自動(dòng)標(biāo)注、自動(dòng)生成剖面線，自動(dòng)生成材料清單。 （4）完善而強(qiáng)大的插件。solidworks還根據(jù)設(shè)計(jì)者的不同需要，提供了各種插件。photoworks插件提供了方便易用的、最佳品質(zhì)的渲染功能，可有效地展示概念設(shè)計(jì)，減少樣機(jī)的制作費(fèi)用。而動(dòng)畫插件animator則可以方便地實(shí)現(xiàn)演示產(chǎn)品的外觀和性能，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期，減少新產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間，能迅速地制作動(dòng)畫文件并通過(guò)電子郵件發(fā)送或在網(wǎng)站展示。本研究選取

35、solidworks作為虛擬設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)，也正是基于以上幾個(gè)方面：他提供的特征管理樹可以使設(shè)計(jì)者對(duì)零部件的結(jié)構(gòu)特征有全面的了解。這樣設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)各零部件時(shí)可有的放矢，零部件的再設(shè)計(jì)也更為簡(jiǎn)單更具針對(duì)性；再者，solidworks可實(shí)現(xiàn)從底而上和從頂而下兩種裝配設(shè)計(jì)，為我們基于全局約束的裝配設(shè)計(jì)提供了極大的便利；運(yùn)動(dòng)仿真、干涉檢驗(yàn)、渲染等功能以及零部件、裝配體和工程圖之間的聯(lián)動(dòng)，對(duì)參數(shù)化虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，更是強(qiáng)有利的補(bǔ)充，使之更趨完備。4.2.2 solidworks的裝配方法 裝配是產(chǎn)品生命周期的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)的主要過(guò)程。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中，產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中大約1/3左右的

36、人力在從事產(chǎn)品裝配有關(guān)活動(dòng)，40%以上的生產(chǎn)費(fèi)用用于產(chǎn)品的裝配和調(diào)試，產(chǎn)品裝配所需工時(shí)占產(chǎn)品生產(chǎn)制造總工時(shí)的40%-60%。另?yè)?jù)有關(guān)研究表明，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中良好的裝配設(shè)計(jì)，可減少20%-40%的制造費(fèi)。同時(shí)提高100%-200%的生產(chǎn)率。因此，良好的裝配設(shè)計(jì)和裝配性能，對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，降低產(chǎn)品成本和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有十分重要的意義。在產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中，對(duì)裝配問(wèn)題考慮越早，所獲取的 質(zhì)量、成本和時(shí)間效應(yīng)就越明顯。隨著cad技術(shù)的發(fā)展，特別是實(shí)體造型功能和特征造型技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)者可以方便地設(shè)計(jì)出各種形狀的零件。輸入零件之間的幾何約束關(guān)系，將設(shè)計(jì)好的零件裝配成產(chǎn)品，這是目前cad系統(tǒng)可以支持的

37、一種自底而上（bottom-up）的設(shè)計(jì)過(guò)程；另一種是自頂而下（top-down）的方法，即在零件設(shè)計(jì)的初期就考慮零件與零件之間的約束和定位關(guān)系，在完成產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)之后，再實(shí)現(xiàn)單個(gè)零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)，solidworks的裝配遵循這兩種方法。自底而上（bottom-up）是傳統(tǒng)cad軟件通常使用的一種設(shè)計(jì)過(guò)程。他的主要思路是先設(shè)計(jì)好各個(gè)零件，然后將這些零件拿到一起進(jìn)行裝配，如果在裝配過(guò)程中發(fā)現(xiàn)某些零件不符和要求，諸如：零件與零件之間產(chǎn)生干涉，某一零件根本無(wú)法進(jìn)行安裝等，就要對(duì)零件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，重新裝配；再發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，再進(jìn)行修改。這樣做的優(yōu)點(diǎn)很明顯，思路簡(jiǎn)單，容易理解。自頂而下（top-down）則

38、是從產(chǎn)品的功能出發(fā)，選用一系列的零件去實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的功能：先設(shè)計(jì)出初步方案及其結(jié)構(gòu)草圖，建立約束驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品模型，通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，確定每個(gè)參數(shù)設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)，通過(guò)幾何關(guān)系求解將零件裝配成產(chǎn)品。這種設(shè)計(jì)過(guò)程充分利用計(jì)算機(jī)的優(yōu)良性能，最大限度地發(fā)揮設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)潛力，最大限度地減少設(shè)計(jì)實(shí)施階段不必要的重復(fù)工作。本課題在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用solidworks的以上優(yōu)點(diǎn)，并同時(shí)應(yīng)用自底而上（bottom-up）和自頂而下（top-down）的兩種裝配設(shè)計(jì)方法，極大地提高了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率和可靠性。4.3 二位數(shù)控平臺(tái)的工作原理如下圖，鍋鏟機(jī)械手主要是由一個(gè)二維數(shù)控工作平臺(tái)組成，隨著二維工作平臺(tái)的

39、運(yùn)動(dòng)從而帶動(dòng)鍋鏟運(yùn)動(dòng)。圖4-1二位數(shù)控工作平臺(tái)的模型圖 在二維工作平臺(tái)上裝一個(gè)鍋鏟，固定不動(dòng)，在支架上放上鍋，工作臺(tái)在運(yùn)動(dòng)時(shí)，就可以讓鍋鏟在鍋里翻炒。從而達(dá)到自動(dòng)烹飪的目的。4.4二維工作平臺(tái)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)主要參數(shù)：負(fù)載重量n最大快移速度m/min定位精度mm調(diào)節(jié)范圍（x軸）mm調(diào)節(jié)范圍（y軸）mm臺(tái)面尺寸mmcbh20010.135035015015015工作臺(tái)滾珠絲桿步進(jìn)電機(jī)聯(lián)軸器滿足移動(dòng)要求反饋裝置4.4.1傳動(dòng)方案的確定4.4.2機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體方案一）工作臺(tái)總體結(jié)構(gòu)的確定（1）步進(jìn)電機(jī)2個(gè)（分別用于x、y方向）；（2）滾珠絲桿2套，應(yīng)分別對(duì)其進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，以滿足兩者不同的受力情況；（3

40、）滾動(dòng)導(dǎo)軌：雙導(dǎo)軌，四滑塊；（4）帶有“”槽的工作臺(tái)面；（5）聯(lián)軸器2個(gè)、導(dǎo)軌支撐板、軸承座、軸承擋圈以及絲桿螺母等等。1）絲桿螺母副的選用電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過(guò)絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，絲杠螺母機(jī)構(gòu)有滑動(dòng)摩擦機(jī)構(gòu)和滾動(dòng)摩擦機(jī)構(gòu)之分?；瑒?dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，制造成 本低，具有自鎖功能，但其摩擦阻力矩大、傳動(dòng)效率低(3040)。滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 制造成本高，不能自鎖，但其最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力矩小、傳動(dòng)效率高(9298)，精度高，系統(tǒng)剛度好， 運(yùn)動(dòng)具有可逆性，使用壽命長(zhǎng)。因此更好的需要滿足mm的定位精度，選擇滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)。2) 導(dǎo)軌副的選用要設(shè)計(jì)二維數(shù)控精密工作臺(tái)，需

41、要承受的載荷不大，而且脈沖當(dāng)量小，定位精度高，因此選用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，它具有摩擦系數(shù)小，不易爬行，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊，安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn)。3）聯(lián)軸器的選用選擇了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲桿副以后，為了使電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，與滾珠絲桿相連，由于電動(dòng)機(jī)載荷平穩(wěn)、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、被聯(lián)接的兩軸中心線對(duì)中要求高，因此選用凸緣聯(lián)軸器。4）電動(dòng)機(jī)的選用根據(jù)任務(wù)書可知定位精度未達(dá)到微米級(jí)，因此本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī)，在這里選用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，它具有步進(jìn)角小，頻率高的特點(diǎn)。二）繪制總體方案圖滾動(dòng)絲桿步進(jìn)電機(jī)聯(lián)軸器步進(jìn)電機(jī)聯(lián)軸器y方向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)x方向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)滾動(dòng)絲桿工作臺(tái)圖4-2總體方案圖這里設(shè)計(jì)的二維數(shù)控精密工作臺(tái)暫時(shí)

42、不對(duì)控制部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，而僅僅對(duì)機(jī)械部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，故確定整體設(shè)計(jì)方案如上圖所示：采用步進(jìn)電機(jī)對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，經(jīng)聯(lián)軸器后，帶動(dòng)滾珠絲桿傳動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)二維數(shù)控精密工作臺(tái)的縱向（y軸）、橫向（x軸）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。由于x、y方向的參數(shù)要求相同所以這里只設(shè)計(jì)x軸方向的。三）工作臺(tái)質(zhì)量的計(jì)算x向拖板（上拖板）尺寸：15015015 mm其中，選取工作臺(tái)材料為鑄鐵，密度：,重力加速度取重量：按重量=體積材料比重估算 =ny向拖板（下拖板）尺寸： 15015015 mm重量：約=26n。上導(dǎo)軌座（連電機(jī)）重量：=夾具及工件重量：約g=220n 。x-y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分的總重量：約400n。四）滾珠絲桿的選擇已知條件

43、：負(fù)載重量n調(diào)節(jié)范圍mm最大快移速度mm/mim定位精度mm20035010000.1絲杠螺母導(dǎo)程計(jì)算: 根據(jù)工作臺(tái)最高移動(dòng)速度vmax , 電機(jī)最高轉(zhuǎn)速nmax, 傳動(dòng)比等確定ph。按下式計(jì)算，取較大圓整值。預(yù)設(shè)電機(jī)與滾珠絲杠副直聯(lián)，i=1。1）滾珠絲桿工作長(zhǎng)度計(jì)算l=行程安全行程兩個(gè)余程螺母長(zhǎng)度橫向（x軸）絲桿工作長(zhǎng)度：縱向（y軸）絲桿工作長(zhǎng)度：2）滾珠絲杠副載荷及轉(zhuǎn)速計(jì)算滾珠絲杠的當(dāng)量載荷與當(dāng)量轉(zhuǎn)速。絲桿材料：鋼；滾道硬度: 5459hr。當(dāng)量載荷其中，選取d=1.1， , 滾動(dòng)絲杠；即選取精度等級(jí)為一級(jí)。當(dāng)量轉(zhuǎn)速：所以得。預(yù)期工作時(shí)間：由表查得3）確定預(yù)期額定動(dòng)載荷橫向額定動(dòng)載荷：縱向

44、額定動(dòng)載荷：滾珠的循環(huán)方式：內(nèi)循環(huán)。圖4-3內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過(guò)程中始終與絲杠表面保持接觸，如圖所示。在螺母1的側(cè)面孔內(nèi)裝有接通相鄰滾道的反向器3，利用反向器引導(dǎo)滾珠2越過(guò)絲杠4的螺旋頂部進(jìn)入相鄰滾道，形成一個(gè)循環(huán)回路。一般在同一螺母上裝有24個(gè)滾珠用反向器，并沿螺母圓周均勻分布。內(nèi)循環(huán)方式的優(yōu)點(diǎn)是滾珠循環(huán)的回路短，流暢性好，效率高，螺母的徑向尺寸也較小。根據(jù)初定的導(dǎo)程和計(jì)算所得的額定動(dòng)載荷,并依據(jù)選取絲桿過(guò)程中選取導(dǎo)程應(yīng)等于，變載時(shí)等于或大于的原則，查表取滾珠絲杠公稱直徑 ，選用滾珠絲杠螺母副的型號(hào)為sfk1004，其額定動(dòng)載荷為390n，足夠用。4）滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)計(jì)算名 稱符

45、號(hào)計(jì)算公式和結(jié)果螺紋滾道公稱直徑10螺距接觸角鋼球直徑螺紋滾道法面半徑偏心距螺紋升角螺桿螺桿外徑螺桿內(nèi)徑螺桿接觸直徑螺母螺母螺紋外徑螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）5）傳動(dòng)形式和支承方式的選擇傳動(dòng)形式根據(jù)絲杠和螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)的組合情況選用絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母移動(dòng)形式，該傳動(dòng)形式需要限制螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)，故需導(dǎo)向裝置。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，絲杠剛性較好。適用于工作行程較大的場(chǎng)合。圖4-4傳動(dòng)形式支承方式為了保證滾珠絲杠副傳動(dòng)的剛度和精度，應(yīng)選擇合適的支承方式，選用高剛度、小摩擦力矩、高運(yùn)轉(zhuǎn)精度的軸承，并保證支承座有足夠的剛度。滾珠絲杠副的支承按其限制絲杠軸的軸向竄動(dòng)情況，分為三種形式，如表所示。根據(jù)其各自特點(diǎn)，所以滾珠絲杠副安

46、裝為一端固定、一端自由。圖4-56）滾珠絲桿副穩(wěn)定性校核（1）由于一端軸向固定的絲桿在工作時(shí)可能會(huì)失穩(wěn)，所以再設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)其安全系數(shù)s進(jìn)行校核，其值應(yīng)大于絲桿副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)s。滾珠絲桿臨界載荷：式中，e為滾珠絲桿材料的彈性模量，對(duì)于鋼，；l為絲桿工作長(zhǎng)度（m）；為絲桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩（）；為長(zhǎng)度系數(shù)。又知，取，則有：橫向滾珠絲桿臨界載荷：縱向滾珠絲桿臨界載荷：進(jìn)而，有橫向滾珠絲桿安全系數(shù)：縱向滾珠絲桿安全系數(shù)：經(jīng)查手冊(cè)知，ss,兩絲桿均是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。（2）滾珠絲桿副還受值的限制，查手冊(cè)可知通常情況下，要求所以該滾珠絲桿副工作穩(wěn)定。7）滾珠絲桿副的剛度計(jì)算滾珠絲桿的剛度由絲桿的拉壓

47、剛度、螺母支承剛度和螺紋滾道接觸剛度r組成。其關(guān)系如下：絲桿支承為一端固定、一端自由，則絲桿的拉壓剛度：螺母的支承剛度：式a為螺母橫截面，查手冊(cè)可算出；為螺母支承面有效滾道間長(zhǎng)度，單位為mm。螺紋滾道接觸剛度r，查機(jī)械零件手冊(cè)表18-33或表18-36可得到。經(jīng)驗(yàn)算，可得兩絲桿均滿足剛度要求。五）直線滾動(dòng)導(dǎo)軌選擇計(jì)算1）導(dǎo)軌型式選擇設(shè)定導(dǎo)軌工作參數(shù)為：x軸滑座上載荷y軸滑座上載荷滑座個(gè)數(shù)單向行程長(zhǎng)度每分鐘往復(fù)次數(shù)300n490n4個(gè)350mm6次所以只要設(shè)計(jì)y軸導(dǎo)軌。導(dǎo)軌型式：圓形截面滾珠導(dǎo)軌，如圖圖4-6滾珠導(dǎo)軌2）導(dǎo)軌額定壽命計(jì)算導(dǎo)軌壽命與滾動(dòng)絲杠的壽命相同：。又由：其中為導(dǎo)軌額定行程長(zhǎng)度

48、壽命，單位為km；為工作單行程長(zhǎng)度，單位為m；n為每小時(shí)往復(fù)次數(shù)，單位為：次/h?？v向?qū)к夘~定行程長(zhǎng)度壽命：因需要滑座數(shù)目為,即：每根導(dǎo)軌上使用2個(gè)滑座，查機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)可確定：接觸系數(shù)硬度系數(shù)溫度系數(shù)負(fù)荷系數(shù)又有：其中，k為壽命系數(shù)，一般取50km；f為滑座工作載荷kn；為額定動(dòng)載荷kn計(jì)算縱向（y軸）滑座工作載荷：導(dǎo)軌額定行程長(zhǎng)度壽命：進(jìn)而可得縱向（y軸）額定動(dòng)載荷：查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程指導(dǎo)書，可選jsa-lg15,其額定載荷為7.6kn，可滿足，設(shè)計(jì)使用要求。六）步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選擇、步進(jìn)電機(jī)的步距角取系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，初選步進(jìn)電機(jī)步距角。、步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩的計(jì)算設(shè)步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載力

49、矩為t，負(fù)載力為p，根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)所做的功與負(fù)載力做功有如下關(guān)系式中： 電機(jī)轉(zhuǎn)角； 移動(dòng)部件的相應(yīng)位移； 機(jī)械傳動(dòng)效率。若取 ，則，且，所以式中： 移動(dòng)部件負(fù)載（n）；g移動(dòng)部件重量（n）； 與重量方向一致的作用在移動(dòng)部件上的負(fù)載力（n）； 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；步進(jìn)電機(jī)步距角，（rad）；t電機(jī)軸負(fù)載力矩（）本例中，取（淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)），為絲杠牽引力，?？紤]到重力影響，y向電機(jī)負(fù)載較大，因此取，所以若不考慮啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則啟動(dòng)力矩取安全系數(shù)為0.3，則 對(duì)于工作方式為三相六拍的三相步進(jìn)電機(jī) 、步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率七）聯(lián)軸器的選定聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩tc有下式求得，在由聯(lián)軸

50、器標(biāo)準(zhǔn)按其公稱轉(zhuǎn)矩tn選定聯(lián)軸器型號(hào)。tc=kt=k9550p/ntnt-理論轉(zhuǎn)矩（n.m）；k-載荷系數(shù)p聯(lián)軸器傳遞功率(kw)n聯(lián)軸器轉(zhuǎn)速（r/m）由 傳遞功率=工作臺(tái)進(jìn)給抗力工作臺(tái)移動(dòng)速度/傳動(dòng)鏈效率p=5001/600.8=10.4w 查手冊(cè)確定聯(lián)軸器的載荷系數(shù)為：聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩：由于聯(lián)軸器的工稱轉(zhuǎn)矩，經(jīng)查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)可選聯(lián)軸器的型號(hào)為剛性凸緣聯(lián)軸器yl1型。圖4-7凸緣聯(lián)軸器yl1樣式八）軸承選擇根據(jù)滾珠絲桿的額定動(dòng)載荷和額定靜載荷以及絲桿和軸承所承受的最大載荷，查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)，以確定所選軸承的型號(hào)。通過(guò)比較采用深溝球軸承比較經(jīng)濟(jì)，并且由于滾動(dòng)絲桿既要承受徑向載荷，又要承受

51、軸向載荷，則進(jìn)一步查手冊(cè)可以得到滾動(dòng)軸承sn6204型大概可滿足要求，經(jīng)校核，該型軸承滿足設(shè)計(jì)載荷的需求。4.5鍋旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)4.5.1電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)實(shí)際生活經(jīng)驗(yàn)，鍋及鍋內(nèi)烹調(diào)物總重量約為2.5kg，即f=25n。設(shè)齒輪轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)鍋轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速為60r/min，即n從=60r/min 設(shè)齒輪轉(zhuǎn)盤的直徑d從=200mm，則由公式 有： 齒輪轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)鍋旋轉(zhuǎn)所需要的功率pw由公式： 取圓柱齒輪傳動(dòng)效率 =0.97故電動(dòng)機(jī)輸出功率 所以，鍋旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選擇直流電動(dòng)機(jī)，采用直流電壓24v，參數(shù)說(shuō)明見下表： 直流電機(jī)的基本參數(shù)額定功率（kw）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）電動(dòng)機(jī)質(zhì)量（kg）額定電壓（v）12500.

52、524由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可知?jiǎng)育X輪的轉(zhuǎn)速 n主=250r/min，則： 由參考文獻(xiàn)20查得圓柱齒輪傳動(dòng)比范圍 i=36可知以上計(jì)算的傳動(dòng)比屬于該范圍，所以，電動(dòng)機(jī)選擇合適。4.5.2 齒輪的設(shè)計(jì)及其計(jì)算（一）齒輪材料選擇設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)使齒面具有較高的抗磨損、抗點(diǎn)蝕及抗塑性變形的能力，而齒根要有較高的抗折斷的能力。因此，對(duì)齒輪材料性能的基本要求為：齒面要硬，齒芯要韌。齒輪材料的選擇原則：齒輪材料的種類很多，在選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素也很多，下述幾點(diǎn)可供選擇材料時(shí)參考：齒輪材料必須滿足工作條件的要求。例如：用于飛行器上的齒輪，要滿足質(zhì)量小、傳遞功率大和可靠性高的要求，因此必須選擇力學(xué)性能高的合金鋼；礦山機(jī)械中的齒輪傳動(dòng)，一般功率很大、工作速度較低，但要求傳動(dòng)平穩(wěn)、低躁聲或無(wú)躁聲、以及能在少潤(rùn)滑或無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)下正常工作，因此常選用工程塑料作為齒輪材料?？傊?，工作條件的要求是選擇齒輪材料時(shí)首先應(yīng)考慮的因素。應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成型方法及熱處理和制造工藝。大尺寸的齒輪一般采用鑄造毛坯，可選用鑄鋼或鑄鐵作為齒輪材料。中等或中等以下尺寸要求較高的齒輪常選用鍛造毛坯，可選擇鍛鋼制作。尺寸較小而又要求不高時(shí)，可選用圓鋼做毛坯。金屬制的軟齒面齒輪，配對(duì)兩