中央厨房配送料机器人设计

摘要：根据对送料机器人动作需求分析结合自由度分析法确定机器人的综合构型;借助solidworks软件对送料机人进行三维虚拟样机设计并绘制其装配图以及关键零部件的二维零件图;提出将机器人手臂装载在桁架上的设计思路，进一步增强送料机人的工作空间，并借助伺服电机提高其完成相应配送动作的响应速度。

关键词：机器人;机械手;配送;桁架;伺服电机

0 引言

对中央厨房而言，自动配料一直是需要解决的难点;对不同的食材、调料、油料等配料的自动配送，目前还没有很好的解决方案。所以加快对中央厨房配送料机器人的研究显得尤为重要。

1 配送料机器人构型综合设计

根據对送料机人机械手臂动作分析，为了能使机械手将食材送入锅中，机械手臂在其x轴方向必须具备一个的转动副初定于图1中转动副4所示。由于机械手还需送取调料，所以又需要添加2，3两个转动副来模仿手臂动作。

送料机器人手臂完成相应工作需求步骤如下：首先，结合1处绕z轴的转动副，通过丝杆完成上z轴方向的平动，这样就可以实现整个手臂1到关节2上的z轴上的自由度，利用传动导轨和传动齿条，实现关节1到2的x轴上移动和y轴方向的移动，从而实现第一节的6个自由度。其次，在关节2处加了转动副，实现了x和y的转动，同时，关节1的摆动可实现2处z轴的转动。最后，在关节3处也加了转动副，2关节处的转动实现了3处的x和y、z轴的转动，关节1处的丝杠传动，实现了x和y的平动，并且利用了2处的转动也实现了关节4处的转动。从而最终该构型设计达到中央厨房送料机器人的工作需求，其机构简图如图1所示。

2 送料机器人手臂运动过程及原理

运动过程：整个机械手有六个自由度，机械手的运动范围广，可以准确而灵活的抓到相应的菜篮子，和固体调料。选用的电机和机械手臂通过严格的计算和实际检验，能够在机械手臂抓取菜篮子的时候做到快、稳、准，以实现从传送带上抓菜篮子，然后在输送菜篮子的过程中，保持运行状态平稳，最后翻转菜篮子这一动作的实现，再把菜篮子放回传送带上。

原理：利用电机驱动，机械臂可有六个自由度，实现抓菜篮子和固体调料的基本动作。利用机械臂最后末端的执行件，电磁铁实现抓住这一动作，其中包括取菜、送菜、带菜、还菜篮子到传送带上的过程，送料机器人机械手臂二维图如图2所示。

3机械手三维造型

根据送料机器人机械手臂构型设计利用solidworks软件进行三维虚拟样机设计如图3所示。

4 机械手安装在桁架的方案

考虑到现实情况，在厨房的屋梁结构下，用桁架结构具有以下优点;

①桁架结构常常用于向厨房、厂房、体育馆等公共建筑，由于大多用于屋盖结构，所以桁架结构也被称为屋架。

②桁架结构主要承受压力和拉力，可以充分发挥材料的性能和作用，可以节约材料，而且整个结构轻盈、跨距大、受力体系简单。

③桁架结构设计、安装、制造都方便简单，故应用广泛。

4.1 桁架结构设计

为了节省空间，提高空间利用率，采用桁架连接机械手的结构。桁架架设在厨房的上空，大大利用了原本被浪费掉的厨房上部空间，提高了厨房的空间利用率，空间利用率的提高意味着利润，因此，从经济效益出发，桁架的架设是十分明智的。通过查找资料，以及研究对比后，决定了桁架使用丝杠传动的方式来进行移动。对于机械手的移动方式上，我选择了通过滚珠丝杠来完成传动，参照了3D打印机的丝杆经典传动，利用丝杆精确的传动，以便实现机械手的z轴的上下移动以及X轴的前后移动。丝杆传动把回转运动变成直线运动，可以精确控制机械手在z轴方向的移动。在竖直方向上，通过在丝杠的两遍安装两根光杆以达到导轨的效用，而在水平方向上，在桁架的上表面安装了两条导轨，用以配合丝杠传动，其三维装配图如图4所示。

结语

桁架为导轨，电机为驱动件和减速器相连，输出合适的转速和扭矩，控制最终末端执行元件机械手的运动。配送料机器人的执行功能分为三大部分，第一是丝杠和机械手在桁架上的移动，第二机械手关节的运动，第三末端电磁铁与相应的菜篮子的接口配合运动。首先，整个系统通电，电机开始工作，带动减速器开始运转。根据实际情况，灶台和传送菜篮子的传送带上的菜篮子，调料台固体调料的位置进行相关的工作。参照各种菜的流程，预先设计好调料放的次序和用量，包括油料和液体、固体调料的混合放置及一起放入。然后，在此期间还要同时兼顾机械手拿菜的时机，做到菜在最准确的时间下锅，调料在最正确的火候下锅并严格控制其量的输出。最后，还要根据实际状况，对不同的菜系有不同做法，不同量的菜量选出适合的调料用量，使得菜品风味更佳。

参考文献

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作者简介：沈茂松（1968-），男，汉族，江苏扬州，扬州大学机械工程学院，专科文凭，技师，机械加工及热处理.

（扬州大学机械学院 江苏 扬州 225127）