一种自动炒菜机的研制

余仕毅YU Shi-yi；汪涵WANG Han；饶楚楚RAO Chu-chu；兰叶深LAN Ye-shen

（衢州职业技术学院，衢州 324203）

0 引言

烹饪是中国现代家庭中不可缺少的一项劳动，随着生活节奏的加快，工作压力越来越大，人们没有更多的时间去准备早、中、晚餐，因此要求烹饪自动化代替传统模式的呼声越来越高。本作品为一日三厨全自动智能炒菜机，主要由原料输送投放机构、锅盖控制及搅拌机构、颠锅机构以及触摸屏等组成。只需简单熟悉作品使用流程后即可实现自动焖炒、颠锅、翻炒及盛菜功能。本设计可以根据菜谱程序预设的顺序精准投放主料、辅料以及配料；并利用电磁阀控制气缸动作从而实现烹饪过程中锅盖的控制功能，保证锅具的加热效果，实现了中式菜肴烹饪工艺中的焖炒功能；为实现仿人翻炒烹饪轨迹，设计了一种颠锅机构，该机构能够翻炒各种类型的食物，由于把菜肴颠翻起来，菜肴能够充分和空气接触，保证了菜肴的均匀受热和鲜亮的菜色，并实现了将烹饪加工好的菜肴自动盛出的功能，使锅具将炒制好的菜肴准确倒入菜盘中；最后以PLC 为控制核心，触摸屏为操作界面，实现了对炒菜机各个机构的自动智能控制。

全自动智能炒菜机设备设计合理，成本低，智能化程度高，操作简单，即使不懂任何烹饪知识的人通过操作炒菜机能够炒出大师级别的菜肴，能为人们追求高效、舒适、安全、便利的生活方式贡献一份力量。

1 功能与结构

1.1 主要功能和性能指标

1.1.1 主要功能 ①实现了中式菜肴烹饪工艺中的焖炒功能，利用电磁阀控制气缸动作从而实现烹饪过程中锅盖的控制功能，保证锅具的加热效果，实现焖炒操作。②实现了精准投放中式菜肴烹饪工艺中的原料（主料、辅料以及配料）的功能，可以根据菜谱程序预设的顺序精准投放主料、辅料以及配料。③实现了中式菜肴烹饪工艺中的颠锅和翻炒功能，通过锅具的近似椭圆（颠锅）运动和搅拌叶片的匀速旋转运动来达到对多种菜肴均能实现搅拌良好的功能。④实现了将烹饪加工好的菜肴自动盛出的功能，使锅具将炒制好的菜肴准确倒入菜盘中。⑤实现了自动注油/水功能，可以根据菜谱程序预设的烹饪时序和用量通过潜水泵来泵送油/水至炒菜锅内。⑥实现对炒锅的自动清洗功能，通过往锅具中加注清水及清洗液，同时配合洗锅刷及锅体旋转来自动清洗锅具，锅具内壁涂有不粘层，保证清洗的效果最佳。⑦能依据该菜谱程序实现烹饪过程中的各种动作以及原料的按时按序按量投放，通过文字、图形、音频、视频等多媒体方式与使用者互动，显示机器的状态、动作过程、操作提示等，接收操作控制指令，从而实现全自动炒菜的功能。

1.1.2 性能指标 经过实际应用验证，智能炒菜机针对中式菜肴的烹饪特点，设计了相关的功能机构，包括颠锅机构、翻炒机构、送料机构、盛菜机构等。其性能指标符合T/CAS 332-2019《家用炒菜机智能水平评价技术规范》，具体参数见表1。

表1 炒菜机性能指标

1.2 主要结构

1.2.1 原料输送投放机构 如图1 所示的原料输送投放机构，主要完成菜肴的主料、配料以及辅料自动加入锅具的功能。

图1 原料输送投放机构

其详细结构布局如下：原料输送板块上设计3 个投放盒，分别装置主菜、配菜以及辅料，输送板块通过螺母螺杆来带动移动，其中电机基座和螺杆基座固定在机架上，螺母与输送板块连接。当需要添加主料时，PLC 发出指令控制电机正转，螺母则带动移动板块向前移动，当投放盒移动至倒菜位置时，接近开关将信号反馈给PLC 发出指令控制电机停止转动，并发出倒料电磁阀的得电的指令，控制气缸向上推动投放盒进行倒主料，等投放盒中的主料全部倒入锅中后，气缸缩回，利用拉簧的作用力将投放盒拉至水平位置，然后重复动作进行配料、辅料的投放。在机架上安装了接近开关，为配料投放盒翻转时提供定位，整个倒菜过程中，PLC 都是接收到接近开关的反馈信号后控制下一个动作开始进行，任何一个步骤出错将会导致出菜动作失败，图2 为原料输送投放动作效果示意。

图2 原料输送投放效果示意

1.2.2 锅盖控制及搅拌机构 锅盖控制机构方案如图3 所示，气缸一端与炒菜机机架固定，另一端与锅盖连接轴固定，在气缸伸出时，锅盖连接轴固定的旋转轴发生转动，将锅盖位置放置水平位置，当气缸活塞杆缩回时，可以将锅盖上翻至接近与地面垂直的位置。而搅拌机构则主要是通过控制电机正反转，从而控制搅拌轴进行顺/逆时针运动，搅拌原料在相互接近时产生冲击互混，加强对原料的搅动，实现原料的充分混合。

图3 锅盖控制机构方案

锅盖控制及搅拌机构的工作原理：在菜肴原料投放前，电磁阀未得电，气缸未伸出，当原料投放机构完成主料投放后，在PLC 控制指令下，电磁阀得电，控制气缸伸出，从而将锅盖下翻，与此同时，控制搅拌电机正反转，实现菜肴的搅拌，当搅拌完成时，电机停止旋转，电磁铁失电，气缸缩回，控制锅盖上翻，图4 为锅盖翻转和搅拌效果示意图。

图4 锅盖控制及搅拌效果示意

1.2.3 颠锅机构 在日常烹饪过程中，搅拌能将上下两层的食材混合后均匀受热。因此，翻转轨迹只能改善旋转轨迹均匀加热贴近锅面食物，而不能够将食材上下层均匀加热的缺点。而采用颠锅的方式来翻炒菜肴，不会出现搅乱菜肴的问题，烹饪时能够保证菜肴在锅里受热均匀；烹饪时的颠锅运动能够翻炒各类型的食物，由于菜肴能够颠翻起来，使菜肴和空气得到了充分的接触，烹饪出的菜肴颜色鲜亮、味道可口，从而能够保证菜肴的品质。颠锅机构如图5 所示，其工作原理如下：气缸I 为锅具提供旋转动力，锅杆连接轴的连续转动转化锅杆的往复摆动运动，锅具和锅支撑架固定在气缸II 的连接轴上，而锅支撑架随着气缸II 的伸缩运动而作直线往返的动作。为了方便优化颠锅机构的运动轨迹，设计时就在连杆上开一排定位孔，通过调节可以使锅具伸长缩短，摇杆末端与颠锅机架连接处也留有几个定位孔，通过调节能够改变锅具和水平面的夹角，图6 为颠锅机构效果示意图。

图5 颠锅机构

图6 颠锅机构效果示意

该组件中主要零件的选型如下：

颠锅机构中，作摆动运动的可调小型气动薄型气缸，缸径为25mm，行程为5mm，作直线运动的可调小型气动薄型气缸，缸径为25mm，行程为15mm。

1.3 控制系统的设计

全自动智能炒菜是灶具组件、原料输送组件、翻锅及搅拌组件、颠锅组件等运动部件相互协调的结果。烹饪过程中控制系统指挥着各组件完成相应的烹饪动作，且要求彼此不能发生干涉，相当于智能炒菜机的神经中枢。控制系统设计的优劣直接体现出炒菜机的智能化水平的高低。电气控制箱的布局设计图如图7 所示。

图7 PLC 硬件接线图

炒菜机包括倒原料电磁阀、颠锅电磁阀、翻锅电磁阀、输送电机、搅拌电机、齿轮泵等外围执行设备，为了保证每个外围执行设备能够准确完成相应的烹饪动作，运用了光电接近开关为电机转动定位，齿轮泵通电时间长短来控制注入液态料量的多少的控制手段。因此，烹饪过程中动作繁多决定了其控制程序的复杂，为了能够正确、高效地编制出设备的控制程序，编程之前应该对PLC 的I/O 点进行分配，如表2 所示。

表2 PLC 的I/O 点分配

2 总结

智能炒菜机设计合理，成本低，智能化程度高，操作简单，即使不懂任何烹饪知识的人通过操作炒菜机能够炒出大师级别的菜肴；餐饮公司可以少请甚至不请大厨，大大地节约公司的用人成本，也能为人们追求高效、舒适、安全、便利、的生活方式贡献一份力量。

本文设计的智能炒菜机将中式菜肴烹饪工艺数码化、菜谱程序标准化。智能炒菜机通过运行PLC 通用菜谱指令制作菜肴，这将促使中式菜肴烹饪工艺由传统的经验式向标准化、数码化发展，可以实现中式菜肴烹饪工艺中对火候的精确控制、对原料（主料、配料、辅料等）投放的精确控制功能，对翻炒动作的精确控制等功能。可见，全自动智能炒菜机的市场前景十分巨大，将不断地改变人们的生活方式。