CN101013535B - 自动/半自动烹饪系统示教再现系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于智能烹饪机的示教再现系统，其具有实现示教和再现的功能。其中，示教的实现是由厨师通过示教模块和运动控制模块直接操作智能烹饪机完成菜肴的烹制，同时PC机记录下厨师的全部操作过程。在厨师对相应的过程及效果确认后，将动作过程储存下来，形成标准的工艺卡文件，这样就完成了示教的过程；而再现的实现是重复厨师操作过程完成的菜肴烹制，PC机把在示教过程中记录下来的工艺卡文件发送指令给运动控制模块，运动控制模块完成工艺卡上所记录的操作步骤。

Description

自动/半自动烹饪系统示教再现系统

技术领域

本发明涉及一种能对自动/半自动烹饪系统进行控制的系统，更具体地讲，本发明涉及一种用于自动/半自动烹饪系统的示教再现系统。

背景技术

随着人们生活水平的提高，人们对饮食质量的要求也越来越高，但由于工作压力大、时间紧，对于上班族没有几个人愿意花大量的时间去亲自动手，更何况还要接受烟燎火烤的折磨，所以这几年厨具市场发展异常迅速，对智能厨房的呼声也越来越高，而自动/半自动烹饪系统是智能厨房不可缺少的部分。

虽然自动/半自动烹饪系统有其本身结构的复杂性，特别是针对中式菜肴烹饪的自动/半自动烹饪系统涉及许多技术难题，例如机构问题、控制问题、材料问题、传感问题和加密问题等，自动/半自动烹饪系统走向成熟还需进一步在技术上予以完善，尤其是在控制方面。人们希望自动/半自动烹饪系统能够像优秀的厨师那样进行烹调，这就需要开发一种可以学习、记录并模拟复现厨师烹调过程的示教再现系统。

发明内容

本发明的目的是针对目前中式菜肴烹饪的复杂和缺乏标准性，提供一种用于自动/半自动烹饪系统的示教再现系统。该示教再现系统具有获取厨师技能和操作模式的功能，能以适当的方式记录厨师使用自动/半自动烹饪系统烹饪时的工艺步骤、参数、操作模式等，同时还可以对所记录的工艺步骤、参数、操作模式等进行编辑和修改，并将其传授给自动/半自动烹饪系统，在自动/半自动烹饪系统上再现厨师的操作，实现菜肴设计的数字化。

本发明的示教再现系统包括示教模块、计算机、运动控制模块、数据采集模块以及烹调系统，其中，示教模块包括可由厨师人工操控的示教盒，该示教盒通过运动控制模块而与烹调系统相连接，控制烹调系统的相应动作和运作；同时，该示教盒又通过数据采集模块与计算机相连接，将示教盒的状态储存到该计算机的数据库中。

本发明中，烹调系统可以是自动/半自动烹饪机，其包括锅具动作机构、送料机构、出料机构、翻拌机构、盖锅机构和/或炉灶升降机构等；具体的机构可以随要开发的烹饪工艺程序的不同而有所不同，而且可以进一步增加其它的动作机构。所述的烹调系统也可以是其它烹饪设备例如自动/半自动炸机、自动/半自动蒸煮机，或由两台以上烹饪设备组成的烹饪设备系统，例如炒拌机+滑油机，炒拌机+滑油机+蒸煮机等，该系统中还可以包括有烹饪辅助设备例如物料运送设备、物料投放设备等等。

在上述的示教再现系统中，示教模块连接厨师和自动/半自动烹饪系统，其中，示教盒包括手控装置例如手柄、按键、旋钮、转盘、滑块等，其通过运动控制模块控制烹调系统的运作。厨师操作示教盒的手控装置可以控制烹调系统的各部分的运动，同时这些运动的参数被数据采集模块所采集，即数据采集模块采集该手控装置和/或运动控制模块的模拟信号和/或数字信号。计算机可以利用这些采集的数据，生成标准的工艺文件并储存到其储存器中。

在上述的示教再现系统中，计算机可以收集、整理和编辑手控装置和/或运动控制模块中上传的信息，并按照标准形成某种菜肴的标准工艺文件储存到储存器中；计算机还可以根据工艺文件，向运动控制模块发送指令。

上述的示教再现系统还可以进一步包括状态检测模块，该状态检测模块检测烹调系统的工作环境例如环境温度/燃气流量/燃气压力/燃气发热值等、运作状态和/或火力火候状态，将相应数据直接上传或通过所述运动控制模块上传至计算机。计算机采集该状态检测模块所检测的信息(包括环境信息)并进行处理，形成检测信息/参数文件，该文件可以是上述标准工艺文件的一部分，也可以是独立的文件。所述的状态检测模块可以是独立的模块或设置于计算机中的模块，也可以是烹调系统本身带有的检测模块。

在上述的示教再现系统中，数据采集模块采集示教盒中手控装置、运动控制模块和/或火控模块的模拟和数字信号，然后通过总线或接口将上述参数上传至计算机，生成工艺程序，进而通过工艺程序控制烹调系统中各个不同机构的运作。数据采集模块可以是独立模块也可以是设置在计算机内的数据采集卡。

在上述的示教再现系统中，运动控制模块接收从示教模块传来的指令或信息，还可以接收从计算机下传下来的菜肴工艺文件，并根据这些指令、信息和工艺文件等控制烹调系统中各个不同机构的运作。所述的运动控制模块可以是独立的模块或被设置于计算机中，也可以是烹饪系统的控制系统本身带有的运动控制模块。

在上述的示教再现系统中，还进一步包括火控模块。所述的火控模块可以是独立的模块或设置于计算机中的模块，也可以是烹饪系统本身带有的火控模块。火控模块可以通过总线或接口接收来自示教模块、计算机或运动控制模块的火控指令并执行控制动作，示教模块中的火候和火控相关状态信息通过总线或接口上传到数据采集模块中，火控模块中的火候和火控相关状态信息通过总线或接口上传到数据采集模块或运动控制模块中，这些信息进而再上传到计算机进行处理并形成菜肴工艺火控文件，该文件可以是上述标准工艺文件的一部分，也可以是独立的文件。

上述的示教再现系统还可以进一步包括能够记录人工厨师操作状态的图象采集装置，该图象采集装置与计算机相连，将厨师操作时的状态以视频形式录制下来，与计算机记录的原始示教数据相对应存储，用于对菜肴文件进行人工编辑时的参考对照。该图象采集装置可以选用标准的USB摄像头，其与计算机相连的接口可为USB接口。

另一方面，本发明还提供了一种用于上述示教再现系统中的示教盒，该示教盒包括手控装置例如手柄、按键、旋钮、转盘、滑块等，其中手柄、旋钮等手控装置可输出模拟信号，按键等手控装置可输出数字信号。手柄可以包括旋锅手柄、摆锅手柄和平移、翻锅等其它手柄。最多被采用的旋锅手柄和摆锅手柄通常以下列方式运作：当旋锅手柄处于中间位置时烹调机构中的锅具不动，往前推或往后拉则该锅具相应地绕水平转轴作顺时针和/或逆时针转动，前后推、拉动的幅度越大，锅具旋转的速度越快；当摆锅手柄处于中间时烹调机构中的锅具不动，往前推或往后拉则该锅具相应地进行快速或慢速平面摆动，退、拉的方向和幅度决定锅具摆动的方向和速度。当然，手柄也可以被设置成以其它方式运作，使锅具按照需要完成相应的动作。

上述的示教盒的手控装置可以包括多个按/旋钮，如自动手动按钮、调速按/旋钮、火控按/旋钮、加油按钮、滑油按钮、倒水按钮、冲洗按钮、切换按钮、上料按钮、炉具升按钮、炉具降按钮、盖锅按钮、掀锅按钮、微调左按钮和/或微调右按钮。针对具体的情况，示教盒中不一定包括这些按/旋钮的全部，也可能还要包含或增加其它的按/旋钮或其它形式的手控装置。

以下为示教盒中经常采用的其它手控装置通常的运作方式，自动手动按钮按下为手动状态，设备根据示教盒的状态执行相应动作；当自动手动按钮弹起为自动状态，设备根据触摸屏给出的命令，执行单步动作或连续执行一连串动作，设备不响应示教盒其它按钮命令。火控按钮常态为弹起，设备处于无火状态；火控按钮按下状态为点火，控制火控模块点火，火控旋钮或推拉滑块则可调整火力大小。加油按钮按下则加油到锅里，加油时间由按下时间决定。滑油按钮按下一次即执行一次滑油动作，该动作耗时较长。倒水按钮按下一次即执行一次倒污水到水槽的动作。冲洗按钮按下则打开控制高压水电磁阀，使高压水通过喷嘴喷到锅里，达到洗锅的目的，冲洗时间由按下时间决定。在搅拌状态下按下切换按钮，则使搅拌由单向转动变为正反转；在摆锅状态下按下颠锅按钮，则执行一次颠锅动作。每按下一次上料按钮，上料滚轮撕开料盒中一格，撕到最后一格时再按下则滚轮回复到最顶端的初始位置。炉具升按钮按下一次则炉子上升到顶端。炉具降按钮按下一次则炉子下降到底端。盖锅按钮按下一次则锅盖下降盖住锅，盖之前锅会转动到合适位置使盖锅位置准确。掀锅按钮按下一次则锅盖上升到顶端，升之前锅会转动到合适位置使锅盖上升时不会剧烈晃动。微调左按钮按一下则锅逆时针转一个小角度。微调右按钮按一下则锅顺时针转一个小角度。

针对自动/半自动烹饪机，例如AIC设备(自动烹饪设备)，本发明的示教再现系统实现了如下几个方面的建构：

1)对AIC设备示教系统的整体结构进行建模：

这包括对AIC设备机构功能模块进行定义、确定输入信号与机构动作的映射关系、建立传感器反馈信息的表达方式等。

2)建立AIC设备运动控制系统的基本模块：

这包括建立通用型“示教-再现”AIC控制系统基本模块的定义、手柄操作盒接口标准、控制系统与上位机及AIC设备的接口规范、通讯协议、数据格式等。

3)建立通用型AIC“示教-再现”的数据采集系统：

包括设计有接口如USB接口的通用“数据采集系统”的结构、研究数据采集算法、建立上位机数据采集数据库(包含烹饪过程的视频资料)、以及建立人机交互界面标准等。

4)确定菜肴文件编译算法：

这包括制订AIC菜肴工艺文件的标准数据结构，从而形成控制命令、参数与AIC设备动作之间的映射关系。针对存储在数据库内的原始数据，研究AIC设备的烹饪操作机理，研究从原始采集数据生成AIC设备菜肴烹饪工艺文件的编译算法，探索其中存在的模糊规则等。

5)建立AIC设备故障诊断系统：

包括建立AIC设备状态(Status)、关键故障码(ErrorCode)等数据结构，对一些异常现象进行诊断，以确保示教记录数据的完整性。

利用上述的示教再现系统，厨师可以通过示教盒上的手控装置控制与其连接的烹饪系统完成示教操作，数据采集系统可以对厨师的操作步骤和相应数据进行记录；而通过对示教数据的编译，可生成AIC设备能执行的菜肴工艺文件；然后再对所得到的菜肴工艺文件进行编辑修订，建立新的菜肴工艺文件。本发明示教再现系统的上述基本功能具有通用性，即其针对不同的烹饪系统具有一定的兼容性。

另外，可以采取以下措施，以尽可能实现通用性：

a.硬件接口的标准化

由于烹调系统的运动控制器采用模块化的设计思路，将为示教盒提供标准接口，针对该接口将形成标准的编码格式，因此示教盒可以实现通用。关于数据采集，可以选择有通用接口例如USB接口的数据采集器(包括USB摄像头)，因此上位机可以是笔记本电脑、嵌入式计算机，也可以是台式机或其它类型计算机。

b.软件的通用性

为了提高兼容能力，可以设计标准的菜肴工艺文件格式，包含所有的厨艺动作和幅度指令编码定义。不论机构如何改变，具体的机构功能模块动作与工艺文件内“高级语言”层次的指令映射关系都不会改变，从而最终将形成一套通用的操作软件，它不依赖于具体的电脑。

c.厨师操作接口的标准化

AIC示教盒上的手控装置是厨师操作的入口，通过手控装置与动作的对应关系，实现手动示教控制的通用性。

本发明的自动/半自动烹饪系统示教再现系统有以下几个特点：能记录厨师的操作步骤和相应数据并实时地在液晶显示屏上显示出来；能将记录下来的操作步骤和相应数据生成标准的工艺文件储存在计算机里；能在计算机里方便地对工艺文件进行编辑和修改。

总之，本发明的自动/半自动烹饪系统示教再现系统实现了人机交互功能，它能以适当的方式记录厨师使用烹饪系统的操作步骤和相应数据，并能对所记录的工艺步骤做相应的编辑和修改，形成最后的标准工艺文件，同时各种环境监控模块和状态检测模块保障了自动/半自动烹饪系统的操作准确、安全，简化了操作步骤。因此，对于自动/半自动烹饪系统来说，首先由优秀厨师操作示教盒手动示教，计算机同时存储下来示教的时间序列和相应数据，再手动切换到自动模式，由机器自动复现优秀厨师的烹饪过程。

本发明的自动/半自动烹饪系统示教再现系统采用上位机与烹饪机控制器实时通讯记录的方法，实现操作人员对自动/半自动烹饪系统的各部件进行人机操作，并实现过程采集和操作文件生成、操作过程文件修改和控制复现的功能，直接学习厨师技能和经验并将其传授给自动/半自动烹饪系统，为提高自动/半自动烹饪系统的功能和菜肴开发提供一种简单易用的工具。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明，但这些实施方式并非是对本发明的限制；任何在这些实施方式上的改进或改变，仍属于本发明的精神和其保护范围。

附图说明

图1是本发明智能烹饪机示教再现系统示意图。

图2是本发明通用型性AIC示教-再现原型系统原理图。

图3是本发明一种示教盒控制面板的示意图。

具体实施方式

如图1所示，该原型系统包括六个模块：示教模块、PC机、运动控制模块、烹调机构、火控模块和数据采集模块。

其中，示教盒模块是连接厨师和人工智能烹饪机的唯一途径，厨师操作示教盒的手柄和按钮可以控制烹调机构的各部分的运动，同时示教盒的状态被与PC机相连的USB数据采集模块所采集，并作为原始资料通过PC机上的软件储存到原始数据库中；

PC机可以记录、编译数据采集模块和运动控制器上传的信息，并按照模糊逻辑或神经网络等算法，输出某种菜肴的最终文件，生成标准的AIC设备工艺菜肴文件储存到储存器中(菜肴文件数据库)；作为上位机，PC机还可下载菜肴文件，向运动控制器发送指令，控制烹调机构运动，完成“再现”控制的目的。在示教记录和“再现”的过程中，故障诊断信息都将在上位机中实时的被处理，并显示出来。PC机还与图象采集装置相连，将厨师的操作时菜肴的状态以视频的形式录制下来，与PC机记录的原始示教数据相对应存储，用于对菜肴文件进行人工编辑时的参考对照。图象采集装置拟选用标准的USB摄像头；

数据采集模块需要采集示教盒手柄的模拟信号和按键的数字信号，然后通过USB总线将上述数据上传至PC机，具体选型可采用labjack_u12 USB数据采集器。在技术条件允许的情况下，其他信息也可以被采集进来，例如温度、热量值等。由于采集模块均采用标准的USB接口，PC机可选用有串口通讯接口的笔记本电脑；

烹调机构包含人工智能烹饪机的各个运动机构模块：锅具动作机构、送料机构、中间出料机构、盖锅机构和炉灶升降机构等。运动控制模块与PC机通过串行口相连，接收PC机的控制指令(来自工艺文件)，完成烹调机构的伺服控制，并接收传感器信息。运动控制模块由综合控制器与运动控制模块组成，具体请参考“AIC SP控制系统规划方案”；

火控模块接收来自运动控制模块的火控指令并执行控制动作，也可将温度、流量等信息上传到PC机中，与数据采集模块采集的其它信息一起作为示教的原始数据。

1、示教过程

PC机内的示教软件不但可以记录厨师操作手操盒的步骤，而且可以通过模糊逻辑或神经网络算法的编译处理生成AIC设备能执行的标准菜肴文件。如图2所示，针对一道菜，有十次菜肴示教的原始数据(可更多)，同时还有不同的美食家针对每一次菜肴的色香味形的细致描述(打分的标准可以采用10分制)，这些数据一起可以作为编译算法的输入，通过编译处理，输出菜肴文件，经过机器“再现”后，美食家可以继续打分，再重新编译，经过多次调整，可得到一个接近最优的菜肴工艺文件。以下是根据图1和图2所进行的示教过程的描述：

1)运行时，示教盒上手柄的模拟信号和按钮的状态信息实时传送到运动控制模块(或叫运动控制器)中；

2)运动控制模块将示教盒上的按钮档位信息通过CAN总线发送到火控模块；

3)火控模块根据接收到的指令控制火势大小，并将各种状态信息通过CAN反馈给运动控制模块；

4)运动控制模块根据手柄信息控制烹调机构各部分的动作；

5)数据采集卡将采集到的手柄信息和火控模块信息传送到PC机中，并显示出来；

6)在PC机中整理编辑运动控制模块上传的信息并按照定义的标准形成烹饪标准工艺卡文件；

7)PC机将生成的工艺卡文件储存到储存器中；

8)结束。

2、再现过程

在再现过程中，用户可以从菜肴数据库中选择相应的菜肴工艺文件下载到AI C设备上的运动控制器中，完成烹饪操作；也可以根据具体的工艺情况发送控制指令。有的用户可能更愿意根据自己的爱好，完全脱离开现有的菜肴文件，直接通过示教盒完成“个性化”烹饪操作。其具体的大致过程为：

1)PC机收到烹饪指令；

2)PC机将储存器中的工艺卡通过CAN总线下载到运动控制模块；

3)运动控制模块根据接收到的参数信息形成菜肴烹饪工艺程序；

4)运动控制模块控制烹调机构中各个执行元件的动作；

5)结束。

图3是本发明一种示教盒控制面板的示意图，图中，1为摇锅手柄，2摆锅手柄，手柄均只可前后摇动，左右移动无效。摇锅手柄1在中间时锅具不动，往上则锅具顺时针转动，越往上摇动速度越快；往下则锅具逆时针转动，越往下摇动速度越快(从机器顶端往下看)。摆锅手柄2在中间时锅具不动，往上则锅具快速以水平为中心摆动，越往上摆动速度越快；往下则锅具慢速以水平为中心摆动，越往下摆动速度越慢。当自动手动按钮3按下为手动状态，设备根据示教盒的状态执行相应动作；当自动手动按钮3弹起为自动状态，设备根据触摸屏给出的命令，执行单步动作或连续执行一连串动作，设备不响应示教盒其它按钮命令。火控按钮4常态为弹起，设备处于无火状态；火控按钮4按下状态为点火，控制火控模块点火。加油按钮5按下则加油到锅里，加油时间由按下时间决定。滑油按钮6按下一次即执行一次滑油动作，该动作耗时较长。倒水按钮7按下一次即执行一次倒污水到水槽的动作。冲洗按钮8按下则打开控制高压水电磁阀，使高压水通过喷嘴喷到锅里，达到洗锅的目的，冲洗时间由按下时间决定。在搅拌状态下按下切换按钮9，则使搅拌由单向转动变为正反转；在摆锅状态下按下，则执行一次颠勺动作。每按下一次上料按钮10，上料滚轮撕开料盒中一格，撕到最后一格时再按下则滚轮回复到最顶端的初试位置。炉具升按钮11按下一次则炉子上升到顶端。炉具降按钮12按下一次则炉子下降到底端。盖锅按钮13按下一次则锅盖下降盖住锅，盖之前锅会转动到合适位置使盖锅位置准确。掀锅按钮14按下一次则锅盖上升到顶端，升之前锅会转动到合适位置使锅盖上升时不会剧烈晃动。微调左按钮15按一下则锅逆时针转一个小角度。微调右按钮16按一下则锅顺时针转一个小角度。

Claims (8)

1.一种用于自动/半自动烹饪系统的示教再现系统，该示教再现系统能够记录厨师使用自动/半自动烹饪系统的操作，并在自动/半自动烹饪系统上再现厨师的操作；其中，该示教再现系统包括示教模块、计算机、运动控制模块、数据采集模块以及烹调系统；所述的示教模块包括能够由厨师人工操控的示教盒，该示教盒通过所述的运动控制模块与所述的烹调系统相连接，控制所述烹调系统的相应动作和运作；同时，该示教盒又通过所述的数据采集模块与所述的计算机相连接，将所述示教盒的状态储存到该计算机的数据库中；该示教再现系统还进一步包括火控模块，该火控模块通过总线或接口接收来自所述示教模块、计算机或运动控制模块的火控指令并执行控制动作，所述火控模块中的火候和火控相关状态信息通过总线或接口上传到所述数据采集模块或运动控制模块中，进而再上传到所述计算机进行处理并形成菜肴工艺火控文件。

2.如权利要求1所述的示教再现系统，其特征在于，该示教再现系统还进一步包括能够记录厨师操作状态的图象采集装置，该图象采集装置与所述的计算机相连。

3.如权利要求2所述的示教再现系统，其特征在于，所述的图象采集装置与所述的计算机相连的接口为USB接口，所述的图象采集装置为标准的USB摄象头。

4.如权利要求1所述的示教再现系统，其特征在于，所述的示教盒包括手控装置，该手控装置包括能够输出模拟信号的手柄和能够输出数字信号的按键，而所述的数据采集模块为设置在所述的计算机内的数据采集卡，其采集示教盒上手控装置的模拟信号和数字信号。

5.如权利要求1所述的示教再现系统，其特征在于，该示教再现系统还进一步包括状态检测模块，该状态检测模块检测所述烹调系统的运动状态和/或火力状态，并将相应数据上传至所述计算机。

6.如权利要求1所述的示教再现系统，其特征在于，所述的烹调系统包括锅具动作机构、送料机构、出料机构、翻拌机构、盖锅机构和/或炉灶升降机构。

7.一种用于如权利要求1-6之一所述的示教再现系统中的示教盒，其特征在于，该示教盒包括手控装置，该手控装置包括能够输出模拟信号的手柄和能够输出数字信号的按键；所述的手柄包括摇锅手柄和摆锅手柄；其中，所述的摇锅手柄处于中间位置时烹调系统中的锅具不动，往上或往下则该锅具相应地作顺时针或逆时针转动；所述的摆柄手柄处于中间位置时烹调系统中的锅具不动，往上或往下则该锅具相应地以水平为中心进行快速或慢速摆动。

8.如权利要求7所述的示教盒，其特征在于，所述的按键包括自动手动按钮、火控按钮、加油按钮、滑油按钮、倒水按钮、冲洗按钮、切换按钮、上料按钮、炉具升按钮、炉具降按钮、盖锅按钮、掀锅按钮、微调左按钮和/或微调右按钮。

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