CN101943891B - 一种烹饪专家系统及应用其的烹调设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种烹饪专家系统及应用该烹饪专家系统的烹调设备。其中，烹饪专家系统包括烹饪知识库模块、烹饪数据库模块、推理模块、执行模块及用户界面模块，用户界面模块接受用户指令，将该指令发送到执行模块，由执行模块与烹饪知识库模块和/或烹饪数据库模块进行交互，并启动推理模块，推理模块将推理结果发送回执行模块，由执行模块控制烹调设备的运动控制单元；烹调设备包括控制系统、火控系统、出菜机构、投料机构、搅拌机构、锅具运动机构以及上述烹饪专家系统。本发明不需要事先将每一道菜肴的流程文件都设定好，且通过本发明，烹调设备甚至能够有效烹饪出以前从未开发过的菜肴。另外，本发明能够极大地缩短厨师开发和设计新菜的周期。
Description
技术领域
本发明涉及食品制造、餐厅等烹调领域，具体地讲，是涉及一种烹饪专家系统及应用该烹饪专家系统的烹调设备。
背景技术
中国的烹饪体系繁多，技法各异，而一般人，只能掌握少数的几种，因此，现有些宣传是全自动烹饪机，故而它能在无人操作情况下，按照事先设定的程序，可完成定时自动开机、关机、自动调温、保温、自动保险、报警、自动处理汤水烧干、汤水溢出锅外，停电、忘记关电、电器漏电等异常情况，无人全自动或人工半自动进行蒸、煮、烧、煲、烤、炖等烹饪工作。不过它没有完成中国菜肴中最关键的烹饪手段-炒的动作，仅仅是一种定时加热工具。另外，现也有能够实现各种烹调技法的烹饪机器人，但是，其可以实现的烹调技法，但其只能按照固定的程序(事先设定好的程序)去完成烹饪，该自动化烹饪设备并不具备智能、有效烹饪出其程序中未设定的菜肴。
目前，专家系统已经在各领域有了应用，例如，个人理财专家系统、寻找油田的专家系统、贷款损失评估专家系统、各类教学专家系统等，但在中国菜肴烹饪设计上还没有采用的先例。而所谓“专家系统”，简单地讲，专家系统就是一个具有智能特点的计算机系统，它能够在特定的领域内模仿人类专家思维来求解复杂的问题。因此，专家系统必须包括领域专家的大量知识，拥有类似人类专家思维的推理能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种烹饪专家系统，能够整合烹饪大师的专业知识和先进自动控制技术，并基于这些知识和技术自主生成烹饪工艺流程、完成烹饪作业。
本发明的另一目的在于提供一种烹调设备，该烹调设备设有烹饪专家系统，能够协助厨师完成新菜肴的设计开发；也可烹饪出其程序中未设定的菜肴。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种烹饪专家系统，包括：
烹饪知识库模块、烹饪数据库模块、推理模块、执行模块及用户界面模块；
烹饪知识库模块，用于提供烹饪知识信息，包括烹饪概念、推理规则、烹饪的基本方法技能及烹饪流程；
烹饪数据库模块，用于提供原料信息及提供基本烹饪工艺动作、原子任务及其组织结构；
推理模块，用于提供推理规则，并基于所述的烹饪知识库模块和/或烹饪数据库模块进行推理；
用户界面模块，用于本系统与用户进行交流；
执行模块，用于与烹饪知识库模块和/或烹饪数据库模块进行信息交互，辅助所述的推理模块进行推理，并将推理结果输出到用户界面模块，且控制烹调设备的运动控制单元动作；
用户界面模块接受用户指令，将该指令发送到执行模块，由执行模块与烹饪知识库模块和/或烹饪数据库模块进行交互，并启动推理模块，推理模块将推理结果发送回执行模块，从而由执行模块控制烹调设备的运动控制单元。
上述的烹饪数据库模块，其包括原料数据库及任务分解数据库；
所述的原料数据库，用于提供原料信息，包括主料、辅料和调味料的相关信息；
所述的任务分解数据库，用于提供基本烹饪工艺动作、原子任务及其组织结构。
基本烹饪动作是通过层次任务网格法(HTN)进行规划的。HTN在70年代被首次提出，在HTN中，基本烹饪动作作为高级任务被逐级分解为原子任务，而原子任务是烹饪机器人的中央控制系统能够直接处理的简单事务。由于烹饪机器人采用的是分布式控制结构，各控制单元通过CAN总线和上位机相连，原子事务等价于各控制单元能够理解和执行的任务。
上述的推理模块包括推理引擎模块及共享内存；
推理引擎模块，根据推理规则进行推理的过程，并产生一组有序的基本烹饪动作；
共享内存，存储推理引擎模块的推理结果。
上述的推理模块通过CAN总线或LIN总线控制烹调设备的运动控制单元。
上述的用户界面模块中包括有菜系和烹饪技法输入模块，菜系和烹饪技法输入模块用于提供菜系和烹饪技法的信息资料，供用户进行选择。
上述的用户界面模块包括有烹饪原料输入模块，烹饪原料输入模块用于提供烹饪原料信息，供用户进行选择。
上述的用户界面模块包括有成菜效果输入模块，成菜效果输入模块用于提供菜肴的成菜信息，供用户进行选择。
成菜效果输入模块中的成菜信息，包括两项内容，一项为出菜时卤汁的用量控制信息，另一项为菜肴的老嫩控制信息。
上述的用户界面模块还进一步包括一修正模块，修正模块用于对菜肴的工艺序列进行调整和参数修改。
本发明还提供了一种烹调设备，包括控制系统、火控系统、出菜机构、投料机构、搅拌机构及锅具运动机构，尤其是还包括上述烹饪专家系统。该烹调设备的控制系统能控制火候系统，出菜机构、投料机构、搅拌机构及锅具运动机构，烹饪专家系统通过CAN总线将一些基本的烹饪动作发送给控制系统，由控制系统控制各运动单元。
采用上述方法后，与传统的方法相比，本发明不需要事先将每一道菜肴的流程文件都设定好，且通过本发明，烹调设备甚至能够有效烹饪出以前从未开发过的菜肴。另外，本发明能够极大地缩短厨师开发和设计新菜的周期。
附图说明
图1为烹饪专家系统的模块结构示意图；
图2为烹饪专家系统使用时用户输入第一步的用户界面图；
图3为用户输入第一步后的用户界面显示图；
图4为烹饪专家系统使用时用户输入第二步的用户界面图；
图5为烹饪专家系统使用时用户输入第三步的用户界面图；
图6为烹饪专家系统用户输入模块的修正模块界面；
图7为专家系统的用户界面模块、执行模块与运动控制单元的CAN总线拓扑结构图；
图8为烹调设备的结构示意图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，而此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明公开了一种烹饪专家系统，其包括烹饪知识库模块1、烹饪数据库模块2、推理模块3、执行模块4及用户界面模块5，其中：
烹饪知识库模块1内设有烹饪知识信息，包括烹饪概念、推理规则、烹饪的基本方法技能及烹饪流程；
烹饪数据库模块2包括原料数据库21和层次任务网格数据库22，这两个数据库是在linux操作系统下，基于MySQL实现。
原料数据库21，其用于提供主料、辅料和调味料的相关信息。所谓主料，是烹饪过程中的使用的份量最多的原料。所谓辅料指除主料外的烹饪中使用较多的原料，主要起增色、增味的作用。菜肴成熟后辅料本身也是食用的主要对象。所谓调味料指用于调节菜肴滋味的材料，如产生成味的盐、产生甜味的糖等单一调味料，还有根据秘方配置的各种复合调味料，以及像辣椒、蒜、姜等植物及其制成品(多为香辛料)。调味料和辅料的主要区别在于调味料不是烹饪完成后的主要食用对象，事实上有些调味料是不能直接食用的。
层次任务网格数据库22主要用于提供基本烹饪工艺动作、原子任务及其组织结构。
推理模块3包括推理引擎模块31及共享内存32，推理引擎模块31用于提供推理规则，该推理规则以CLIPS语言描述，具体实现时可以采用其他语言，如LISP、PROLOG，以及其他高级语言如Java、C++等。使用CLIPMM作为接口与用户界面模块5交互。由于CLIPS具有兼容性好，可移植性强，能够同时支持面向对象和面向过程等优点。CLIPMM是第三方为CLIPS开发的支持C++的接口工具包且在输入菜系和技法后，推理引擎模块31能生成一组有序的基本烹饪动作，基本烹饪动作的参数在这一阶段都不被赋值。
执行模块4接收用户输入的信息，与烹饪知识库模块1交互，且辅助推理模块3进行推理，接收推理结果，并根据该结果控制烹调设备的运动控制单元。
用户界面模块5包括有菜系和烹饪技法输入模块、烹饪原料输入模块及成菜效果输入模块。
菜系和烹饪技法输入模块用于提供菜系和烹饪技法的信息资料，供用户进行选择。
烹饪原料输入模块用于提供烹饪原料信息，供用户进行选择。
成菜效果输入模块用于提供菜肴的成菜信息，供用户进行选择。
成菜效果输入模块中的成菜信息，包括两项内容，一项为出菜时卤汁的用量控制信息，另一项为菜肴的老嫩控制信息。
用户界面模块5还进一步包括一修正模块，所述的修正模块用于对菜肴的工艺序列进行调整和参数修改。
用户界面模块5与执行模块4相连，其能将用户输入的信息传送给执行模块4。专家系统的人机界面模块5是基于Qt3设计的，使用的语言为C++在linux2.6.20上通过Kdevelop编译。用户把相关信息输入后，应用程序从数据库调出这些信息的相关数据组织成事实描述，通过管道送给CLIPMM，作为继续推理的基础。推理过程中，CLIPS也通过管道向用户提出问题，以期获取进一步的信息。
专家系统的输入操作主要有三个步骤：输入菜系和技法、输入原料、输入成菜特点。输入完成后就会产生烹饪流程的预览和编辑界面。
菜系和烹饪技法的输入界面如图2所示。流派项可选的有：苏菜、鲁菜、浙菜、徽菜、闽菜、湘菜、川菜和粤菜。基本技法可选项有：炒、烤、煮、烧和炸。具体技法的可选项因基本技法不同而不同，以“炒”为例，可选为：爆炒、滑炒和煸炒等。
在第一步形成烹饪工艺动作的基本序列后，还需要确定是否辅料是否需要单独煸炒、如何调整火力、搅拌的力度和时间如何控制、投料的时机如何确定等等一系列问题。要回答这些问题，系统需要进一步了解烹饪中所用原料的细节。输入原料的界面见图4。在用户输入原料的参数后，首先，系统将基于原料数据库和相关规则集对第一步形成的那组主干动作进行局部修改，例如在投料前加上调节火力的动作、如果辅料需要单独煸炒则在回锅前插入投放辅料并煸炒的基本烹饪动作等。然后，系统开始对每个基本烹饪工艺动作的参数进行赋值，主要的需要赋值的参数有：加油的油量、投主料前的油温、火力调节点的火力大小、各煸炒阶段搅拌的力度和时间。从投入主料开始到最后成菜的总时间会被计算出来作为整体火候控制的参考。
在经过第二步之后，如果不经过第三步，菜肴也是可以烹制出来的，但烹制出来的菜肴可能达不到用户的期望。因此，用户可以通过这一部控制菜肴最后出品的效果。对成菜效果的控制主要通过设置两项内容来实现，一是出菜时卤汁的多寡，一是菜肴的老嫩(如图6所示)。用户在输入了这两项内容后，系统将再次对基本烹饪动作的参数进行调整，此次，除了火力、加热时长、煸炒时长等参数外，还要确定是否需要勾芡、勾芡的用量等相关内容。用户的输入时模糊的，例如对于老嫩用户输入的是“嫩、稍嫩、适中、稍老、老”等5个级别。经过转化和推导以及相关计算，不同的级别会转化为相应基本烹饪动作的参数的修正值。这些修正会影响到每个影响老、嫩程度的相关动作。
接下来，以具体的实施例来说明整个实施过程：
首先，如图2所示，在菜系选择上，输入要求的菜系，如：苏菜，基本技法是：炒，具体技法是：滑炒。
点击用户界面模块5上的“下一步”按钮，即可将上述的输入信息发送到执行模块4，执行模块4再将该信息发送到烹饪知识库模块1中，从而启动推理引擎模块31进行推理过程，产生推理结果，该推理结果是产生一个基本的序列，推理引擎模块31一方面将该基本序列保存到共享内存32中，另一方面将其发送到执行模块4中，执行模块4再将该基本序列发送到用户界面显示出来，参阅图3所示。
接下来，再进行第二步操作，如图4所示，在用户界面模块5上输入原料，例如：主料为动物性，属于家禽类，选择鸡的腿部，形状为片状；辅料，为植物性的，蔬菜，具体为豆芽；调料：无；份量为一份量。
点击图4用户界面模块5的下一步，即可将上述输入的原料信息发送到执行模块4，执行模块4再将该信息发送到烹饪数据库模块2中，从烹饪数据库模块2中取原料的具体信息，例如，该动物原料的形状是“丁”、“块”或“条”等，在本实施例中，是“片”。然后烹饪数据库模块2将该具体信息发送到执行模块4中，由执行模块4将原料信息和该具体信息发送到烹饪知识库模块1中，再接合输入菜系和技法后产生的基本序列，启动推理引擎模块31进行推理过程，其推理结果如图3所示，其与第一步的推理结果相比，丰富了基本序列，形成了相对完整的序列；另外，基本确定了各动作的参数。
最后，配合图5所示，在用户界面5输入成菜效果，例如：卤汁：稍稠，老嫩：适中。
点击图5中用户界面模块5的下一步，用户界面模块5就会将该输入信息发送到执行模块4中去，执行模块4将该信息发到到烹饪知识库模块1中，启动推理引擎模块31，推理决定是否需要勾芡，若需要，到烹饪知识库模块1中取计算公式，发送到执行模块4中，由其计算需勾芡的量；并将该勾芡量的信息发送回烹饪知识库模块1中，从而启动推理引擎模块31，运行推理程序进行推理，产生完整的动作序列，配合图3所示(与输入原料的推理结果相比，多了勾芡动作序列)，并将该动作序列保存在共享内存32中，另外，还产生了与老嫩有关的模糊推理，将这些推理结果发送到执行模块4中，由执行模块4发送到用户界面模块5显示。
实施结束以后，若需要修正，则利用用户界面模块5的修正模块(参考图6所示)，修正模块用于对菜肴的工艺序列进行调整和参数修改。
参考图7所示，通过专家系统，得知动作序列，通过CAN总线，将动作序列表发送到对应的运动控制单元，由运动控制单元去控制烹调设备的各部分机构。
如图8所示，其为烹调设备的结构示意图，其包括火控系统61、出菜机构62、电控柜63、自清洗系统64、中间出料机构65、投料机构66、搅拌机构67及锅具运动机构68，投料机构66包括物料投放机构661及淀粉投料机构662。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种烹饪专家系统，其特征在于：包括：
烹饪知识库模块、烹饪数据库模块、推理模块、执行模块及用户界面模块；
其中，所述的烹饪知识库模块，用于提供烹饪知识信息，包括烹饪概念、推理规则、烹饪的基本方法技能及烹饪流程；
所述的烹饪数据库模块包括原料数据库及任务分解数据库；所述的原料数据库，用于提供原料信息，包括主料、辅料和调味料的相关信息；所述的任务分解数据库，用于提供基本烹饪工艺动作、原子任务及其组织结构；
所述的推理模块，用于提供推理规则，并基于所述的烹饪知识库模块和/或烹饪数据库模块进行推理，并产生一组有序的基本烹饪动作；
所述的用户界面模块，用于本系统与用户进行交流；
所述的执行模块，用于与烹饪知识库模块和/或烹饪数据库模块进行信息交互，辅助所述的推理模块进行推理，并将推理结果输出到用户界面模块，且控制烹调设备的运动控制单元动作；
所述的用户界面模块接受用户指令，将该指令发送到所述的执行模块，由所述的执行模块与烹饪知识库模块和/或烹饪数据库模块进行交互，并启动推理模块，所述的推理模块将推理结果发送回所述的执行模块，从而由所述的执行模块控制烹调设备的运动控制单元。
2.如权利要求1所述的烹饪专家系统，其特征在于：所述的推理模块包括推理引擎模块及共享内存；
所述的推理引擎模块，根据推理规则进行推理过程；
所述的共享内存，存储所述的推理引擎模块的推理结果。
3.如权利要求1所述的烹饪专家系统，其特征在于：所述的推理模块通过CAN总线或LIN总线控制烹调设备的运动控制单元。
4.如权利要求1所述的烹饪专家系统，其特征在于：所述的用户界面模块中包括有菜系和烹饪技法输入模块，所述的菜系和烹饪技法输入模块用于提供菜系和烹饪技法的信息资料，供用户进行选择。
5.如权利要求1或4所述的烹饪专家系统，其特征在于：所述的用户界面模块包括有烹饪原料输入模块，所述的烹饪原料输入模块用于提供烹饪原料信息，供用户进行选择。
6.如权利要求1或4所述的烹饪专家系统，其特征在于：所述的用户界面模块包括有成菜效果输入模块，所述的成菜效果输入模块用于提供菜肴的成菜信息，供用户进行选择。
7.如权利要求6所述的烹饪专家系统，其特征在于：所述的成菜效果输入模块中的成菜信息，包括两项内容，一项为出菜时卤汁的用量控制信息，另一项为菜肴的老嫩控制信息。
8.如权利要求6所述的烹饪专家系统，其特征在于：所述的用户界面模块还进一步包括一修正模块，所述的修正模块用于对菜肴的工艺序列进行调整和参数修改。
9.一种烹调设备，包括控制系统、火控系统、出菜机构、投料机构、搅拌机构及锅具运动机构，其特征在于：其还包括上述权利要求1～8任一所述的烹饪专家系统。
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- 2009-07-09 CN CN200910108720.9A patent/CN101943891B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
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| CN1364436A (zh) * | 2001-01-12 | 2002-08-21 | 李亚锐 | 全自动智能烹调方法及系统 |
| CN101271490A (zh) * | 2008-04-30 | 2008-09-24 | 中山大学 | 一种基于数字家庭的智能健康饮食咨询系统 |
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Legal Events
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Inventor after: Ma Wentao Inventor before: Zhao Xing |
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Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: ZHAO XING TO: MA WENTAO |
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Addressee: Fanxing Science-Technology Co., Ltd., Shenzhen Document name: Notification of Patent Invention Entering into Substantive Examination Stage |
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