CN106938476B - 一种智能厨房的多功能自动切菜装置和控制方法 - Google Patents

一种智能厨房的多功能自动切菜装置和控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种智能厨房的多功能自动切菜装置和控制方法，包括送料机构、切割机构、切割角度自动调节机构和控制器；所述送料机构包括输送平台、第一驱动单元和第一导轨组件；所述切割机构包括第二驱动单元、第二导轨组件、立柱、刀具和连接支架；所述切割角度自动调节机构包括砧板和第三驱动单元；所述第三驱动单元通过支架固定在所述输送平台底部；所述砧板设在所述输送平台上方，通过传动轴与第三驱动单元连接；所述第三驱动单元内设有第三编码器；所述控制器包括PLC。本发明可以选择需要切割的厚度和大小，启动自动切菜机，可以高效的完成用户的切割要求，通过送料机构步进运动，与切割机构切割速度配合，实现不同切割厚度的调整。

Description

一种智能厨房的多功能自动切菜装置和控制方法
技术领域
本发明涉及智能厨房领域，特别涉及一种智能厨房的多功能自动切菜装置和控制方法。
背景技术
目前，人们的烹饪习惯正发生着变化，智能厨房的概念逐渐形成，作为烹饪的第一道工序，家庭厨房中的切菜方式目前还是以人工切菜为主的方式，而对于现在的年轻人来说，切菜时切出想要的厚度和大小是一件困难的事情。为了解决人们对于切菜时不同厚度和大小的需求，除日常人们所用的刀具以外，目前最常用的切菜装置是根据不同的菜品样式要求做出不同的模具，该类装置在切菜时具有手动环节多，菜品样式不能随意调节，无法准确的掌握菜品的厚度和大小，且每一种模具用途单一等缺点。因此，为了适应人们对菜品不同样式的要求，根据用户不同的要求，通过实时检测菜品的位置以及实时调节切菜时的角度和速度，控制菜品切割的厚度和大小，满足用户的不同需求，解决了人们在切菜时的诸多困难，使烹饪更加智能化，同时对智能厨房的发展具有重大的意义。
目前的自动切菜装置主要采用定距单向的方式进行切割，通过输送带传送系统将物料传送到固定位置，然后通过上方的刀具进行切割，该方法在物料传送和切割时采用固定速度，因此无法实现物料切割厚度的调节。同时，该方法以固定的方向进行切割，因此无法进行重复切割，所以不能实现物料对于不同切割大小的要求。并且，采用输送带作为传送机构，在刀具与输送带长时间的接触下会造成严重的损耗，不利于切菜装置的长久使用。
发明专利“全自动切菜机”，申请号201610270156.0，提出了采用输送带的方式进行物料的传送，通过主传动皮带和副传送皮带配合实现从一个方向进料，切割完后从另一个方向出料，这种方法在一定程度上实现了自动切菜，单仅仅实现了对物料的单次切割且功能单一，不能实现切菜时的切菜大小、厚度和力度的调节，且仅设计了自动切菜的装置，而没有对全自动切菜的控制方法进行设计，不能根据不同的切菜要求调节切菜的大小、厚度和力度，不具有智能性，无法使用智能厨房的需求。
综上所述，现阶段，在切菜的方式上已经有了一些改变，对于自动的切菜需求已经有了一定的技术，但是，目前的方法还不能实现切菜时不同厚度和大小的调节，无法满足用户对于不同菜的不同切割要求，在自动切菜方面还具有很大的局限性。因此，为了满足用户对于不同厚度和大小菜品的切割要求，同时为了适应智能化厨房的发展，研究更加智能化和自动化的切菜装置及其控制方法是非常有必要的。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种智能厨房的多功能自动切菜装置和控制方法，可以解决了传统厨房中手动切菜所导致的效率低、切菜厚度大小无法衡量的问题；用户将需要切割的物料放置在砧板上，选择需要切割的厚度和大小，启动自动切菜机，可以高效的完成用户的切割要求。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种智能厨房的多功能自动切菜装置，其特征在于，包括送料机构、切割机构、切割角度自动调节机构和控制器；所述送料机构包括输送平台、第一驱动单元和第一导轨组件；所述第一导轨组件固定在水平基座上，所述输送平台安装在第一导轨组件上，所述第一驱动单元与所述输送平台连接；所述第一驱动单元内设有第一编码器；所述水平基座固定传感器，用于感应所述输送平台上的物体是否到达切割位置；所述切割机构包括第二驱动单元、第二导轨组件、立柱、刀具和连接支架；所述立柱垂直固定在所述送料机构输送方向的末端的水平基座上；所述立柱上固定所述第二驱动单元和第二导轨组件；所述连接支架与所述第二驱动单元连接，且安装在第二导轨组件上；所述刀具与连接支架连接；所述第二驱动单元内设有第二编码器；所述第二导轨组件上设有第一光电传感器，用于感应连接支架；所述切割角度自动调节机构包括砧板和第三驱动单元；所述第三驱动单元通过支架固定在所述输送平台底部；所述砧板设在所述输送平台上方，通过传动轴与第三驱动单元连接；所述第三驱动单元内设有第三编码器；所述控制器包括PLC，所述PLC与第一光电传感器、第一编码器、第二编码器、第三编码器和传感器连接。
进一步，还包括吸附机构，用于固定所述砧板上的物体；所述吸附机构安装在砧板上。
进一步，所述吸附机构包括真空吸盘和电磁阀；所述真空吸盘嵌入所述砧板内，所述电磁阀通过气管与真空吸盘连接，用于控制真空吸盘启停；所述电磁阀与PLC连接。
进一步，所述传感器为对射式激光传感器。
进一步，所述第一驱动单元包括步进电机和第一丝杆输送机，所述步进电机通过联轴器与第一丝杆输送机连接；所述第二驱动单元包括第二伺服电机和第二丝杆输送机，所述第二伺服电机与第二丝杆输送机连接。
进一步，第三驱动单元均包括第三伺服电机和减速机，所述第三伺服电机与减速机连接。
进一步，所述第一编码器、第二编码器、第三编码器均为旋转式光电编码器。
一种智能厨房的多功能自动切菜装置的控制方法，按照如下步骤：
S01：设切割的厚度为S，第一驱动单元前进距离为S需要的脉冲数n1的计算公式为：
其中：Δθ1为第一驱动单元步进电机的单个脉冲旋转的角度，Δl1为第一丝杆输送机导程，即丝杆旋转一圈所移动的距离；
S02：设切割的力度为F，第二驱动单元产生作用力为F时所需要的脉冲频率f的计算公式为：
其中：Δθ2为第二伺服电机的单个脉冲旋转的角度，Δl2为第二丝杆输送机导程，即丝杆旋转一圈所移动的距离；l2为第一光电传感器到砧板的距离；m为刀具的重量；
S03：设置切割角度为θ3，第三驱动单元旋转θ3所需要的脉冲数n3的计算公式为：
其中：N为第三伺服电机转一圈所需要的脉冲数，i为减速箱的传动比；
S04：输入切割的厚度S、切割的力度F和切割角度θ3，所述PLC根据输入切割的厚度S、切割的力度F和切割角度θ3分别由S01、S02和S03步骤的公式计算出第一驱动单元前进距离为S需要的脉冲数n1、第二驱动单元产生作用力为F时所需要的脉冲频率f和第三驱动单元旋转θ3所需要的脉冲数n3；
S05：控制器通过第一光电传感器判断是否感应连接支架，当没有感应，则第二驱动单元反转，使连接支架向上移动，直至第一光电传感器产生信号；
S06：当第一光电传感器有信号，在所述砧板放置物体，控制器启动吸附机构，并使电磁阀得电，真空吸盘工作将物体吸附在砧板上；
S07：判断物体是否感应到对射式激光传感器，当没有感应，则所述送料机构的第一驱动单元启动，使所述输送平台带动物体运动，直至物体感应到对射式激光传感器时停止；
S08：当对射式激光传感器感应到信号，当输入切割角度为θ3时，则启动切割角度自动调节机构的第三驱动单元，第三编码器计数脉冲数n3，当脉冲数n3到达S04步骤中计算值，第三驱动单元停止；
S09：启动所述送料机构的第一驱动单元，当第一编码器的脉冲数n1到达S04步骤中计算值，第一驱动单元停止；所述切割机构的第二驱动单元启动，当第二编码器的脉冲频率f达到S04步骤中计算值时，第二驱动单元反转，当直至感应到第一光电传感器后，第二驱动单元停止；
S10：当对射式激光传感器有信号，重复S09步骤；当对射式激光传感器没有信号，电磁阀失电，真空吸盘破真空，取出切割好的物料。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的智能厨房的多功能自动切菜装置和控制方法，可以将传统的切菜模式转变为自动切菜模式，适应智能厨房发展的需求，满足用户对于不同菜品切割的要求，解决了传统厨房中手动切菜所导致的效率低、切菜厚度大小无法衡量的问题。
2.本发明所述的智能厨房的多功能自动切菜装置和控制方法，可以选择需要切割的厚度和大小，启动自动切菜机，可以高效的完成用户的切割要求；
3.本发明所述的智能厨房的多功能自动切菜装置和控制方法，通过送料机构步进运动，与切割机构切割速度配合，实现不同切割厚度的调整，同时加入传感器技术。
4.本发明所述的智能厨房的多功能自动切菜装置和控制方法，通过对射式激光传感器感应物料是否到位，实现自动识别并自动切割的过程，使传统的切菜过程智能化和自动化，提高切菜的效率和菜品的品质。
附图说明
图1为本发明所述的智能厨房的多功能自动切菜装置主视图。
图2为本发明所述的智能厨房的多功能自动切菜装置俯视图。
图3为本发明所述的智能厨房的多功能自动切菜装置左视图。
图4为本发明所述的智能厨房的多功能自动切菜装置控制方法的流程图。
图中：
1-水平基座；2-送料机构；3-切割机构；4-对射式激光传感器；5-输送平台；6-传动轴；7-砧板；8-刀具；9-真空吸盘；10-连接支架；11-光电传感器。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1、图2和图3所示，一种智能厨房的多功能自动切菜装置，包括送料机构2、切割机构3、切割角度自动调节机构和控制器；所述送料机构2包括输送平台5、第一驱动单元和第一导轨组件；所述第一导轨组件固定在水平基座1上，所述输送平台5安装在第一导轨组件上，所述第一驱动单元与所述输送平台5连接；所述第一驱动单元内设有第一编码器；所述水平基座1固定传感器，用于感应所述输送平台5上的物体是否到达切割位置；所述传感器优选为对射式激光传感器4。所述切割机构3包括第二驱动单元、第二导轨组件、立柱、刀具8和连接支架10；所述立柱垂直固定在所述送料机构2输送方向的末端的水平基座上；所述立柱上固定所述第二驱动单元和第二导轨组件；所述连接支架10与所述第二驱动单元连接，且安装在第二导轨组件上；所述刀具8与连接支架10连接；所述第二驱动单元内设有第二编码器；所述第二导轨组件上设有第一光电传感器11，用于感应连接支架10，判断刀具是否在设定的原始位置(即感应到连接支架10的位置)；所述切割角度自动调节机构包括砧板7和第三驱动单元；所述第三驱动单元通过支架固定在所述输送平台5底部；所述砧板7设在所述输送平台5上方，通过传动轴6与第三驱动单元连接；所述第三驱动单元内设有第三编码器；所述控制器包括PLC，所述PLC与第一光电传感器11、第一编码器、第二编码器、第三编码器和传感器连接。为了方便控制，所述第一编码器、第二编码器、第三编码器均为旋转式光电编码器，控制器还包括触摸屏，可以通过手动输入参数值。
所述第一驱动单元包括步进电机和第一丝杆输送机，所述步进电机通过联轴器与第一丝杆输送机连接；所述第二驱动单元包括第二伺服电机和第二丝杆输送机，所述第二伺服电机与第二丝杆输送机连接。第三驱动单元均包括第三伺服电机和减速机，所述第三伺服电机与减速机连接。
为了固定砧板7上的物体，防止物体由于切割导致掉落，还包括吸附机构，用于固定所述砧板7上的物体；所述吸附机构安装在砧板7上。所述吸附机构包括真空吸盘9和电磁阀；所述真空吸盘9嵌入所述砧板7内，所述电磁阀通过气管与真空吸盘9连接，用于控制真空吸盘9启停；所述电磁阀与PLC连接。
结合图4所示，本发明所述的智能厨房的多功能自动切菜装置和控制方法，可以将传统的切菜模式转变为自动切菜模式，满足用户对于不同菜品切割的要求，解决了传统厨房中手动切菜所导致的效率低、切菜厚度大小无法衡量的问题，具体控制方法按照如下步骤：
S01：设切割的厚度为S，第一驱动单元前进距离为S需要的脉冲数n1的计算公式为：
其中：Δθ1为第一驱动单元步进电机的单个脉冲旋转的角度，Δl1为第一丝杆输送机导程，即丝杆旋转一圈所移动的距离；
S02：设切割的力度为F，第二驱动单元产生作用力为F时所需要的脉冲频率f的计算公式为：
其中：Δθ2为第二伺服电机的单个脉冲旋转的角度，Δl2为第二丝杆输送机导程，即丝杆旋转一圈所移动的距离；l2为第一光电传感器11到砧板7的距离；m为刀具的重量；
S03：设置切割角度为θ3，第三驱动单元旋转θ3所需要的脉冲数n3的计算公式为：
其中：N为第三伺服电机转一圈所需要的脉冲数，i为减速箱的传动比；
S04：输入切割的厚度S、切割的力度F和切割角度θ3，所述PLC根据输入切割的厚度S、切割的力度F和切割角度θ3分别由S01、S02和S03步骤的公式计算出第一驱动单元前进距离为S需要的脉冲数n1、第二驱动单元产生作用力为F时所需要的脉冲频率f和第三驱动单元旋转θ3所需要的脉冲数n3；
S05：控制器通过第一光电传感器11判断是否感应连接支架10，当没有感应，则第二驱动单元反转，使连接支架10向上移动，直至第一光电传感器11产生信号；
S06：当第一光电传感器11有信号，在所述砧板7放置物体，控制器启动吸附机构，并使电磁阀得电，真空吸盘9工作将物体吸附在砧板7上；
S07：判断物体是否感应到对射式激光传感器4，当没有感应，则所述送料机构2的第一驱动单元启动，使所述输送平台5带动物体运动，直至物体感应到对射式激光传感器4时停止；
S08：当对射式激光传感器4感应到信号，当输入切割角度为θ3时，则启动切割角度自动调节机构的第三驱动单元，第三编码器计数脉冲数n3，当脉冲数n3到达S04步骤中计算值，第三驱动单元停止；
S09：启动所述送料机构2的第一驱动单元，当第一编码器的脉冲数n1到达S04步骤中计算值，第一驱动单元停止；所述切割机构3的第二驱动单元启动，当第二编码器的脉冲频率f达到S04步骤中计算值时，第二驱动单元反转，当直至感应到第一光电传感器11后，第二驱动单元停止；
S10：当对射式激光传感器4有信号，重复S09步骤；当对射式激光传感器4没有信号，电磁阀失电，真空吸盘9破真空，取出切割好的物料。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种智能厨房的多功能自动切菜装置，其特征在于，包括送料机构(2)、切割机构(3)、切割角度自动调节机构和控制器；
所述送料机构(2)包括输送平台(5)、第一驱动单元和第一导轨组件；所述第一导轨组件固定在水平基座(1)上，所述输送平台(5)安装在第一导轨组件上，所述第一驱动单元与所述输送平台(5)连接；所述第一驱动单元内设有第一编码器；所述水平基座(1)固定传感器，用于感应所述输送平台(5)上的物体是否到达切割位置；
所述切割机构(3)包括第二驱动单元、第二导轨组件、立柱、刀具(8)和连接支架(10)；所述立柱垂直固定在所述送料机构(2)输送方向的末端的水平基座上；所述立柱上固定所述第二驱动单元和第二导轨组件；所述连接支架(10)与所述第二驱动单元连接，且安装在第二导轨组件上；所述刀具(8)与连接支架(10)连接；所述第二驱动单元内设有第二编码器；所述第二导轨组件上设有第一光电传感器(11)，用于感应连接支架(10)；
所述切割角度自动调节机构包括砧板(7)和第三驱动单元；所述第三驱动单元通过支架固定在所述输送平台(5)底部；所述砧板(7)设在所述输送平台(5)上方，通过传动轴(6)与第三驱动单元连接；所述第三驱动单元内设有第三编码器；
所述控制器包括PLC，所述PLC与第一光电传感器(11)、第一编码器、第二编码器、第三编码器和传感器连接。
2.根据权利要求1所述的智能厨房的多功能自动切菜装置，其特征在于，还包括吸附机构，用于固定所述砧板(7)上的物体；所述吸附机构安装在砧板(7)上。
3.根据权利要求2所述的智能厨房的多功能自动切菜装置，其特征在于，所述吸附机构包括真空吸盘(9)和电磁阀；所述真空吸盘(9)嵌入所述砧板(7)内，所述电磁阀通过气管与真空吸盘(9)连接，用于控制真空吸盘(9)启停；所述电磁阀与PLC连接。
4.根据权利要求1所述的智能厨房的多功能自动切菜装置，其特征在于，所述传感器为对射式激光传感器(4)。
5.根据权利要求1所述的智能厨房的多功能自动切菜装置，其特征在于，所述第一驱动单元包括步进电机和第一丝杆输送机，所述步进电机通过联轴器与第一丝杆输送机连接；所述第二驱动单元包括第二伺服电机和第二丝杆输送机，所述第二伺服电机与第二丝杆输送机连接。
6.根据权利要求1所述的智能厨房的多功能自动切菜装置，其特征在于，第三驱动单元均包括第三伺服电机和减速机，所述第三伺服电机与减速机连接。
7.根据权利要求1所述的智能厨房的多功能自动切菜装置，其特征在于，所述第一编码器、第二编码器、第三编码器均为旋转式光电编码器。
8.一种根据权利要求1所述的智能厨房的多功能自动切菜装置的控制方法，其特征在于，按照如下步骤：
S01：设切割的厚度为S，第一驱动单元前进距离为S需要的脉冲数n1的计算公式为：
其中：Δθ1为第一驱动单元步进电机的单个脉冲旋转的角度，Δl1为第一丝杆输送机导程，即丝杆旋转一圈所移动的距离；
S02：设切割的力度为F，第二驱动单元产生作用力为F时所需要的脉冲频率f的计算公式为：
其中：Δθ2为第二伺服电机的单个脉冲旋转的角度，Δl2为第二丝杆输送机导程，即丝杆旋转一圈所移动的距离；l2为第一光电传感器(11)到砧板(7)的距离；m为刀具的重量；
S03：设置切割角度为θ3，第三驱动单元旋转θ3所需要的脉冲数n3的计算公式为：
其中：N为第三伺服电机转一圈所需要的脉冲数，i为减速箱的传动比；
S04：输入切割的厚度S、切割的力度F和切割角度θ3，所述PLC根据输入切割的厚度S、切割的力度F和切割角度θ3分别由S01、S02和S03步骤的公式计算出第一驱动单元前进距离为S需要的脉冲数n1、第二驱动单元产生作用力为F时所需要的脉冲频率f和第三驱动单元旋转θ3所需要的脉冲数n3；
S05：控制器通过第一光电传感器(11)判断是否感应连接支架(10)，当没有感应，则第二驱动单元反转，使连接支架(10)向上移动，直至第一光电传感器(11)产生信号；
S06：当第一光电传感器(11)有信号，在所述砧板(7)放置物体，控制器启动吸附机构，并使电磁阀得电，真空吸盘(9)工作将物体吸附在砧板(7)上；
S07：判断物体是否感应到对射式激光传感器(4)，当没有感应，则所述送料机构(2)的第一驱动单元启动，使所述输送平台(5)带动物体运动，直至物体感应到对射式激光传感器(4)时停止；
S08：当对射式激光传感器(4)感应到信号，当输入切割角度为θ3时，则启动切割角度自动调节机构的第三驱动单元，第三编码器计数脉冲数n3，当脉冲数n3到达S04步骤中计算值，第三驱动单元停止；
S09：启动所述送料机构(2)的第一驱动单元，当第一编码器的脉冲数n1到达S04步骤中计算值，第一驱动单元停止；所述切割机构(3)的第二驱动单元启动，当第二编码器的脉冲频率f达到S04步骤中计算值时，第二驱动单元反转，当直至感应到第一光电传感器(11)后，第二驱动单元停止；
S10：当对射式激光传感器(4)有信号，重复S09步骤；当对射式激光传感器(4)没有信号，电磁阀失电，真空吸盘(9)破真空，取出切割好的物料。
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