CN2502864Y - 烹饪机器人 - Google Patents

Abstract

一种用于烹饪的机器人,属机器人技术领域,解决用机器人取代人工烹饪的问题,改变家庭厨房的现状。烹饪机器人由四个部分组成:储藏配料的冰柜、自动供料的供料托盘架、装有仿真机械手和炊具等的烹饪箱、控制所有操作程序的电脑及软件系统等。它采用电脑与仿真机械手配合,模拟厨师的操作过程,烹调各种菜肴和主食。仿真机械手的所有操作动作都是由电脑控制的,操作程序是由光盘或磁盘提供的,操作程序是拷贝厨师的烹饪操作获得的,烹调所用的配料是经过加工并符合规范的配料。

Description

烹饪机器人

一、前言：

本实用新型涉及一种功能型烹饪机器人，属于机器人技术领域，其目的是解决用机器人取代人工烹饪的技术问题。

中餐有数千年悠久的烹饪历史，是中华民族饮食文化中的瑰宝。中餐饮食包罗万象，其博大精深的烹调技术形成了京、鲁、苏、川、粤、闽、鄂、滇、新等众多名菜精品，烹调方法有炒、炸、烧、烤、熘、煸、煎、烩、蒸、煮、炖、煨、汆、拌、卤等。长期以来厨师以一个炒锅一把炒勺走遍天下，练出了精湛的技艺。如何将厨师的高超技艺保存下来，继承和发展是大家梦寐以求的希望。各种烹饪机械可以减轻人的劳动强度，提高生产效率，但都不能从根本上取代厨师的手工烹饪操作。

涉及到中餐烹饪技术的发明有中国专利97116295.6号发明专利。该项发明公开了一种利用西餐的制作方法进行改良而制作中餐，其能模仿中餐制作过程中的煎、烤、炖、煮、炒、蒸、焖等方法，制作出的各种饭菜仍能保持中餐风味，且能实现大批量品质一致的生产。其特征在于将统一制作的调料和菜的原料拌匀，放入托盘，托盘再放入多层托盘架，并放入智能蒸烤箱，各道程序的烤制时间按程序设定，一边喷水气一边调整烤制的温度，来实现自动调整智能蒸烤箱，箱内的干湿度可模仿中餐的煎、烤、炖、煮、炒、蒸、焖等烹饪方式。

本实用新型与其不同的是按照中餐的烹调要领，突出体现中餐的烹调特色与火侯，逼真的模拟厨师的手工技艺，手工烹调效果，保留名菜特色。

实现本实用新型的方法是通过电脑和仿真机械手相配合，模拟厨师的烹饪操作。烹饪操作程序是通过拷贝厨师的操作全过程编制的，再配上辅助程序后制成光盘或磁盘，就能使烹饪机器人获得技能和智能，完成各种烹饪操作。使用时在光驱或软驱中放入光盘或磁盘，通过电脑操纵仿真机械手进行烹饪操作，达到厨师亲手烹调炒制的效果。为减少烹饪机器人的操作程序和取消不必要的工序如洗菜、切菜等，在烹饪操作中，所有的主料和配料都是事先加工配备的符合规范的配料。只要适当更换炊具、餐具及烹调操作软件，也可从事西餐烹调。

烹饪机器人的发明，可使厨房袖珍化、电器化、网络化。通过电话线可使烹饪机器人接受固定、移动电话或网络的工作指令进行操作，使高科技融入生活，使传统的烹饪技艺得到保存和提高。

二、结构；

烹饪机器人分为四个部分：储藏配料的冰柜，自动供料的供料托盘架、装有仿真机械手和炊具的烹饪箱、控制所有操作程序的电脑、软件系统等。

说明书附图如下：

图1：烹饪机器人结构示意图

图2：供料托盘架结构示意图

图3：驱动存取装置结构示意图

图4：烹饪箱结构示意图

图5：调料小柜结构示意图

图6：仿真机械手结构示意图

图7：传感器手套示意图

图8：电脑控制系统示意图

以下结合说明书附图阐述其实施例的结构：

图1为烹饪机器人整体结构，上部由烹饪箱(3)和电脑(5)组成，下部由一台冰柜(1)作为底座，也是储藏箱。冰柜(1)应具有冷冻室(1-1)和冷藏室(1-2)两个部分，储藏需要冷冻保存的配料和需要冷藏保鲜的配料。图2为供料托盘架(2)。所有的主食、菜肴等配料都放在冰柜(1)的冷冻室(1-1)和冷藏室(1-2)里的两个供料托盘架(2)上。供料托盘架(2)分为相同的两个部分，每个供料托盘架(2)分成5层托盘，安装在共有的一个同心轴(2-2)上。每个托盘(2-1)中心部位具有轴套(2-3)和轴承(2-4)，各自可自由转动。每个托盘(2-1)分为7个区位(2-5)，由压制成的筋和凹槽分隔定位，每个区位(2-5)放置一个盛放配料的配料盒(2-6)在凹槽里。每个托盘(2-1)外缘有一个齿圈(2-7)，用来驱动托盘(2-1)转动寻址。每个托盘(2-1)都有一个区位缺口(2-8)作为存取通道，供驱动存取装置(2-9)的存取部分(2-14)往返于托盘(2-1)和烹饪箱(3)之间存取配料。每个托盘(2-1)底部区位(2-5)边缘设定的部位都装有一面可反射红外线的镜面(2-10)，供寻址传感器(2-20)识别区位(2-5)。两个供料托盘架(2)上都各自装有一套驱动存取装置(2-9)，用来驱动托盘(2-1)寻址和从托盘(2-1)上存取配料盒(2-6)。每个托盘(2-1)都装有一个制动爪(2-12)用于托盘定位。图3是驱动存取装置(2-9)。驱动存取装置(2-9)由驱动部分(2-13)和存取部分(2-14)组成。驱动部分(2-13)由驱动电机(2-15)、主动齿轮(2-16)、从动齿轮(2-17)、离合杠杆(2-18)、离合电磁铁(2-19)、红外线寻址传感器(2-20)组成；存取部分(2-14)由升降电机(2-21)、主动齿轮(2-22)、从动齿轮(2-23)、齿条(2-24)、抓取配料盒(2-6)的电磁铁(2-25)、寻找托盘(2-1)的红外线计数传感器(2-26)等组成。驱动、存取部分由一个挂钩(2-27)连接成一体，用于整体升降寻找所需要的托盘(2-1)，也可摘去挂钩(2-27)单独工作，用于存取部分(2-14)往返于托盘(2-1)和烹饪箱(3)之间存取配料盒(2-6)。供料托盘架(2)、驱动存取装置(2-9)连同冰柜(1)上盖(1-3)可以从冰柜(1)中整体抬出便于清洁和维护。图4为烹饪箱(3)。烹饪箱(3)是一个箱体，可以整体拆下。烹饪箱(3)的四面壁板(3-1)可以打开，顶板(3-2)上装有两个抽油烟机(3-3)和两个烟雾传感器(3-17)，由电脑(5)控制其运转。底板(3-4)上装有两套电子打火炉盘(3-5)及两个温度传感器(3-18)，可使用煤气、天然气或液化气作燃料，由电脑(5)通过电动调节器(3-19)控制开关和调节火力大小。两个电子打火炉盘(3-5)上各自放有炒炸锅(3-6)和蒸煮锅(3-7)。顶板(3-2)上安装有四只仿真机械手(4)，相当于两个机器人在工作，可以同时完成炒、炸、蒸、煮等各种烹饪操作工艺，烹调各种主食和菜肴。在烹饪箱里(3)安装有两个摄像头(6)，协助仿真机械手进行烹饪操作。摄像头上装有电动快门(6-1)，处于常闭状态避免烹饪箱内的烟雾对摄像头(6)的损害，在需要输入图象信息时才打开，同时打开照明灯(6-2)。在烹饪箱(3)里还装有自来水供水管接口(5-7)和废水排出管接口(5-8)，煤气、天然气或液化气供气管接口(5-9)、电源进线接口(5-10)、电话线接口(5-11)。图5为调料小柜的结构。调料小柜(3-8)在炒炸锅(3-6)前方的箱壁外边嵌装，便于从箱外补充调料，也避开箱内的高温，避免调料变质。调料小柜(3-8)分为三层。上面一层安置清油、酱油、醋、料酒、香油、色拉油等桶，每个桶的底部都有一个软管伸入箱内，管口装有带阀门的管嘴(3-9)，供仿真机械手(4)加料。调料小柜(3-8)的第二层和第三层有许多装有调料的小抽屉(3-10)，小抽屉(3-10)上有拉手可在烹饪箱(3)里拉出推进，小抽屉(3-10)里分别装有盐末、五香粉、味精、水淀粉、胡椒粉、辣椒粉、芥末粉、芝麻酱、面酱、桂花酱、白糖、红糖等，每个小抽屉(3-10)里放有定量勺(3-11)，由仿真机械手(4)添加调料。在炒炸锅(3-6)后边放有定位放置炒勺、锅铲的小架(3-12)。在蒸煮锅(3-7)的前方有餐具架(3-13)，定位放置有中碗、小碗、小碟、盘子和汤盆等。在蒸煮锅(3-7)后方有定位放置汤勺、漏勺、筷子、调羹的小仓(3-14)。在两锅之间安装餐具托盘传送装置(3-15)，定位放置餐具托盘(3-16)，做好的饭菜可放在餐具托盘(3-16)里，传送出去。餐具托盘传送装置(3-15)由驱动电机(3-20)、主动辊(3-21)、从动辊(3-22)、传感器(3-23)、传送皮带(3-24)和机架等组成。由电脑(5)控制餐具托盘传送装置(3-15)的运转。在餐具托盘传送装置前方的箱壁上安装有一扇小门(3-17)，餐具托盘传送装置(3-15)向外推出时小门(3-17)就被顶开，餐具托盘传送装置(3-15)向里退回时小门在其弹簧的作用下自动关闭。图6为安装在烹饪箱(3)里的仿真机械手(4)。仿真机械手(4)由上臂(4-1)、前臂(4-2)、手指(4-3)三个部分组成。上臂(4-1)由3个液压转动单元(4-4)及连接件组成。前臂(4-2)由2个液压转动单元(4-4)和一组直列的小型液压缸(4-5)或膨胀伸缩管及连接件等组成。所谓的膨胀伸缩管是在两层高弹性橡胶管间分布钢丝或高强度绳索做成的网状结构，当管中充入高压液体或气体时，胶管膨胀长度收缩，反之则伸长。手指部分(4-3)呈五指结构，手指(4-3)由指管(4-7)经管轴(4-8)互相连接构成。用钢丝(4-9)或高强度绳索将指管(4-7)与前臂(4-2)上一组直列的小型液压缸(4-5)连接，小型液压缸(4-5)的运动牵动手指(4-3)作屈伸运动。在液压转动单元(4-4)、小型液压缸(4-5)的液流进出口(4-10)均装有微型电磁换向阀(4-11)控制仿真机械手(4)的运动。这些微型电磁换向阀(4-11)上有两根输液软管(4-12)将微型电磁换向阀(4-11)与卸荷阀(4-13)、储液槽(4-14)连接起来，使卸荷阀(4-13)输出的高压液流通过微型电磁换向阀(4-11)驱动仿真机械手(4)运动。微型电磁换向阀(4-11)排出的低压液流通过输液软管(4-12)回到储液槽(4-14)里，再由液压泵(4-17)将液流输入卸荷阀(4-13)，完成液流的循环。在这些微型电磁换向阀(4-11)上有控制电线汇成的电缆(4-18)接到仿真机械手(4)的控制插头(4-19)。图7为传感器手套。在每个仿真机械手(4)上都装有一条从手指(4-3)到肩部的传感器手套(4-20)。传感器手套(4-20)由高弹性、高强度耐磨织物制成。在手套的肩关节、肘关节、腕关节、指关节等部位，装有21个微型压力传感器(4-21)，监测仿真机械手(4)各个关节的运动姿态变化，在手指(4-3)端部安装5个微型压力传感器(4-21)，监测仿真机械手(4)握拿物体时的力度。传感器手套(4-20)上的所有压力传感器(4-21)都由检测线路汇成电缆(4-22)接到仿真机械手(4)的传感器插头(4-23)。传感器手套(4-20)的表面复合有一层乳胶层(4-24)，可起到耐磨、防水等保护功能。图8为烹饪箱(3)外部安装的电脑(5)的控制系统。电脑(5)的控制系统由安装在烹饪箱(3)前面板上的电脑主机箱(5-1)、光驱(5-2)或软驱、液晶显示器(5-3)、小键盘(5-4)等组成。有电缆(5-5)从电脑主机箱(5-1)通到仿真机械手(4)的控制插座(4-19)、液压泵(4-17)的控制插座(4-17)、驱动存取装置(2-9)的控制插座(2-9)，抽油烟机(3-3)的控制插座(3-3)、电子打火炉盘(3-5)的控制插座(3-19)、餐具托盘传送装置(3-15)的控制插座(3-20)。另有一根电缆从电脑主机箱(5-1)通到仿真机械手(4)的传感器插座(4-23)、驱动存取装置(2-9)的红外线传感器插座(2-20)、(2-26)、抽油烟机(3-3)的烟雾传感器插座(3-17)、电子打火炉盘(3-5)的温度传感器插座(3-18)、餐具托盘传送装置(3-15)的传感器(3-23)等插座。另有馈线和控制线从电脑主机箱(5-1)接到摄像头(6)及电动快门(6-1)、照明灯(6-2)。

三、工作原理：

本实用新型是将厨师的操作动作信息通过传感器输入到电脑中，经处理后储存在光盘或磁盘中。使用时，通过电脑去控制仿真机械手重现厨师的操作动作，产生烹饪操作的效果。厨师在进行烹饪操作时，两个手臂的每个肌肉和每个关节都在进行不同程度和力度的运动，必须将这些运动状态全部记录下来才能控制仿真机械手作出相同程度和力度的运动，达到逼真的模拟厨师烹饪操作的全过程。为达到这个目的，可以提取厨师手臂运动的肌电流信号输入电脑中。但更简便实用的一个实施例是让厨师戴上具有与仿真机械手完全相同性质的一双传感器手套，并用电缆将仿真机械手的传感器手套和厨师所戴的传感器手套与电脑连接起来。这种传感器手套做成连衣型，厨师穿上这种上衣就能使传感器手套上的各个传感器紧贴在手臂的各个关节部位。厨师在进行烹饪操作示范时，其手套上的传感器就将厨师的两只手臂上所有关节的运动状态及力度信息经电缆输入到电脑中储存起来成为标准信号。这种标准信号经电脑输出到仿真机械手的微型电磁换向阀，使仿真机械手动作起来，模拟厨师的烹饪操作动作。同时从仿真机械手的传感器手套上输出一套反馈信号，反映仿真机械手的实际运动状态，将此反馈信号输入到电脑中与标准信号进行运算比较，将其差值再输出到仿真机械手进行校正，从而保证仿真机械手的操作动作与厨师的操作动作达到完全一致。用这种方法只能使仿真机械手作出机械呆板地模拟厨师的操作动作过程，没有任何应变能力。

储存在电脑中的这些标准信号构成了烹饪操作的技能程序，除了技能程序还需配备一套辅助程序，才能进行复杂的烹饪操作。辅助程序包括记忆程序、引导程序、确认程序3个部分。将技能程序按一个个独立操作动作分解成若干片段，在每个片段间嵌入辅助程序，对上一片段技能程序加以检验、确认，对下一片段技能程序给予引导，确保技能程序片断的顺利执行，如果某一技能程序片段不能确认，就会重复执行这一片段，直至确认为止。一个嵌有辅助程序的技能程序构成了实用的操作程序。烹饪机器人拥有了这种操作程序后，就获得了技能和智能，可以有效地处理烹饪操作中的复杂场合，顺利完成烹饪操作。

工作过程：

一、安装：将供料托盘架放入冰柜，使与其相连的冰柜上盖盖在冰柜上，烹饪箱及电脑安装在冰柜上部，接上电源进线和电话线，连接好所有的插头插座，连接好自来水供水软管、废水排出软管、煤气供气软管等接口。

二、调试：接通电源、打开自来水、煤气供气阀门，起动电脑后点击自检键，电脑开始自检：驱动存取装置试运行，电子打火炉盘点火调温后关闭，抽油烟机试运转，餐具托盘传送装置试运转，仿真机械手试动作。

三、备料：点击备料键，餐具托盘推出，将按菜单准备好的各种配料依次堆放在餐具托盘上，点击确认键餐具托盘退回，驱动存取装置将空配料盒送上来，仿真机械手抓起配料袋，摄像头读取配料袋上的条码输入电脑，同时将配料袋放入冷冻或冷藏配料盒，再由各自的驱动存取装置将配料盒存入冷冻室或冷藏室的供料托盘架上，通过红外线传感器的协助将各个配料盒所在位置的信息输入电脑。如此将一袋袋配料一一放入托盘上的所有配料盒，直到两个供料托盘架上的所有配料盒装满为止。

四、烹饪：放入菜单光盘，点击所需的菜名编码键，电脑查出该编码并核对存入供料托盘架中的配料，如果配料不全就显示所缺的配料，可更换菜名或放弃这道菜。如果配料齐全电脑就开始执行这道菜的操作程序：将炒锅放在炉盘上，电子打火炉盘在电脑的控制下自动点燃并调节火力，抽油烟机自动运转，仿真机械手拿起清油管向锅里定量倒入清油，驱动存取装置从供料托盘架的托盘上寻找所需的配料盒，将配料盒送到烹饪箱里，仿真机械手将这道菜的所有配料都从配料盒里拿出放在餐具托盘里，然后按照操作程序一一添加配料和调料，掂锅搅勺将菜炒好，最后端起锅将菜倒在盘子里。餐具托盘传送装置运转，将菜送出，同时音乐语言提示。这样将一道道菜炒好送出，完成菜单上的全部菜肴的烹调操作任务。

同时可以根据主食菜单及配料和相应的操作程序制作出各种主食，如炸酱面、卤面、刀削面、揪面片、饺子、包子等。

Claims (7)

1、一种用于烹饪的机器人，用机器人取代人工烹饪操作的智能装置，烹饪机器人包括：储存配料的冰柜(1)，冰柜具有冷冻室(1-1)和冷藏室(1-2)两个部分；放置在冰柜(1)的冷冻室(1-1)、冷藏室(1-2)里的供料托盘架(2)和驱动存取装置(2-9)；安装在冰柜(1)上部的烹饪箱(3)，及安装在烹饪箱(3)里的仿真机械手(4)和摄像头(6)、炊具餐具等；安装在烹饪箱(3)外部的电脑控制系统(5)；其特征是具有仿真机械手和电脑、软件控制系统。

2、根据权利要求1所述的烹饪机器人，其特征在于供料托盘架(2)分为相同的两个部分，分别放置在冰柜的冷冻室(1-1)和冷藏室(1-2)中，每个供料托盘架(2)由若干个托盘(2-1)组成，安装在共有的一个同心轴上，每个托盘(2-1)中心部位具有轴套(2-3)和轴承(2-4)，每个托盘(2-1)分为若干个区位(2-5)，由压制成的筋和凹槽分隔定位，每个区位放置一个盛放配料的配料盒(2-6)在凹槽里，每个托盘(2-1)外缘有一个齿圈(2-7)，每个托盘(2-1)都有一个区位缺口(2-8)，每个托盘(2-1)底部的区位(2-5)边缘设定的部位都装有一面可反射红外线的镜面(2-10)，每个托盘(2-1)都装有一个制动爪(2-12)；两个供料托盘架(2)都各自装有一套驱动存取装置(2-9)，并且由驱动部分(2-13)和存取部分(2-14)组成，两个部分由挂钩(2-27)连成一体或单独分开；驱动部分(2-13)由驱动电机(2-15)、主动齿轮(2-16)、从动齿轮(2-17)、离合杠杆(2-18)、离合电磁铁(2-19)、红外线寻址传感器(2-20)组成；存取部分(2-14)由升降电机(2-21)、主动齿轮(2-22)、从动齿轮(2-23)、齿条(2-24)、抓取配料盒(2-6)的电磁铁(2-25)、寻找托盘(2-1)的红外线计数传感器(2-26)等组成。

3、根据权利要求1所述的烹饪机器人，其特征在于烹饪箱(3)里安装若干个仿真机械手(4)及与其配套的液压泵(4-17)、卸荷阀(4-13)、储液槽(4-14)、输液软管(4-12)等；在烹饪箱(3)里还装有两个摄像头(6)，用馈线与电脑主机箱(5-1)的输入接口连接，摄像头(6)上装有电动快门(6-1)和照明灯(6-2)，由控制线与电脑主机箱(5-1)连接；烹饪箱(3)里还装有抽油烟机(3-3)、电子打火炉盘(3-5)或电炉盘，及餐具托盘传送装置(3-15)、调料小柜(3-8)、炊具餐具等；在抽油烟机(3-3)上装有烟雾传感器(3-17)，电子打火炉盘(3-5)上装有温度传感器(3-18)和电动调节器(3-19)；餐具托盘传送装置(3-15)由驱动电机(3-20)、主动辊(3-21)、从动辊(3-22)、传感器(3-23)、传送皮带(3-24)等组成；烹饪箱(3)上还装有电源进线接口(5-10)、电话线接口(5-11)、自来水供水管接口(5-7)、废水排出管接口(5-8)，煤气、天然气或液化气的供气管接口(5-9)；

4、根据权利要求1所述的烹饪机器人，其特征是每个仿真机械手(4)由上臂(4-1)、前臂(4-2)、手指(4-3)三个部分组成；上臂(4-1)由3个液压转动单元(4-4)及连接件组成，前臂(4-2)由2个液压转动单元(44)和一组直列的小型液压缸(4-5)或膨胀伸缩管及连接件组成；手指部分(4-3)呈五指结构，手指(4-3)由指管(4-7)经管轴(4-8)互相连接构成，指管(4-7)中装有钢丝(4-9)或高强度绳索将指管(4-7)与前臂(4-2)的一组直列小型液压缸(4-5)连接，所有上臂(4-1)、前臂(4-2)的液压转动单元(4-4)和小型液压缸(4-5)的液流进出口(4-10)均装有微型电磁换向阀(4-11)，这些微型电磁换向阀(4-11)的控制电线汇集成电缆(4-18)接到仿真机械手的控制插头(4-19)；由两根输液软管(4-12)将卸荷阀(4-13)、储液槽(4-14)和所有的电磁换向阀(4-11)、液压转动单元(4-4)、小型液压缸(4-5)连接起来，液压泵(4-17)又将储液槽(4-14)和卸荷阀(4-13)连接起来；每个仿真机械手(4)，都装有一条从手指(4-3)到肩部的传感器手套(4-20)；传感器手套(4-20)由高强度耐磨织物制成，在肩关节、肘关节、腕关节、指关节等部位，分设若干个微型压力传感器(4-21)，在手指(4-3)端部，也分设若干个微型压力传感器(4-21)，这些微型压力传感器(4-21)通过电缆(4-22)接到仿真机械手(4)的传感器插头(4-23)上；在传感器手套(4-20)的表面复合有一层乳胶层(4-24)。

5、根据权利要求1所述的烹饪机器人，其特征在于烹饪箱(3)外部安装的电脑(5)由电脑主机箱(5-1)、光驱(5-2)或软驱、液晶显示器(5-3)、小键盘(5-4)等组成；电脑主机箱(5-1)上有电缆(5-5)通到仿真机械手(4)的控制插座(4-19)、液压泵(4-17)的控制插座(4-17)、驱动存取装置(2-9)的控制插座(2-9)，抽油烟机(3-3)的控制插座(3-3)、电子打火炉盘(3-5)的控制插座(3-19)、餐具托盘传送装置(3-15)的控制插座(3-20)  另有从仿真机械手(4)的传感器插座(4-23)、驱动存取装置(2-9)的红外线传感器插座(2-20)、(2-26)、餐具托盘传送装置(3-15)的传感器插座(3-23)、抽油烟机(3-3)的烟雾传感器插痤(3-17)、电子打火炉盘(3-5)的温度传感器插座(3-18)等许多传感器插座汇集到电脑主机箱(5-1)的电缆；另有馈线和控制线接到两个摄像头(6)。

6、根据权利要求1所述的烹饪机器人，其特征在于电脑(5)中的光驱(5-2)或软驱，使用储存有操作程序的光盘或磁盘。

7、根据权利要求1所述的烹饪机器人，其特征在于所用的配料是经过加工并符合规范的配料。

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