自动烹饪系统机械装置的设计学士学位论文 48页

南昌航空大学科技学院学士学位论文1绪论1.1自动烹调机的目的及意义工业革命是一个从工场手工业向机器大工业过渡的阶段。是以机器取代人力，以大规模工厂化生产取代个体工场手工生产的一场生产与科技革命。而第三次工业科技革命是人类文明史上继蒸汽技术革命和电力技术革命之后科技领域里的又一次重大飞跃。这次科技革命不仅极大地推动了人类社会经济、政治、文化领域的变革，而且也影响了人类生活方式和思维方式，使人类社会生活和人的现代化向更高境界发展。人类在长期的生产实践中，为了减轻劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率，创造了和发展了机械，如汽车，机床等。随着电子，电气技术的发展，大多数现代机械已不再是传统意义上的单纯的机械，而是综合有机电液气的广义上的机械，特别是机电的结合越来越紧密，机械产品也逐步发展为性能功能更强的机电产品，越来越深入地进入到我们的生产生活中。众所周知，工业化的基础是机械化、自动化。机械化、自动化带给人类的是快节奏的工作。而快节奏的工作带给人们的又是快节奏的生活。随着现代化时代的快速发展，人们对饮食的要求越来越高，不只是追求一个“饱”，还要追求“好”，追求 “快”，追求营养、追求“科学”。这就引出了快餐的概念（即能方便快速食用的食品或饭菜）。如洋快餐的汉堡包、炸鸡腿、炸薯条等。快餐有三层含义：a、它是方便快捷的食品；b、具备快速进餐的特点；c、能适应餐饮规模化发展的一种经营模式。根据这种定义，现在有很多人都认为，快餐就是一些简单方便的食品或饭菜，只要能快速吃到就是快餐，洋快餐就是现代快餐，因为，它具备现代化的经营模式等等。这些看法和认识都很肤浅，并有片面性。实际上，现代快餐是有很多现代科学条件要求的。可以说，目前，上市的中式快餐，只能叫传统快餐或过渡性快餐，它们不具备现代快餐的特征，包括“洋快餐”，也只能算作现代快餐支流中的小小快餐，大宴中的一个小菜，根本谈不上主流快餐。也就是说，因时代的发展，现代人需要现代快餐。那么，现代快餐必须具备现代化特征、并能及时满足现代人因生活需要在“食”方面的各种要求，而不只是一些简单方便的食品。那么，什么是现代快餐呢？   现代快餐的主要特点是“快”和“现代”。也就是说，现代人需要现代餐，是因为随着时代的迅猛发展，人们生活水平不断提高和生活节奏的加快，加上旅游、外出工作等等，需要方便快速、随时随地的解决饮食问题、需要新鲜美味、需要科48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文学膳食、需要解放烦琐的厨房工作、需要保健治疗的膳食等等，这是时代的要求和历史的发展趋势。因此，需要外食、需要符合人们正常生活和高质量要求的快餐越来越多。所以，现代快餐应该是现代餐中的主流餐，达到日常用餐的程度。因此，现代快餐必须具备现代化特征、并能及时满足现代人因生活需要在“食”方面的各种要求：既突出快，还必须及时，随人动而动，随人意而有，并不受天时地理的影响；既简单方便、能快速进食，还必须突出色、香、味、形、意、器、养、健、疗的标准；既能小规模生产、又能现代的集团化生产经营，达到以上的标准，才称得起真正的现代快餐。而传统餐饮和传统快餐，已经满足不了这些要求了。因为它是一个非常复杂、涉及多方面、综合的时代新要求。为什么这样说呢？如果只是满足人的吃饱问题，不管冷热、味道、营养、时间、地点等多方面的需求，则非常容易。如果，还要达到上述的要求，最终的产品还必须达到快捷方便、简单快速进食，其产品的科技含量是非常高的。否则，就不能实现。传统餐饮就是如此，复杂而不能快速，快速而不能精细，精细而不能简单，简单而不能全面，全面而不能现代，现代而不能随意，随意而不能如愿。所以，传统餐饮和传统快餐的传统经营，只符合过去时代人们的生活需要或符合区域性和定位式就餐的需要，不符合现代人的要求，也不符合时代的要求。综上所述，现代人需要现代餐，特别是现代快餐。从纵向看，任何一种产品生产的原始状态均是手工操作，随着生产力懂得发展，一部分才转向半机械化和机械化，从横向看，发达国家的产品的机械化、自动化较高，表现在食品加工上，一方面形成了现代工业化意义上的快餐行业，另一方面由于厨房机械自动化程度提高而向人们提供加工品、半加工品的比重较大。民以食为天，自从人类有了火，便知道了如何享用食物。在漫长的人类文明史中，锅的发明不应被看作一件无足轻重的事情，他让人类知道如何加工食物才对人类自身的健康有益。进而推进了人类的文明。从瓦特发明了第一台蒸汽机开始，人们便意识到了机器的重要性-----它能大大地解放劳动力，人类掌握了科技，紧跟而来的是火车，飞机，电，计算机，人造卫星，乃至机器人，我们的食品越来越丰富，但是我们并不满足。西方人饮食方式简单，制作的工艺流程也很简单，可以说，他们的大量劳动已经被各种机器设备所代替。中国的烹饪却不同，一口锅、一把铲，承传了几千年，始终在烟熏火燎的环境中劳作，不停地挥舞着胳膊直到所有的菜都炒熟。烹调的自动化研究就是将人们在这种劳作环境之中解脱出来。1.2烹调研究的历史48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文中国是饮食大国，中国的饮食历史悠久，中国的烹饪与法国烹饪、土耳其烹饪齐名，并称为世界烹饪的三大风味体系。在深厚广博的中国传统文化教育中的阴阳五行哲学思想、儒家伦理道德观念、中医营养摄生学说，还有文化艺术成就、饮食审美风尚、民族性格特征诸多因素的影响下，创造出了彪炳史册的中国烹饪技艺。那么什么是烹调？与烹饪又有何关系？许多情况下，人们通常将烹饪与烹调当作同一概念使用，然而他们并非同一概念，二者存在差异。按照烹饪发展的历史逻辑，先有烹饪，后有烹调。烹调是烹饪发展到一定阶段----调味品出现之后才有的。最初的烹饪的目的是食物熟而可食，而烹调的目的则更进一步，使食物而可口，因此，烹调是烹饪发展相对高级阶段的产物。烹调的出现，使人们的饮食具有了超出果腹而满足享受的意义。由于烹调一词产生的时代，也是人类早已进入烹调与烹饪不分的时代，所以两个词在历史上不但有混用现象，而且有烹调一词代替烹饪一词的现象。近几十年来，烹饪与烹调二词分野也十分明确：烹饪涵盖烹调，烹调是烹饪的一个组成部分，二者是大概和小概念的关系。烹饪泛指食品（包括饮料）的制作生产；现代的烹调芝食品制作中的调和，即在材料的选取、配比、清洗、和切制等准备阶段已经完成的基础上，仅对材料进行加热、调和处理。这就是说烹饪包括准备阶段和烹调阶段。鉴于本论文特定的研究对象，将主要针对烹调的概念来进行相关系统的研究与开发。目前，将食品生产工艺过程划分为机器加工过程与深入被加工过程。如果工艺过程加工过程用机器完成，则称为机器加工过程，在设备中实现的加工过程称为设备加工过程。原料加成品的形态对于工艺机器的结构具有一定的影响。两着可能都是分散的，即单件的；也可能都是成团的，即非单件的。将非单件原料加工成非单件成品的过程最宜用机器实现。烹调工艺流程就符合这种特点。烹调在中国烹饪工艺流程中是最关键性的环节，也是烹饪过程中最决定意义的一步。中式烹调自动化实质就是将传统的中国烹饪手工操作变成机器的加工过程，生产出标准化的、感官形状符合人们审美习惯的菜肴。烹调自动化可以说是食品加工的艺术创造、烹饪科学与食品科学的结合点，它即要保证发挥传统烹饪艺术创造性，又要发挥科学创造的威力实现标准化规模化生产。随着现代应用技术的发展，中式餐饮业的自动化有了一定的发展，也有不少自动化的烹饪机器，包括全自动电饭锅、微波炉、面包炉等。这些设备都或多或少涉及到烹调的自动化，而它们的功能单一，自动化程度底，没有实现集成化和智能化的功能，只是现有烹调设备的一48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文个补充和辅助，严格上说仍不能算是自动烹调机器，与食品业自动化相比，明显存在着自动化程度布告的缺点。其主要原因是人们对菜肴（主要指热盘）的要求是现点现做以保证其绝对新鲜可口，而且不同的人常常要求不同口味的菜肴，不同口味的菜肴所使用的主料、配料、作料及火候、工艺等又不相同，所以，菜肴的烹调不同于糕点，罐头及速食等食品的制造，不可能实行单一品种批量生产的自动化流水线（在烹饪的准备阶段应该采用的方式）。即使在人工昂贵的欧美国家，尽管中菜广受人们喜爱，餐馆即使是快餐馆的工作，也是由厨师，配菜等人员来完成。要实现菜肴烹调自动化，要满足各类人群提出的不同口味菜肴的要求而进行不同物料选取及连续烹调，保证现点现做及烹调水平稳定，应用计算机控制的全自动烹调系统是可以实现的。1.3本论文的主要研究内容本文的研究将引入自动烹饪机的概念，阐述烹饪及烹饪技法原理，自动烹调机是由计算机控制的全自动化系统，它可以完全取代人工操作，快速、连续地进行不同菜肴的自动烹调，从而减轻劳动强度，保证菜肴品质的稳定。自动烹调机的锅定位及二位数控平台设计的关键是通过机构设计实现均匀翻炒，使锅内所有被烹调物均匀受热的目的，同时保证锅铲翻转时锅盖机构和投料装置不发生干涉。自动烹调机就是菜肴的加工中心，与机械加工中心的原理类似，因此，可以按照数控系统的原理方法来进行研究，只是应用方向不同。对于锅定位及旋转机二维数控平台，利用虚拟设计技术进行设计、开发和装配，充分利用SolidWorks在设计装配中的优势。控制装置采用PC加运动控制卡的结构来构件，以保证研究开发的速度和成功率，减少开发强度。本论文的主要工作如下：1）熟悉自动烹调机的工作原理及三维软件的使用；2）构思自动烹调机的总体结构，确定机器的总体尺寸；3）进行二维数控平台与定位机构的设计，并绘制相应的结构图48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文2烹调自动化系统总体结构的设计2.1引言很多个人和研究机构都提出了“自动烹调”的概念，并在这个领域进行了一些研究，也出现了“微电脑控制炒锅”、“菜肴自动加工机”、“自动饭菜机”等一系列的相关产品。但是，这些产品无论是在机构上还是控制上，离“自动烹饪”都尚有很大的距离。自动烹调的基本意义和目的就在于将被烹调物按照各种主要烹调技法加热至预期火候状态，达到预期口味和风味效果。上述的各种装置，基本上都无法控制或不能很好的控制烹调火候，更不能在烹调技法要求的火候条件下按照烹调技法要求的方式进行物料自动投放、翻动和盛出等烹调基本操作，所以不仅与自动烹调机能自动实现各种主要烹调技法和达到其风味特色的要求相差甚远，甚至在自动烹调机的最基本要求，即控制好生熟的程度的实现上都有难度。而且它们基本上都只能烹调一种或有限的几种菜式，扩展性很差，这与其设计概念和机构有关，因此实用意义相当有限，严格来说并不能被称为自动烹调装置。众所周知，工业化的基础是机械化、自动化，并随着社会科技的发展，信息化也逐渐成为了工业化不可缺少的组成部分，因此，中式烹饪的快餐工业化的前提就是中式烹饪的机械化、自动化和信息化。发达国家的产品的机械化、自动化较高，表现在食品加工上，一方面形成了现代工业化意义上的快餐行业，另一方面由于厨房机械自动化程度提高而向人们提供加工品、半加工品的比重较大。在国内华南理工大学黄文波设计制作了一种由电脑控制的全自动中式菜肴烹调机系统[10]。该系统可完全取代人工根据顾客的随机点叫，快速、连续地进行不同菜肴的物料选取和全自动烹调，从而为餐饮业的烹调自动化提供了一种全新的选择方案。描绘了一个实用化及自动化的理想系统如何实现菜肴和其它烹调食品的自动烹调，但是也仅限于概念研究，并没有去具体实现，不过对本文的研究具有很好的参考价值。2.2自动烹调机的工作原理自动烹调机就其本质而言是机械，因此对它的设计要从机械的组成研究起。我们知道，一部完整的机械主要有以下四个部分：（1）动力部分，是机械的动力来源，其作用是把其他形式的能转变为机械能以驱动机械运动并做功，如电动机，内燃机等。48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文（2）执行部分:是直接完成机械预定功能的部分。（3）传动部分：是将动力部分的运动和动力传递给执行部分的中间环节，他可以改变运动速度，转换运动形式，以满足工作部分的各种要求，如减速器。（4）控制部分，是用来控制机械的其他部分，使操作者能随时实现或停止各项功能。其组成框图见下图图2-1根据机械的基本组成，自动烹调机的基本组成将包括：控制部分（可编程控制器或PC）、伺服驱动部分、检测部分以及机械运动部分。自动烹调机的运动部分主要是翻炒运动、锅旋转运动、锅盖翻转运动和送投料运动。其组成框图见图7。PC是存储烹调加工所需要的全部动作和锅铲相对于锅的内表面位置信息的媒介物，它记载着烹调加工的程序(如果是PLC,就需要我们编程了)。在以前的数控设备中，常用的控制介质有穿孔带、穿孔卡片、磁带和磁盘等，但随着信息技术的发展，穿孔带和穿孔卡片也将趋于淘汰，自动烹调机的控制介质将更多使用磁带和磁盘或直接利用网络进行信息传输。自动烹调机系统采用PC加伺服控制卡的结构，伺服控制卡是自动烹调机控制系统的核心之一，是整个系统得以运行的关键所在，自动烹调机整个控制系统要求并不需要很精确，锅铲只要能有效铲起锅中懂得物料即可，因此选择开环式控制是最合适的，也有利于控制系统的简化，提高系统运行的可靠性，应该尽量选择经济实用型运动控制卡，同时要求能够在控制软件开发方面快速且方便。48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文图2-2自动烹调机的基本组成伺服系统是接收计算机的指令，驱动烹调机执行机构运动的驱动部件。包括进给驱动单元（主要有速度控制和位置控制）、进给电机、锅盖翻转驱动和锅旋转驱动单元等。这里的伺服驱动系统要求有好的快速响应性能，以及能灵敏而准确地跟踪指令功能。在本设计中主要采用步进电机和直流电机。检测反馈装置由检测元件和相应的电路组成，其作用是检测速度、位移和温度等。烹调机本体包括基础框架、运动机构等机械部件。烹调机本体结构得到了下面几个特点：（1）由于采用了进给伺服系统装置，烹调机的机械传动得到了简化，传动链较短。（2）烹调机的机械结构具有较高的动态特征、动态刚度、阻尼精度、耐磨性以及抗热变形性能。适应连续地自动烹调。（3）采用高效传动件。为了保证自动烹饪机的功能得到充分发挥，还有一些配套部件（如防水、隔热润滑、清洁、报警等一系列装置）。48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文自动烹调机应能够通过各个机构的协调工作而很好的模仿人手炒菜时锅铲的动作，并自动控制烹调火候，在烹调技法所要求的火候时机以烹调技法所要求的方式进行物料投放、翻炒和盛出等烹调基本操作。在中式烹调中，主要包括了42中烹调方法：炙、烤、烙、煎、炸、炒、熘、煮、蒸、勾芡等等。这42中烹调方法各不相同，而且每一种方法又有很多细分，中式烹调技法千变万化，因而很难将所有的烹调技法一一列出，可以通过分类归纳，将这些烹调方法中相似或相近的方法集合成一种动作，在程序里将其编成一个功能子程序，通过调用的方式来实现烹调方法的自动化。那么对烹调自动化系统的功能要求归结起来包括：1)实现人手烹调时的翻炒、拨散、搅拌、盛出等动作；2)能够自动投放原料和调味料；3)能适应烹调方法的要求；4)能控制火候，达到预期风味；5)有良好的扩展性，即能适应新菜式的烹调要求。本课题要研究的就是其中一部分，即自动烹饪机送料装置及锅定位方案的设计与运动分析，要求能够使锅内所有被烹调物均匀受热；另外同时满足送料装置与锅定位及旋转机构不发生干涉。2.3本章小结本章主要介绍了自动烹调机总体结构组成及其工作原理：1）自动烹调机主要由控制计算机部分、伺服驱动部分、检测部分以及机械运动部分组成。自动烹调机的运动部分主要是翻炒运动、锅旋转运动、锅盖翻转运动和送投料运动。2）详细阐述说明自动烹调机的基本工作原理，并且对烹调机本体的各部分机构（包括锅铲机械手、锅旋转机构、锅盖翻转机构等）分别进行分析。3）画出各机构的机构原理图以及机构自由度的计算，最终验证各机构是否有确定的运动，为后面的研究作好铺垫工作。48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文3.自动烹调机的实现方案3.1自动烹调机的组成如图3-1，自动烹调机的结构图图3-1自动烹调机结构图3.2机架设计方案根据上述的烹调机的总体结构，其系统机械结构主要包括：锅铲机械手、锅盖翻转机构，。同时需要一个机架作为支撑载体将这些结构结合为一个整体。机架是整个机构的载体，用来支撑整个机构。由于目前为设计的初级阶段，主要是锅定位及锅盖翻转机构的实现，因此，机架的设计并未一步到未，只是按整机的功能构建一个不锈钢基础框架。至于外观设计，将在以后功能得到完善后，按照工业设计的标准和审美的需要进行改造。48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文图3-2机架如图3-1，现阶段机架的设计，主要是根据自动烹调机水平和纵向的烹调动作行程与相关机构的协调、使用者的空间需要等方面来进行。由于机架长期处于较高温度的环境中，并且经常经受油烟等污染，所以机架材料选择不锈钢，它不易生锈，而且容易清洗打理。3.3二位数控平台的实现方案二位数控平台组成及工作原理图3-3二位数控工作平台48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文如图3-3所示为二维数控平台实验原理样机原理图，图3-3为二维数控平台实物照片。二维数控平台可以实现X、Y两个方向的运动，通过两个方向运动的合成，可以实现任意平面轨迹。3.4锅铲机械手组成及工作原理锅铲机械手的机构原理图如图3-4所示。图3-4锅铲机械手机构原理图锅铲机械手机构主要由：1—大带轮2—V带3—小带轮4—推拉杆5—锅铲等五部分组成。其工作原理是电动机主轴安装在大带轮1上，电动机主轴转动带动大带轮旋转，从而通过V带2也带动小带轮3运动起来，大、小带轮均安装在电机安装板上。推拉杆4旋绕在小带轮上，通过大、小带轮的旋转而改变杆的长度，电动机主轴正转时推拉杆伸长，反之，反转时推拉杆缩短，最终使锅铲5得以实现翻转。而锅铲的左右及前后运动则是通过运动小车在导轨的运动实现的。48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文机构自由度的计算由图3-4不难看出，此机构共有5个活动构件（即大带轮1、V带2、小带轮3、推拉杆4与锅铲5），7个低副，没有高副，故机构的自由度为：由此可以看出该机构具有确定的运动，即只要电动机旋转，便可带动锅铲机械手运动。3.5锅旋转机构1)组成及工作原理锅旋转机构原理图下图所示。图3-5锅旋转机构原理图锅旋转机构主要由：1—电动机2—主动轮（小齿轮）3—从动轮（大齿轮）等组成。其工作原理是电动机1主轴旋转带动小齿轮2转动，小齿轮和大齿轮通过外啮合带动大齿轮转动，锅放在大齿轮内圆面的焊接锅支架上，整个机构便可运动起来。关于锅的定位等问题将在第三章的锅定位及旋转机构的设计中具体分析与设计。2)机构自由度的计算：由图3-5不难看出，此机构共有3个活动构件（即电动机1、小齿轮2、大齿轮3）4个低副，故机构的自由度为48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文由此可以看出该机构具有确定的运动，即只要电动机主轴旋转，便可带动锅旋转。3.6锅盖翻转机构1)组成及工作原理锅盖翻转机构原理图如下图所示。图3-6锅盖翻转机构原理图锅盖翻转机构主要由1—杠杆、安装板、电动机、锅盖、联轴器、滚动轴承等组成。其工作原理是电动机旋转带动杠杆运动，锅盖和杠杆之间通过螺钉连接为一体，当电动机主轴转动方向控制着锅盖的开合，当电动机主轴正转时，锅盖闭合；当电动机主轴反转时，锅盖打开。电动机主轴通过联轴器与另一根轴联接安装在安装板上。2)机构自由度的计算：由图3-6不难看出，此机构共有1个活动件，1个低副，故机构的自由度为由此可以看出该机构具有确定的运动，即只要电动机转动，便可带动整个机构运动起来。48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文3.7小结本章主要介绍了自动烹调机总体结构组成及其工作原理：1）自动烹调机主要由控制计算机部分、伺服驱动部分、检测部分以及机械运动部分组成。自动烹调机的运动部分主要是翻炒运动、锅旋转运动、锅盖翻转运动和送投料运动。2）详细阐述说明自动烹调机的基本工作原理，并且对烹调机本体的各部分机构（包括二位数控平台、锅铲机械手、锅旋转机构、锅盖翻转机构等）分别进行分析。3）画出各机构的机构原理图以及机构自由度的计算，最终验证各机构是否有确定的运动，为后面的研究作好铺垫工。48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文4传动机构的设计及计算4.1引言根据第二章所述的烹调机的总体结构，自动烹调机的机械结构主要包括：锅铲机械手、锅定位及旋转机构、锅盖翻转机构和送料机构。本章将对锅定位及锅盖翻转机构进行具体分析设计及计算，自动烹调机的锅定位及锅盖翻转机构设计的关键是通过机构实现均匀翻炒，使锅内所有被烹调物均匀受热的目的，同时保证锅盖翻转时与锅盖机构和投料装置不发生干涉。4.2基于SolidWorks的虚拟设计虚拟设计（VirtualDesign，VD）开发是数字化产品开发的最新进展，通过各种虚拟现实装置，例如头盔、虚拟墙、立体眼镜、数据手套、音频设备以及软件可以营造一个三维的虚拟环境，设计者能够多方位、多形态地与设计对象交互，提高设计者和所设计的实体之间的互动性。在将来，从消费者对产品设计和制造的约定到对产品的生命周期支持和最终的回收处置，建模和仿真都将是所有制造企业的基本工具。设计者和消费者将在一个丰富的仿真环境中交互，这个环境映射了真实的世界并且能够使开发快速而准确，同时找到消费者需要的潜在解决方案。这种交互的输出将是一个完全被定义了的数字化需要，它既确定了产品的外型，性能、生命周期、成本，也确定了产品交接的时间和数量。虚拟设计主要是开发设计新产品，建立产品的数字模型，用于整个企业的各个部门。通过对产品的实时性功能仿真，工程师、设计人员或用户可以在产品生命周期内寻求其最优化设计，在计算机中对产品进行实时分析，如有限元分析、人机工程分析、干涉分析、加工过程分析等，然后迅速地修改产品的外观形状、装配、加工工艺、材质等。这种功能为制造商提供了前所未有的技术，使他们更快、更全面地了解想象中的产品，这将提高他们的竞争力。虚拟设计（VD）主要涉及到以下几方面内容：1．虚拟建模。虚拟建模不仅仅是运用现有的三维CAD/CAE系统在计算机中建立产品各零部件的实体模型。虚拟产品设计过程中还应充分得体现产品设计方法论如并行工程等思想，充分利用网络通讯技术和PDM所构造的并行设计与管理环境，采用数字化产品模型，并能用不完备产品模型和迷糊产品来仿真产品全生命周期。2．虚拟分析。48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文根据需要，对产品进行人机工程分析、干涉分析、有限元分析等。有限元分析是用来检验产品可靠性和性能的，它可以预测复杂零部件的应力、变形、温度等。在设计阶段，使用有限元分析能够帮助做出设计选择，可以避免重复设计制造造成的时间和成本的浪费。3．仿真。对虚拟产品设计过程的仿真包括：①虚拟产品模型的演变过程的仿真；②虚拟产品性能仿真，包括运动学、动力学、精度特性、热物性及其它特殊性能的仿真；③虚拟装配仿真，用计算机仿真产品的实际装配过程，确定装配的好坏。要求首先进行装配建模、装配序列与路径规划、实况装配零部件及在装配路径各节点进行动态干涉检查。4.2.1SolidWorks的简介SolidWorks是在总结和继承了大型机械CAD软件优点的基础上，在Windows环境下实现的第一个机械CAD软件，是面向产品级的机械设计工具。它全面采用非全约束的特征建模技术，为设计者提供了极强的设计灵活性。其设计过程的全相关性，即零件设计、装配设计和工程图之间的完全动态连接，使得设计者可以在设计过程的任何阶段修改设计，同时牵动相关部分的改变。SolidWorks与其它三维软件相比，具有以下显著的特点：（1）生动的人性化用户交互界面。由于SolidWorks是在Windows环境下开发的，它能够充分利用Windows的优秀界面，为设计者提供简易方便的工作界面。其首创的特征管理员，能够将设计过程的每一步都记录下来，并形成特征管理树，放在屏幕的左侧，设计者可以随时点取任意一个特征进行一改变零件的形状。在特征树的基础上，SolidWorks创新地提出配置管理器的功能，能使一个零件在每个文档内生成多个不同的派生样式，它能够在不同部分、不同属性或其它方式下开发和管理零件组和实体组。（2）快速而灵活的装配设计。SolidWorks不是一个简单的实体建模工具，而是一个面向产品级的机械设计系统。它既提供自底而上的装配方法，同时还提供自顶而下的装配方法。自顶而下的装配方法使设计者在装配环境中参考装配体和其它零部件的位置及尺寸设计新零件，更加符合工程习惯。并提供了孔选择和插入标准螺栓，增加螺母垫片的“智能零件”和“智能装配”功能。同时SolidWorks还提供了动态仿真的功能，并在仿真过程中提供了干涉检查、间隙控制等功能，给设计带来了极大的便利。（3）迅速生成完整详细的工程图。SolidWorks提供了从3D模型自动生成2D工程图和任意剖面视图的功能。对工程图或3D48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文模型的任何一个改动都能关联到整个设计，有效地保证了图纸的准确性和实时更新。通过拖动、解剖、投影等方式生成各种工程图，自动标注、自动生成剖面线，自动生成材料清单。（4）完善而强大的插件。SolidWorks还根据设计者的不同需要，提供了各种插件。Photoworks插件提供了方便易用的、最佳品质的渲染功能，可有效地展示概念设计，减少样机的制作费用。而动画插件Animator则可以方便地实现演示产品的外观和性能，缩短产品设计的周期，减少新产品投放市场的时间，能迅速地制作动画文件并通过电子邮件发送或在网站展示。本研究选取SolidWorks作为虚拟设计开发平台，也正是基于以上几个方面：他提供的特征管理树可以使设计者对零部件的结构特征有全面的了解。这样设计者在设计各零部件时可有的放矢，零部件的再设计也更为简单更具针对性；再者，SolidWorks可实现从底而上和从顶而下两种装配设计，为我们基于全局约束的装配设计提供了极大的便利；运动仿真、干涉检验、渲染等功能以及零部件、装配体和工程图之间的联动，对参数化虚拟设计系统来说，更是强有利的补充，使之更趋完备。4.2.2SolidWorks的装配方法装配是产品生命周期的一个重要环节，是产品功能实现的主要过程。据统计，在工业发达国家中，产品的生产过程中大约1/3左右的人力在从事产品装配有关活动，40%以上的生产费用用于产品的装配和调试，产品装配所需工时占产品生产制造总工时的40%-60%。另据有关研究表明，在产品设计中良好的装配设计，可减少20%-40%的制造费。同时提高100%-200%的生产率。因此，良好的装配设计和装配性能，对保证产品质量和可靠性，降低产品成本和提高市场竞争力具有十分重要的意义。在产品开发过程中，对装配问题考虑越早，所获取的质量、成本和时间效应就越明显。随着CAD技术的发展，特别是实体造型功能和特征造型技术的发展，设计者可以方便地设计出各种形状的零件。输入零件之间的几何约束关系，将设计好的零件装配成产品，这是目前CAD系统可以支持的一种自底而上（Bottom-up）的设计过程；另一种是自顶而下（Top-down）的方法，即在零件设计的初期就考虑零件与零件之间的约束和定位关系，在完成产品的整体设计之后，再实现单个零件的详细设计，SolidWorks的装配遵循这两种方法。自底而上（Bottom-up）是传统CAD48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文软件通常使用的一种设计过程。他的主要思路是先设计好各个零件，然后将这些零件拿到一起进行装配，如果在装配过程中发现某些零件不符和要求，诸如：零件与零件之间产生干涉，某一零件根本无法进行安装等，就要对零件进行重新设计，重新装配；再发现问题，再进行修改。这样做的优点很明显，思路简单，容易理解。自顶而下（Top-down）则是从产品的功能出发，选用一系列的零件去实现产品的功能：先设计出初步方案及其结构草图，建立约束驱动的产品模型，通过设计计算，确定每个参数设计，然后进行零件的详细设计，通过几何关系求解将零件装配成产品。这种设计过程充分利用计算机的优良性能，最大限度地发挥设计人员的设计潜力，最大限度地减少设计实施阶段不必要的重复工作。本课题在机构设计过程中，利用SolidWorks的以上优点，并同时应用自底而上（Bottom-up）和自顶而下（Top-down）的两种装配设计方法，极大地提高了机构设计的效率和可靠性。4.3二位数控平台的工作原理如下图，锅铲机械手主要是由一个二维数控工作平台组成，随着二维工作平台的运动从而带动锅铲运动。图4-1二位数控工作平台的模型图在二维工作平台上装一个锅铲，固定不动，在支架上放上锅，工作台在运动时，就可以让锅铲在锅里翻炒。从而达到自动烹饪的目的。4.4二维工作平台的设计设计主要参数：负载重量N最大快移速度m/min定位精度mm调节范围（X轴）mm调节范围（Y轴）mm台面尺寸mmCBH48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文20010.135035015015015工作台滚珠丝杆步进电机联轴器满足移动要求反馈装置4.4.1传动方案的确定4.4.2机械系统设计的整体方案一）工作台总体结构的确定（1）步进电机2个（分别用于X、Y方向）；（2）滚珠丝杆2套，应分别对其进行分析设计，以满足两者不同的受力情况；（3）滚动导轨：双导轨，四滑块；（4）带有“”槽的工作台面；（5）联轴器2个、导轨支撑板、轴承座、轴承挡圈以及丝杆螺母等等。1）丝杆螺母副的选用电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，丝杠螺母机构有滑动摩擦机构和滚动摩擦机构之分。滑动丝杠螺母机构结构简单，加工方便，制造成本低，具有自锁功能，但其摩擦阻力矩大、传动效率低(30％～40％)。滚珠丝杠螺母机构虽然结构复杂、制造成本高，不能自锁，但其最大优点是摩擦阻力矩小、传动效率高(92％～98％)，精度高，系统刚度好，运动具有可逆性，使用寿命长。因此更好的需要满足mm的定位精度，选择滚珠丝杠螺母机构。2)导轨副的选用要设计二维数控精密工作台，需要承受的载荷不大，而且脉冲当量小，定位精度高，因此选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小，不易爬行，传动效率高，结构紧，安装预紧方便等优点。3）联轴器的选用选择了步进电动机和滚珠丝杆副以后，为了使电动机的输出转矩，与滚珠丝杆相连，由于电动机载荷平稳、转速稳定、被联接的两轴中心线对中要求高，因此选用凸缘联轴器。4）电动机的选用48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文根据任务书可知定位精度未达到微米级，因此本设计不必采用高档次的伺服电动机，在这里选用反应式步进电机，它具有步进角小，频率高的特点。二）绘制总体方案图滚动丝杆步进电机联轴器步进电机联轴器Y方向传动机构X方向传动机构滚动丝杆工作台图4-2总体方案图这里设计的二维数控精密工作台暂时不对控制部分进行设计，而仅仅对机械部分进行设计，故确定整体设计方案如上图所示：采用步进电机对工作台进行驱动，经联轴器后，带动滚珠丝杆传动，从而实现二维数控精密工作台的纵向（Y轴）、横向（X轴）进给运动。由于X、Y方向的参数要求相同所以这里只设计X轴方向的。三）工作台质量的计算X向拖板（上拖板）尺寸：150×150×15mm其中，选取工作台材料为铸铁，密度：,重力加速度取重量：按重量=体积×材料比重估算=NY向拖板（下拖板）尺寸：150×150×15mm重量：约=26N。上导轨座（连电机）重量：=夹具及工件重量：约G=220N。X-Y工作台运动部分的总重量：约400N。四）滚珠丝杆的选择已知条件：48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文负载重量N调节范围mm最大快移速度mm/mim定位精度mm20035010000.1丝杠螺母导程计算:根据工作台最高移动速度Vmax,电机最高转速nmax,传动比等确定Ph。按下式计算，取较大圆整值。预设电机与滚珠丝杠副直联，i=1。1）滚珠丝杆工作长度计算L=行程＋安全行程＋两个余程＋螺母长度横向（X轴）丝杆工作长度：纵向（Y轴）丝杆工作长度：2）滚珠丝杠副载荷及转速计算滚珠丝杠的当量载荷与当量转速。丝杆材料：钢；滚道硬度:54~59HR。当量载荷其中，选取ƒd=1.1，,滚动丝杠；即选取精度等级为一级。当量转速：所以得。预期工作时间：由表查得3）确定预期额定动载荷48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文横向额定动载荷：纵向额定动载荷：滚珠的循环方式：内循环。图4-3内循环方式的滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保持接触，如图所示。在螺母1的侧面孔内装有接通相邻滚道的反向器3，利用反向器引导滚珠2越过丝杠4的螺旋顶部进入相邻滚道，形成一个循环回路。一般在同一螺母上装有2～4个滚珠用反向器，并沿螺母圆周均匀分布。内循环方式的优点是滚珠循环的回路短，流畅性好，效率高，螺母的径向尺寸也较小。根据初定的导程和计算所得的额定动载荷,并依据选取丝杆过程中选取导程应等于，变载时等于或大于的原则，查表取滚珠丝杠公称直径，选用滚珠丝杠螺母副的型号为SFK1004，其额定动载荷为390N，足够用。4）滚珠丝杠螺母副几何参数计算名称符号计算公式和结果48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文螺纹滚道公称直径10螺距接触角钢球直径螺纹滚道法面半径偏心距螺纹升角螺杆螺杆外径螺杆内径螺杆接触直径螺母螺母螺纹外径螺母内径（外循环）5）传动形式和支承方式的选择传动形式根据丝杠和螺母相对运动的组合情况选用丝杠转动、螺母移动形式，该传动形式需要限制螺母的转动，故需导向装置。其特点是结构紧凑，丝杠刚性较好。适用于工作行程较大的场合。图4-4传动形式48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文支承方式为了保证滚珠丝杠副传动的刚度和精度，应选择合适的支承方式，选用高刚度、小摩擦力矩、高运转精度的轴承，并保证支承座有足够的刚度。滚珠丝杠副的支承按其限制丝杠轴的轴向窜动情况，分为三种形式，如表所示。根据其各自特点，所以滚珠丝杠副安装为一端固定、一端自由。图4-56）滚珠丝杆副稳定性校核（1）由于一端轴向固定的丝杆在工作时可能会失稳，所以再设计时应对其安全系数S进行校核，其值应大于丝杆副传动结构允许安全系数[S]。滚珠丝杆临界载荷：式中，E为滚珠丝杆材料的弹性模量，对于钢，；l为丝杆工作长度（m）；为丝杆危险截面的轴惯性矩（）；为长度系数。又知，取，则有：横向滚珠丝杆临界载荷：48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文纵向滚珠丝杆临界载荷：进而，有横向滚珠丝杆安全系数：纵向滚珠丝杆安全系数：经查手册知，S>[S],两丝杆均是安全的，不会失稳。（2）滚珠丝杆副还受值的限制，查手册可知通常情况下，要求所以该滚珠丝杆副工作稳定。7）滚珠丝杆副的刚度计算滚珠丝杆的刚度由丝杆的拉压刚度、螺母支承刚度和螺纹滚道接触刚度R组成。其关系如下：丝杆支承为一端固定、一端自由，则丝杆的拉压刚度：螺母的支承刚度：式A为螺母横截面，查手册可算出；为螺母支承面有效滚道间长度，单位为mm。螺纹滚道接触刚度R，查《机械零件手册》表18-33或表18-36可得到。经验算，可得两丝杆均满足刚度要求。48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文五）直线滚动导轨选择计算1）导轨型式选择设定导轨工作参数为：X轴滑座上载荷Y轴滑座上载荷滑座个数单向行程长度每分钟往复次数300N490N4个350mm6次所以只要设计Y轴导轨。导轨型式：圆形截面滚珠导轨，如图图4-6滚珠导轨2）导轨额定寿命计算导轨寿命与滚动丝杠的寿命相同：。又由：其中为导轨额定行程长度寿命，单位为Km；为工作单行程长度，单位为m；n为每小时往复次数，单位为：次/h。纵向导轨额定行程长度寿命：因需要滑座数目为,即：每根导轨上使用2个滑座，查《机电一体化设计基础》可确定：48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文接触系数硬度系数温度系数负荷系数又有：其中，K为寿命系数，一般取50Km；F为滑座工作载荷kN；为额定动载荷kN计算纵向（Y轴）滑座工作载荷：导轨额定行程长度寿命：进而可得纵向（Y轴）额定动载荷：查《机电一体化系统设计课程指导书》，可选JSA-LG15,其额定载荷为7.6kN，可满足，设计使用要求。六）步进电机的计算与选择⑴、步进电机的步距角取系统脉冲当量，初选步进电机步距角。⑵、步进电机启动力矩的计算设步进电机等效负载力矩为T，负载力为P，根据能量守恒原理，电机所做的功与负载力做功有如下关系式中：——电机转角；——移动部件的相应位移；——机械传动效率。若取，则，且，所以式中：——移动部件负载（N）；G——移动部件重量（N）；——与重量方向一致的作用在移动部件上的负载力（N）；——导轨摩擦系数；——48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文步进电机步距角，（rad）；T——电机轴负载力矩（）本例中，取（淬火钢滚珠导轨的摩擦系数），，为丝杠牵引力，。考虑到重力影响，Y向电机负载较大，因此取，所以若不考虑启动时运动部件惯性的影响，则启动力矩取安全系数为0.3，则对于工作方式为三相六拍的三相步进电机⑶、步进电机的最高工作频率七）联轴器的选定联轴器的计算转矩TC有下式求得，在由联轴器标准按其公称转矩Tn选定联轴器型号。TC=KT=K×9550×P/N≦TnT---理论转矩（N.m）；K----载荷系数P联轴器传递功率(KW)n——联轴器转速（r/m）由传递功率=工作台进给抗力×工作台移动速度/传动链效率P=500×1/60×0.8=10.4w查手册确定联轴器的载荷系数为：联轴器的计算转矩：48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文由于联轴器的工称转矩，经查《机械零件设计手册》可选联轴器的型号为刚性凸缘联轴器YL1型。图4-7凸缘联轴器YL1样式八）轴承选择根据滚珠丝杆的额定动载荷和额定静载荷以及丝杆和轴承所承受的最大载荷，查《机械零件设计手册》，以确定所选轴承的型号。通过比较采用深沟球轴承比较经济，并且由于滚动丝杆既要承受径向载荷，又要承受轴向载荷，则进一步查手册可以得到滚动轴承SN6204型大概可满足要求，经校核，该型轴承满足设计载荷的需求。4.5锅旋转机构的设计4.5.1电动机的选择根据实际生活经验，锅及锅内烹调物总重量约为2.5Kg，即F=25N。设齿轮转盘带动锅转动的转速为60r/min，即n从=60r/min设齿轮转盘的直径D从=200mm，则由公式有：齿轮转盘带动锅旋转所需要的功率Pw由公式：取圆柱齿轮传动效率η=0.97故电动机输出功率48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文所以，锅旋转机构选择直流电动机，采用直流电压24V，参数说明见下表：直流电机的基本参数额定功率（kw）电动机转速（r/min）电动机质量（kg）额定电压（V）12500.524由电动机转速可知动齿轮的转速n主=250r/min，则：由参考文献[20]查得圆柱齿轮传动比范围i=3～6可知以上计算的传动比属于该范围，所以，电动机选择合适。4.5.2齿轮的设计及其计算（一）齿轮材料选择设计齿轮传动时，应使齿面具有较高的抗磨损、抗点蚀及抗塑性变形的能力，而齿根要有较高的抗折断的能力。因此，对齿轮材料性能的基本要求为：齿面要硬，齿芯要韧。齿轮材料的选择原则：齿轮材料的种类很多，在选择时应考虑的因素也很多，下述几点可供选择材料时参考：①齿轮材料必须满足工作条件的要求。例如：用于飞行器上的齿轮，要满足质量小、传递功率大和可靠性高的要求，因此必须选择力学性能高的合金钢；矿山机械中的齿轮传动，一般功率很大、工作速度较低，但要求传动平稳、低躁声或无躁声、以及能在少润滑或无润滑状态下正常工作，因此常选用工程塑料作为齿轮材料。总之，工作条件的要求是选择齿轮材料时首先应考虑的因素。48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文②应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺。大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢或铸铁作为齿轮材料。中等或中等以下尺寸要求较高的齿轮常选用锻造毛坯，可选择锻钢制作。尺寸较小而又要求不高时，可选用圆钢做毛坯。③金属制的软齿面齿轮，配对两齿面的硬度差应保持为30～50HBS或更多。当小齿轮与大齿轮的齿面具有较大的硬度差（如小齿轮齿面为淬火并磨制，大齿轮齿面为常化或调质），且速度又高时，较硬的小齿轮齿面对较软的大齿轮齿面会起较显著的冷作硬化效应，从而提高了大齿轮齿面的疲劳极限。因此，当配对的两齿轮齿面具有较大的硬度差时，大齿轮的接触疲劳许用应力可提高约20%，应注意硬度高的齿面，粗糙度值也要相应地减小。根据上述齿轮材料的选择原则，本课题锅旋转机构的选用直齿圆柱齿轮传动，7级精度，小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。（二）齿轮的设计计算⒈选定齿轮精度等级、材料及齿数⑴按照图3-1，选用直齿圆柱齿轮传动。⑵锅旋转机构为一般工作，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）。⑶材料选择。由表及齿轮材料选择原则，选择小齿轮小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。⑷开式齿轮传动，由于齿轮主要为磨损失效，为使齿轮不致过小，故小齿轮不宜选用过多的齿数，一般可取Z1=17～20。故选小齿轮齿数Z1=20，大齿轮齿数Z2=iZ1=6*20=120。⒉按齿面接触强度计算由设计公式进行试算，即⑴确定公式内的各计算数值①试选载荷系数Kt=1.3②计算小齿轮传递的转矩③取齿宽系数Φd=148\n南昌航空大学科技学院学士学位论文④材料的弹性影响系数=189.8MPa1/2⑤按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限=500MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限=450MPa；⑥接触疲劳寿命系数=0.90;=0.95⑦计算接触疲劳许用应力取失效概率1%，安全系数S=1，由式得⑵计算①试算小齿轮分度圆直径d1t，代入[σH]中较小的值②计算圆周速度v⑶计算齿宽b⑷计算齿宽与齿高之比b/h模数齿高b/h=53.314/5.998=8.889⑸计算载荷系数根据v=0.698m/s，7级精度，得动载荷系数Kv=1.05；直齿轮，假设KAFt/b﹤100N/mm。得；取使用系数；48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文7级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时，将数据代入后得由b/h=8.889，得=1.35；故载荷系数⑹按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式得：⑺计算模数m3．按齿根弯曲强度设计由式得弯曲强度的设计公式为⑴确定公式内的各计算数值①小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限；②弯曲疲劳寿命系数；③计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式得（④计算载荷系数K⑤取齿形系数48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文由表查得⑥取应力校正系数⑦计算大、小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大。⑵设计计算对比计算结果，由齿轮接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮的模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.751并就近圆整为标准值m=2mm，按接触强度算得的分度圆直径d1=59.31mm，算出小齿轮齿数：取z1=30，则大齿轮齿数，取z2=126。这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到了结构紧凑，避免浪费。4．几何尺寸计算⑴计算分度圆直径⑵计算中心距48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文⑶计算齿轮宽度取B2=60mm，B1=65mm。5．验算，合适。由于锅旋转机构的特殊结构，要求齿轮的结构设计也很特殊，它不同于普通齿轮的结构，如下图4-8所示大齿轮零件图，4-9所示小齿轮零件图：48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文图4-8大齿轮零件图图4-9小齿轮零件图4.5.3润滑在锅旋转机构设计中，支撑圆盘的一端面均布滚珠安装孔，因此内部需要加入润滑剂后将滚珠放入其中，从而可以支撑到齿轮转盘的弧面导轨凹槽。根据锅旋转机构的特殊结构，无法靠润滑装置来进行润滑，所以必须依靠人工将润滑剂涂抹到摩擦表面上。由于电动机带动齿轮转动的转速比较慢，以及自动烹调机正常工作时锅旋转机构长时间处于高温状态等原因，所以选择粘度较大、油性好以及氧化安定性强的润滑油和针入度较小的润滑脂。4.6锅盖翻转机构的设计4.6.1工作原理锅盖是烹调工艺十分常用的一项动作。本设计中，最主要的问题是如何避免锅盖翻转时与锅铲机械手和投料装置的干涉问题。这个问题主要是靠锅盖翻动的杠杆设计来解决。锅盖翻转机构相对比较简单，如图4-10所示。48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文图4-10锅盖翻转机构模型电动机的主轴通过联轴器与另外一根轴连接穿过杠杆固定在安装板上，轴的另一端套过滚动轴承也固定在安装板上。电动机主轴的转向决定着锅盖的开合，当电动机主轴正转时，锅盖闭合；当电动机反转时，锅盖打开。同时，锅盖本身还承担了烹调工艺中食物需要暂时盛出时所用容器的功能。4.6.2其它零部件设计与选择（一）联轴器的选择1．类型选择为了隔离振动与冲击，选用弹性套柱销联轴器。2．载荷计算公称转矩取，故由式得计算转矩为48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文3．型号选择从GB4323-84[19]中查得TL4型弹性套柱销联轴器的许用转矩为，许用最大转矩5700r/min，轴径为20～28mm之间，故合适。（二）滚动轴承的选择轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。由于锅盖重量较轻，且该翻转机构转速很慢，与轴承配合的电动机的直径为20mm，故选择角接触球轴承7204C，它可以同时承受径向载荷及轴向载荷，也可以单独承受轴向载荷。由于一个轴承只能承受单向的轴向力，因此，一般成对使用。48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文4.7小结在前一章介绍基本理论、基本方法的基础上，本章实现了机构的参数化虚拟设计，完成了以下几个方面：1．完成了锅定位方案的确定，实现了锅旋转和锅盖翻转运动，并且以虚拟设计软件SolidWorks作为设计开发平台，设计符合人的思维习惯，三维模型形象直观。2．完成了每个机构的零部件设计，利用SolidWorks的装配方法，充分发挥了设计者的能动性，提高了机构装配设计的效率，并及时发现设计错误，满足了“多品种、小批量、无库存”的现代设计要求。48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文5结论与展望5.1本论文的主要工作及结论本文的研究将引入自动烹饪机的概念，阐述烹饪及烹饪技法原理，自动烹调机是由计算机控制的全自动化系统，它可以完全取代人工操作，快速、连续地进行不同菜肴的自动烹调，从而减轻劳动强度，保证菜肴品质的稳定。自动烹调机的锅定位及锅盖翻转机构设计的关键是通过机构设计实现均匀翻炒，使锅内所有被烹调物均匀受热的目的，同时保证锅盖翻转时锅盖机构和投料装置不发生干涉。因此本论文主要研究的内容是根据烹饪大师对菜肴的研究，以此分析锅定位及设计旋转机构能够实现均匀翻炒，使锅内所有被烹饪物均匀受热，另外，锅盖翻转时与锅盖机构和投料装置不发生干涉。在经过了方案研究分析后得到以下结论：1．整体结构设计采用了参数化虚拟设计，完成了烹饪机机构的模块化设计，充分发挥了设计者的能动能够性，提高了机构装配设计的效率，满足了“多品种、小批量、无库存”的现代数字化设计要求。2．完成了锅铲机械手的设计，能实现均匀翻炒，使锅内所有被烹调物均匀受热。3．本课题研究了烹调的自动化，在虚拟设计软件的应用下完成了各机构零部件的绘制并将各零部件进行装配。，实现另外课题预期设计的目标。当然，本课题研究虽然实现了烹饪自动化的基本要求，但还有许多不足之处：1．结构设计对振动的影响考虑不足，易引起共振等。这可以通过加重机架重量，并将其进行稳固后得到解决；2．锅盖翻转直流电动机转速偏大，导致撞击力偏大；5.2本论文的特色与创新本论文的特色与创新主要有以下两点：1）第一次提出了自动烹调机的概念，将自动化带入烹饪行业。2）本研究目前虽然只是停留在设计阶段，还无法达到商业的程度，只是在中式烹饪工业化发展方面做了一点尝试，但为实现商品的工业化、实用化作好准备。48\n南昌航空大学科技学院学士学位论文5.3展望本课题研究目前只是停留在设计阶段，还无法达到商用的程度，只是在中式烹饪工业化发展方面做了一点有益的尝试，因此还有许多工作要继续下去。1．首先是控制方面的问题，系统控制该选用什么样的方案还需要深入研究；2．在结构上进行模块化一体设计，在外观设计时确保使用的方便性与安全性；3．系统的设计应用要满足可靠、平稳和安静的要求；4．功能上具有联网功能、自学习功能、可以自动清洁。中式烹饪工业化是涉及多学科的一项系统工程，是社会科技、文化、经济及人们的观念发展到一定水平而向科技工作者提出的客观要求，它的完成要求烹饪理论与实践、食品工程、营养及饮食业等多学科科技工作者的共同努力，是一项科技含量很高的综合性课题，要求以烹调整个工艺为主线，用机械代替手工，用自动控制代替人为控制，用定性、定量代替模糊性，用标准化生产代替手工操作的随意性，用科学代替经验。由此，自动烹调机的发展实际就是一种用于烹饪的机器人系统，他的未来发展是机器人与信息家电的结合物，为人类的生活增添别样的“酸甜苦辣”。48\n参考文献[1]陈光新编著.烹饪概念.北京：高等教育出版社，1998[2]熊四智、唐文主编.中国烹饪概念.北京：中国商业出版社，1998[3]国家旅游人事局劳动教育司编.中国烹饪概念.北京：中国旅游出版社，1998[4]B.H.苏瓦洛夫著，魏钟、徐尧润等译，食品工业自动机与生产线.北京：轻工业出版社，1986[5]胡继强主编.食品机械与设备.北京：中国轻工业出版社，1999[6]郭蕴辉、马葳.王晴就中式烹饪工业化的问题答记者问[J].中国食品.1997-06：34-35[7]万小联.中式菜肴烹调自动化系统的开发研究.制造业自动化[J]，第26卷第3期，2004-03：50-53[8]贾延林.模块化设计.北京：机械工业出版社，1993[9]李启炎、李光耀等主编.SolidWorks零件设计.北京：清华大学出版社，2002[10]刘生明、李建军、肖祥芷.基于图的参数化设计方法[J].计算机应用，1994第2期[11]璞良贵.纪名刚主编.机械设计.第七版.北京：高等教育出版社，2001[12]徐灏主编.机械设计手册.北京：机械工业出版社，1995.12[13]聂秋根、张洪兴等.开放型CNC系统模块化的设计[J].中国制造业信息化，35（5）[14]黄文波.烹调自动烹饪系统的研究与开发[D]，华南理工大学，2005.06[15]成大先主编.机械设计手册（第三版）.北京：化学工业出版社，1993[16]柴邦蘅等主编.设计控制.北京：机械工业出版社，2001[17]孙桓、陈作模主编.机械原理（第六版）.高等教育出版社[18]陈铁鸣主编.新编机械设计课程设计图册.高等教育出版社，2003[19]王昆、何小柏、汪信远主编.机械设计/机械设计基础课程设计.高等教育出版社.1995[20]《机械设计手册》联合编写组编.机械设计手册（第二分册）.化学工业出版社.1987[21]http://www.cad21.com[22]http://www.gongkong.com[23]http://www.vchelp.net48\n致谢有付出总有回报，四个月的研究结果最终浓缩在这一篇论文之中。从接触本课题开始，一筹莫展，害怕犯错误到大胆提出设想，寻找资料时的汗流浃背、千辛万苦，至最后完成设计论文，这一步步走下来，给我的大学生活平添了许多的酸甜苦辣，它是一种宝贵的经历，让我有了藉以参考的标准，也是我一生都难以忘怀的。在四年的大学生活学习当中，家人对我的支持与关怀让我有了一种向前的力量，所以，在此我首先要感激我的家人，感谢他们对我的栽培和鼓励。本论文是在刘文光老师的悉心指导下完成的。在论文课题的研究过程中，刘老师渊博的知识、严谨的治学态度、一丝不苟的科研作风和对工作兢兢业业的精神使我不仅在学业上，还在思想上均受益非浅，这些都是我获得的宝贵财富。因此我要向刘文光老师表达我衷心的感谢！与此同时，还有很多的朋友和同学的关心、帮助让我的学习生活得意顺利进行，在此一并表示诚挚的谢意！48\n学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者（本人签名）：年月日学位论文出版授权书本人及导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》(以下简称“章程”)，愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入CNKI《中国知识资源总库》，在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益。论文密级：□公开□保密（___年__月至__年__月）(保密的学位论文在解密后应遵守此协议)48\n作者签名：_______导师签名：______________年_____月_____日_______年_____月_____日48\n独创声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。 作者签名:二〇一〇年九月二十日 毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定） 作者签名:二〇一〇年九月二十日48\n致谢时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。首先，我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢。其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。48\n四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。学友情深，情同兄妹。四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。最后，我要特别感谢我的导师赵达睿老师、和研究生助教熊伟丽老师。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。老师们认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得论文能够及时完成，这里一并表示真诚的感谢。48