全自動(dòng)無(wú)人零售燒烤機(jī)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

張克彪 季德生 丁 寧 呂慶國(guó) 陳功賀 劉澤溢

（濱州學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，濱州 256603）

隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)飲食安全與方便的要求越來(lái)越高。燒烤作為一種傳統(tǒng)小吃，經(jīng)常被冠以不健康的名號(hào)。隨著現(xiàn)代化城市的發(fā)展，可供人們燒烤的地方也逐漸減少。因此，研發(fā)出一種既健康又方便的無(wú)人零售燒烤機(jī)器，以滿足消費(fèi)者的雙重需求，具有廣闊的推廣前景與良好的經(jīng)濟(jì)效益，可廣泛應(yīng)用于電影院、商場(chǎng)、游樂(lè)場(chǎng)等娛樂(lè)場(chǎng)所[1-2]。據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，目前比較多的燒烤類機(jī)器只能完成半自動(dòng)燒烤功能，尚未有能做到集燒烤、抹醬撒料、包裝、置放等多功能于一身的帶有掃碼支付功能的機(jī)器。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)及工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

全自動(dòng)無(wú)人零售燒烤機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括機(jī)架2、烤箱5、下傳遞系統(tǒng)6、上傳遞系統(tǒng)8、抹醬系統(tǒng)9、撒料系統(tǒng)10、包裝系統(tǒng)11、放置系統(tǒng)1、烤串架12和控制系統(tǒng)3。其中：下傳遞系統(tǒng)6和上傳遞系統(tǒng)8上分別設(shè)置有下夾持機(jī)械手13和上夾持機(jī)械手14：上平臺(tái)7的一端開(kāi)設(shè)有開(kāi)槽，放置系統(tǒng)1設(shè)置于上平臺(tái)7的另一端：抹醬系統(tǒng)9、撒料系統(tǒng)10和包裝系統(tǒng)11依次設(shè)置于開(kāi)槽至置放系統(tǒng)1之間；開(kāi)槽一側(cè)的上平臺(tái)上固定有暫存烤串的中轉(zhuǎn)架；烤串經(jīng)下傳遞系統(tǒng)6的帶動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)烤制并放置于中轉(zhuǎn)架上；烤串經(jīng)上傳遞系統(tǒng)8的帶動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)抹醬、撒料、包裝和置放。

圖1 全自動(dòng)無(wú)人零售燒烤機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 工作流程

燒烤機(jī)工作流程如圖2所示。顧客通過(guò)掃描二維碼付款后，傳遞系統(tǒng)開(kāi)始工作，機(jī)械手拿取烤串后通過(guò)同步輪和同步帶將烤串移動(dòng)至烤箱上部，然后烤箱門打開(kāi)，再由傳遞部分將烤串送入烤箱，然后關(guān)閉烤箱門開(kāi)始進(jìn)行加熱?？敬就曛罂鞠溟T打開(kāi)，傳遞系統(tǒng)將烤串移動(dòng)至上方中轉(zhuǎn)處，然后機(jī)械手拿取下一個(gè)肉串進(jìn)行烤制。此時(shí)，另一個(gè)機(jī)械手會(huì)將放置在中轉(zhuǎn)處的肉串抓起，移動(dòng)至抹醬部分，然后通過(guò)液泵的運(yùn)作使醬料均勻滴出，此時(shí)機(jī)械手通過(guò)旋轉(zhuǎn)使滴落的醬料均勻涂抹在肉串上。之后撒料機(jī)構(gòu)通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)撒料盒上下運(yùn)動(dòng)使調(diào)料粉漏出，同時(shí)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)，使調(diào)料粉均勻分布。然后機(jī)械手通過(guò)傳遞系統(tǒng)帶動(dòng)肉串運(yùn)動(dòng)至包裝等待區(qū)，包裝系統(tǒng)通過(guò)吸盤和整體移動(dòng)裝置將已經(jīng)打開(kāi)的袋子移動(dòng)到等待區(qū)并完成包裝工作。機(jī)械手在包裝之后帶著包裝好的肉串移動(dòng)至拿取箱中，然后舵機(jī)通電帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，與拿取箱下面的齒輪嚙合，使拿取箱旋轉(zhuǎn)至方便顧客拿取的地方。

圖2 燒烤機(jī)工作流程圖

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 烤箱

烤箱結(jié)構(gòu)如圖3所示，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，烤箱能使溫度控制在200 ℃以下，以避免致癌物質(zhì)的產(chǎn)生[3]，并且可在1 min左右將一個(gè)肉串烤制完畢。烤箱門開(kāi)合機(jī)構(gòu)為燒烤箱的主要機(jī)械結(jié)構(gòu)，如圖3所示，該結(jié)構(gòu)主要由一個(gè)舵機(jī)完成烤箱門的開(kāi)合，以保證烤箱的溫度適合烤制?？鞠鋬?nèi)外總共有3層，里層是肉串的放置區(qū)，中層是加熱區(qū)，最外層是由保溫棉構(gòu)成的保溫區(qū)[4]。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，烤箱溫度達(dá)到200 ℃并保溫后，經(jīng)過(guò)1 min只降低一攝氏度，具有良好的保溫效果，能夠保證在最短時(shí)間內(nèi)將肉串烤熟。

圖3 烤箱結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 傳遞系統(tǒng)

傳遞系統(tǒng)由上下兩組傳遞結(jié)構(gòu)組成，每組都是由實(shí)現(xiàn)升降的同步輪傳動(dòng)部分、實(shí)現(xiàn)左右平移的同步輪傳動(dòng)部分和實(shí)現(xiàn)肉串抓取的機(jī)械手部分組成。下面一組機(jī)械手主要由兩個(gè)舵機(jī)輸出功率，其中一個(gè)舵機(jī)用來(lái)改變?nèi)獯乃脚c垂直方向，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手能夠水平抓取肉串，并垂直放入烤箱的功能，另一個(gè)舵機(jī)主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手爪的開(kāi)合。上面一組的機(jī)械手部分也是由兩個(gè)舵機(jī)輸出功率，其中一個(gè)舵機(jī)用來(lái)使肉串軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)均勻撒料抹醬的效果，另一個(gè)舵機(jī)用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手爪的開(kāi)合。

2.3 抹醬撒料系統(tǒng)

如圖4所示，該系統(tǒng)包括一個(gè)減速電機(jī)、一個(gè)醬盒、一個(gè)清水盒和兩個(gè)齒輪，齒輪上方標(biāo)有箭頭，用以指示管路中的液體種類，下方的減速電機(jī)通過(guò)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)可使三通轉(zhuǎn)向，以實(shí)現(xiàn)液體泵切換抽取調(diào)味醬與清水的效果，從而達(dá)到清洗抹醬口的功能。出醬口采用連通器原理，有效地減小了醬泵的沖力，并能夠保證出醬口能均勻滴抹在肉串上。抹醬采用滴漏的方式能避免抹醬器被污染，保證了醬液的健康。撒料系統(tǒng)由曲柄往復(fù)機(jī)構(gòu)和料盒構(gòu)成[5]，如圖5所示。曲柄往復(fù)機(jī)構(gòu)能有效地將料粉從料盒中均勻?yàn)⒊?，也可通過(guò)減速電機(jī)的作用調(diào)節(jié)撒料的多少，從而滿足客戶對(duì)口味的需求。

圖4 抹醬系統(tǒng)示意圖

圖5 撒料系統(tǒng)示意圖

2.4 包裝系統(tǒng)

為保證機(jī)器的干凈衛(wèi)生，本產(chǎn)品特地設(shè)計(jì)了對(duì)肉串的包裝機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)主要由絲杠、吸盤、升降機(jī)構(gòu)組成，如圖6所示。其工作過(guò)程為：首先，通過(guò)升降機(jī)構(gòu)以及吸盤將包裝盒里的包裝袋取出；其次，經(jīng)過(guò)底部電機(jī)的驅(qū)動(dòng)將紙袋移動(dòng)到包裝袋開(kāi)口位置，并通過(guò)升降機(jī)構(gòu)以及吸盤將包裝袋的袋口打開(kāi)[6]；最后，通過(guò)底部電機(jī)驅(qū)動(dòng)將包裝袋移動(dòng)至已經(jīng)撒料完成的烤串區(qū)域，以完成對(duì)烤串的包裝。

圖6 包裝系統(tǒng)示意圖

2.5 放置系統(tǒng)

為了方便顧客能夠一次性購(gòu)買多個(gè)燒烤串，設(shè)立了放置系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由傳遞齒輪、存儲(chǔ)盒、旋轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)成。在機(jī)器完成全部肉串的烤制工作后，機(jī)械手將全部肉串置放于存儲(chǔ)盒中，再由舵機(jī)帶動(dòng)存儲(chǔ)盒旋轉(zhuǎn)，使肉串竹簽面對(duì)消費(fèi)者，以便于消費(fèi)者拿取。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個(gè)機(jī)器主要由龍邱MK60DN單片機(jī)與3種不同繼電器以及17個(gè)光感形成閉環(huán)回路，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器的全自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)以掃碼支付模塊為核心，由顧客實(shí)現(xiàn)掃碼支付后啟動(dòng)機(jī)器并完成烤制工作。

4 結(jié)語(yǔ)

無(wú)人零售與燒烤相結(jié)合，解決了燒烤污染環(huán)境、不健康、不方便等問(wèn)題，極大地節(jié)省了人力，能夠使顧客隨時(shí)隨地吃到健康的燒烤，該裝置可以廣泛應(yīng)用于商場(chǎng)、游樂(lè)場(chǎng)、電影院等娛樂(lè)場(chǎng)所，具有很大的推廣價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。