陈佳 吴世豪
嘉兴开天传动技术有限公司 浙江 嘉兴 314001
背景
目前，市面上出现的家用自动烹饪设备主要为以食物制作为主自动烹饪机，他们的自动化程度较低，功能较为单一，这使得其真正应用到实际生产的案例较少，未能真正的实现产品话的目标。
本文设计的助残烹饪机器人是一种新型的自动烹饪机器人，他能实现如下的功能：①完成洗米煮饭自动化的工作；②辅助完成对于瓜果的削皮工作；③辅助完成对于食材的切片、切丝、切丁工作；④自动完成食材的烹饪过程。
煮饭模块结构设计
煮饭系统是助残烹饪台中基础的一部分，现今煮饭机器人的研究中，方向重点放在了菜肴烹制的结构设计上，而忽略了洗米煮饭对于残障人士的困难。所以，能够自主完成洗米-煮饭工作的煮饭系统是对现有的助残烹饪设备的一大补充和完善。可见，烹饪系统对于助残类烹饪设备是非常重要的。
其简单示意图如图，煮饭模块主题为清洗锅体，锅口直径为300mm，主要运动为两个：一为图中所示的平移运动，主要有三个工作位置：a取米位置，b清洗位置c投料位置
整体结构示意简图
洗米刷爪的旋转运动，其运动主要功能是在清洗过程中通过内外洗米刷爪的差速配合实现对锅内水米的搅拌清洗，其结构示意简图如下：
洗米刷爪驱动结构 驱动结构三维模型
为配合驱动结构的差速功能，要求刷爪结构具有内外双层，分别匹配不同转速的齿轮，以此实现内外结构的差速搅拌功能。同时，为了方便拆装清洗。刷爪与驱动结构的连接通过磁力吸附，拆装方便同时满足运动要求。
刷爪机构三维模型 储米桶自动取米改造方案
为实现自动取米功能，本作品对现有的家用储米桶进行了改造，使其能够满足自动取米的需求。
对于储米桶的改进，首先，将储米桶整合进了工作台内部，使工作台更具一体性。其次，在其内部加入了电机驱动的皮带用于定量取米，最终方案如图所示：
切菜模块结构设计
本切菜模块包括了由切片刀组、切丝刀组、切丁刀俎组成的切片/丝/丁系统、输送带与料盒运动机构组成的输送系统，以及封装模块构成。
工作室，蔬菜经由切片刀组上方投入，在自身重力与刀齿共同作用下切片后落入切片刀组下方，经传送带运出，由切丝刀组进行切丝工作，往后经由电机通过同步带带动曲柄结构对同步带上的蔬菜进行切丁/块处理，并最终落入料盒，经过封装模块覆上保鲜膜以待用。以下是最终方案的三维模型图：
切菜功能结构
本机器从安全角度出发，将大部分机体沉入工作台表面以下，非工作状态可关闭投料口，避免安全事故。同时，为方便食材运输与储存，本模块设计配有运送转盘，可同时用于储存与运输四个料盒，提高机器工作效率。
运送转盘 整体效果图
烹饪模块结构设计
本作品设计的烹饪模块选用目前得到广泛应用的工业机械手，通过PLC编程控制可实现普通情况对厨师实际烹饪过程中的模拟再现，同时，技术可靠，成本较低。
烹饪机械手结构与上述中削皮机械手类似，但在其关节处增加了气缸驱动，得以实现更多自由度，提高机器灵活程度，使其适应更复杂的工作要求。
IRB-760机械手 主要部件应力分析
通过Inventor Studio对其主要机械臂结构进行受力分析，材料定义为钢，结果如下：
由图可知机械臂最大应力为15.33MPa，小于零件屈服强度，满足使用要求。
总结
本文主要介绍的是一款以帮助残障人士实现自主生活、提高其生活能力为目的，基于现有的机械电子科学技术而实现的多功能一体化智能烹饪台。其可满足一般家庭使用，并对日常情景中出现的食材准备工作提出了切实有效的设计方法，不仅可以提高残障人士的自主甚或能力，同时可用于一般家庭，方便人们日常的烹饪工作，减少因烹饪带来的大量费时费力的食材准备工作，使人们更好地享受烹饪带来的乐趣。
参考文献
[1]徐广红,朱洋. 一种智能做饭机的设计与研究[J]. 机械设计与制造,2016,(03):240-242+246；
[2]包哲强. 自动烹饪机器人投料系统研究[D].上海交通大学,2009；
[3]林远平. QSP-1600L型自动多功能切菜机的设计与研究[D].西华大学,2015；
[4]鲍乐祥. YQC-1000C型切菜机的设计与研发[D].山东建筑大学,2011；
[5]. 台式多用切菜机[J]. 农村新技术,2010,(16):40；
[6]陈伟,李炳,高俊国,闫丽静. 一种多功能切菜机的结构设计[J]. 农家顾问,2014,(11):66-67；
[7]牛乃龙. 哈密瓜削皮机的设计与试验[D].新疆农业大学,2014；
[8]高翔. 6ZP-1型自动苹果削皮机的设计与实现[J]. 当代农机,2016,(12):51-53；
[9]邓乐阳,张静,张兵兵,龚晓峰,袁磊. 基于Solid Works的水果自动削皮机创新设计[J]. 农业科技与装备,2015,(10):14-16.