吴其汉 黄嫦娥 钟图壹 卢荣伟
桂林电子科技大学，广西 桂林541004
摘要： 本文设计介绍一款新型全自动冰淇淋机，可以实现冰淇淋从生产制作到成品全过程的自动化，摆脱人工操作，做到更加智能化、自动化。这款全自动冰淇淋机采用了孔传输带和活塞挤压的方式来进行生产和制作，并且可以根据消费者选择，制作4种口味冰淇淋，满足个性化需求，冰淇淋制作完成之后由机械臂抓取送至消费者手中，实现方便快捷全自动化自制冰淇淋的过程，将生产、制作、消费各环节集一体，适应当代的发展需求，是一款先进智能化的产品。
关键词：冰淇淋及；智能化；自动化；个性化选择
1、前言
目前随着市场经济的发展，国民生活水平的提高，冰淇淋越来越受到人们的喜爱，冰淇淋也不仅限于防暑降温，也成为时尚冷饮食品，然而冰淇淋市场食品安全、快捷方便、个性化服务的需求，也越来越突出［1］。现有的冰淇淋市场，很多是人工制作售卖，或者是半自动的人工制作，冰淇淋的制造、售卖主要依赖人工进行，制作及售卖过程效率低，食品卫生及安全难于保证，使得整体市场发展较为缓慢［2］。当今社会，互联网技术发展日新月异，将互联网技术应用与每一个行业是未来发展的趋势，互联网+冰淇淋机能够集冰淇淋制作、售卖一体化，实现全自动化、智能化发展，满足市场需要，对我国冷饮食品行业发展具有重要指导意义［3］。
2智能冰淇淋机方案设计
2.1总体设计
本文设计介绍一款智能冰淇淋机，其能够实现全自动冰淇淋的制作、售卖过程，主要结构由六个部分组成，合理的结构设计方便后期的生产和维护。产品如图1、图2所示，从下往上包括：运输装置、转盘选择装置、活塞出料装置、抓取装置、原料箱、甜筒运送装置［4］。
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图 2 全自动冰淇淋机总装配图
1.运输装置 2.转盘选择装置 3.抓取装置 4.活塞出料装置 5.甜筒运送装置 6.原料箱
整个机器在工作状态时，原料箱内装满了不同的原料。当有客户需要购买冰淇淋时，可以根据显示屏展示来选择冰淇淋的款式，确认款式并付款后，机器启动开始加工制造冰淇淋。首先，微控制器控制甜筒机械手从容纳筒的底部抓取一个甜筒放置到传送带甜筒位置孔上。运输传送带将甜筒运送到出液活塞筒正下方，微控制器转动活塞筒装置，对应匹配顾客的选择，然后控制活塞出液装置下压挤出原料奶油等。当注满一个甜筒后，升降平台复位，运输传送带继续运送到达冰淇淋抓取装置后，停止运输。此时抓取机械手，抓取以及制造完成的冰淇淋运送到出口位置，供顾客自行取走。整个操作过程在产品内部全封闭制作，不会受到外部污染，而且不需要等待很久，无人值守，大大降低了运营成本，方便用户［5］。
2.2运输装置
首先运输装置由皮带轮、传送带及两侧支撑板组成，传送带面上带有甜筒位置孔，用于定位支撑甜筒的运输。运输装置采用带运动方式，在运输带12上有多个用来接放冰淇淋皮的孔位7，如图4所示：
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图3 运输装置的局部放大图
7.甜筒定位孔 8.甜筒 9.传动链 10.前升降平台 11.后升降平台 12.传送带 13.出料口
在运输装置内部有两个升降台，其中一个位在运输装置的正中央的升降平台11，且对准冰淇淋出料装置出口13的正上方，其作用是运输冰淇淋皮到升降台10上升，升降台上面的转盘带动甜筒转动，使出料口打进的奶油呈螺旋状，完成装料后升降台下降使冰淇淋成品回到运输带并运送出来。另外一个升降台10位在运输带前进末端，其作用是运送冰淇淋成品使抓取装置接取冰淇淋成品转至领取台上。
2.3冰淇淋出料装置
在转盘上设了4个可放入不同口味的冰淇淋挤压筒14，实现冰淇淋风味多样化，每个冰淇淋挤压筒内都装有弹簧机构，配合活塞15的循环运动，控制冰淇淋原料的出料。如图4所示：
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图4 冰淇淋出料装置局部放大图
14.料筒 15.活塞
2.4抓取装置
抓取装置位于运输装置末端:机械爪16。通过电机19提供动力，由齿轮组17传递动力，使得机械爪16完成抓取冰淇淋的指令，使得抓取装置能够流畅抓取出冰淇淋成品，并将冰淇淋运送到领取台上，供顾客方便拿取。而且机械爪16和电机19一起连接在滑槽20，通过丝杆18完成抓取装置上下远动。机械爪16通过齿轮组传动，形成封闭的圆形抓取冰淇淋，最后冰淇淋运送放至领取台，放下后回到原来位置等待下个成品,其结构如图5所示：
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图 5 抓取装置局部放大图
16.机械爪 17.齿轮 18.丝杆 19.电机 20.滑槽
2.5活塞装置
利用电机23使丝杆22进行转动运动，从而推动活塞21进行上下挤压运动，将冰淇淋出料装置内的奶油挤出冰淇淋皮里。如需要切换另一种口味的冰淇淋出液筒，只需驱动电机23在丝杆22上作向上运动把活塞盖板24挤压下去即可。如图6所示：
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图 6 活塞装置局部放大图
21.活塞杆 22.丝杆 23.电机 24.活塞盖板
2.6甜筒储存装置
甜筒最先放置在甜筒螺旋桶里，通过螺旋的方式把储存的甜筒一个个随着管壁输送出来，再利用机械2放置到传送带甜筒孔上，再由运输带运送。
2.7原料箱
原料箱用食用胶管与转盘选择装置上料筒的小孔连接，当冰淇淋筒奶油不够时由最上方原料箱供给补充，原料箱提供冷藏作用，使冰淇淋保持新鲜状态，同时也是整个机器的控制中心。冷藏室外装有操作屏幕，操作屏幕使用电子操控方式连接各个机器部分进行控制。选择好品种口味等操作指令后，机器立刻进入工作直至冰淇淋成品出来，整体工作流程实现全自动化。
2.8工作流程
当顾客下单完成后，上位机发出售卖信号，每个机器构件完成后，通知上位机进行下一步工作，按顺序执行个机构部分的工作，首先顾客下单，机器启动运送甜筒（冰淇淋皮）到达原料活塞正下方，活塞挤压添加原料，制作完成，最后将冰淇淋运送到取货台出口。其流程图如下图所示：
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图7 冰淇淋机工作整体流程图
为了可以给消费者提供更多的个性化选择，我们有多种口味可供选择，消费者只需扫其相对应的二维码即可，适应当代的发展需求，我们的产品以机电结合和互联网为基本结合点给消费者提供更加智能、快捷的产品体验。
3结论
本文设计介绍一款新型智能冰淇淋机，实现冰淇淋制作全过程的自动化，摆脱人工操作，做到更加智能化、自动化。采用了传送带和活塞挤压的方式来进行生产和制作，通过传送带传输增加了冰淇淋的传输可靠性和提高运输效率，满足冰淇淋在输送过程连续性，冰淇淋出料装置采用活塞筒转盘满足了制作多样化冰淇淋的需求，最后使用机械爪，使得在最后的传输环节衔接更加流畅，也保障最后运送环节可靠性。此款冰淇淋机真正实现方便快捷全自动化自制冰淇淋的过程，并将生产、制作、消费各环节集一体，适应当代的发展需求，是一款先进智能化的产品。
参考文献
[1]马祖达，伍慧春，王晓春，等．全自动液体饮料生产线关键技术的研发［Ｊ］．包装与食品机械.2008(6):15-20.
[2]朱浪，潘丰．ＷｍＣＣ组态在均质生产过程监控中的应用［Ｊ］．江南大学学报（自然科学版）.2014(1):17-22.
[3] 戴树江 琴山饮料厂冰淇淋改造项目管理研究[D].湖南大学.2010
[4] 陈艳 柯洋洋 吴卿等 食品检验检测体系存在的问题及完善对策[J]现代食品.2018(14):63-63.
[5] 甘雨岱 电力系统电气工程的自动化和智能化[J].科技与创新.2016(5).
本文系2020年广西大学生创新训练项目：新型智能冰淇淋机（202010595155）的研究成果。
作者：吴其汉 （1998- ）男 广西贵港 桂林电子科技大学机电学院学生。
通讯作者：黄嫦娥（1989-），女，广西桂林，桂林电子科技大学机电综合工程训练国家级实验教学示范中心讲师，从事机械工程基础实验教学研究。