一種簡單實用（yòng）的切（qiē）菜機器人（rén）設計與實現-機器人-數控機床市場網（wǎng）

您現在的位置：機器人> 加工與維修>一種簡單實用的切（qiē）菜機器人設計與實現

一種簡單實用的切（qiē）菜機器（qì）人（rén）設計與實現

2016-11-11 來源（yuán）：北京郵（yóu）電大北京市工（gōng）貿技師學作者：何凱吳慶梅宋原郭磊

摘要：針對家庭（tíng）生活中比較難以切削的根莖類蔬菜，論文通過模仿（fǎng）手工切菜方式，利用蔬（shū）菜的重力作用向下運動通過刀具在水平或豎直平麵（miàn）作旋轉運動實現切菜工（gōng）作的原理，設計（jì）了一款簡單（dān）實用的切片切絲機。以STM32103zET6芯片作為控製單元。分別使用直流電機、步進電機作（zuò）為機器人的動力源，采用平板刀作為切片刀，梳形刃口刀作為切絲刀，通（tōng）過連杆機構或齒輪傳動等完成刀具的旋轉運動，切（qiē）片、切絲兩種工作模式的轉換通過（guò）更換不同型號的刀具來（lái）實現，基本實現了（le）蔬菜切片（piàn）和切絲的功能。

關鍵詞：切菜（cài）機器人；結構設計；sTM32103zET6；直流電機

0.引（yǐn）言（yán）

蔬菜是人們日（rì）常生活必不可（kě）缺的食品（pǐn），並且食用方法多種多樣。自步（bù）入小康（kāng）社會以來，人們的生活節奏越來越快，很多傳統服務已不能滿（mǎn）足人（rén）們的物質需求和（hé）生活節奏．日常生活中通過手工快速切菜嚴重地威脅著人身安全（quán）．切菜（cài）時間過長或切菜（cài）不熟練等因素都（dōu）易導致（zhì）人（rén）們受傷（shāng），在食堂、食品加工廠等（děng）切菜需求量高的場所，既安全又迅（xùn）速地將菜加工成各種形狀。單靠人工來完成既費時又費力。如何將菜更（gèng）快地切好這將成為一個很棘手的問題。用食品加工機代替人們的（de）手工勞動或作為其補充。這將增高切菜的效率。因此對切菜機器人的研（yán）究很有必要。

在國外（wài），切菜（cài）機技術開始於上世紀60年代，到（dào）70年代逐漸（jiàn）發展成熟。直到80年代中期，多功能全自動切片機不斷商品化。誕生了一些世界上著名的切菜機廠家主要集中在瑞士（shì）、美（měi）國和（hé）日本等國家。在我國，切菜機技術開始於上世紀70年代初．目前我國市場（chǎng）上出現的切菜機大多是針對飯（fàn）店和（hé）食品加工廠所設計的。典型的結構主要分開雙頭型切菜（cài）機和組合式切菜機。由文獻『11可知，由組合（hé）式切菜機水平傳送帶傳送原料，通過（guò）在傳送帶上的分布成一定角度（dù）的多個刀具進行切（qiē）削。根據需要原料在傳送帶（dài）上經若幹次切削（xuē）後成形，成品（pǐn）的形狀參數通（tōng）過調節刀具的（de）切削速度及原料的傳送（sòng）速度（dù）來控（kòng）製。由文獻{可知，現有的切菜機一般特點是：操作靈活，性能良好。適用於食品加工行業和一般餐飲行業的蔬菜加工。文（wén）獻【3】介紹了（le）一款切削（xuē）長度可（kě）調的小型蔬菜加工機，它既可以對寬葉狀蔬菜切絲，經過適當調節後，也可對長莖類蔬菜切段，功能多，效率高。文獻（xiàn）[4】設計了一種利用皮帶輪傳輸、“V”形帶和倒“L”形擋板組成（chéng）定向裝置及利用固定圓盤式切刀為主要結構的小型甜菜切頂裝（zhuāng）置。

綜上所述，現（xiàn）已有的切菜機雖然操作簡（jiǎn）單、效率高。但體積大、功率高，主要適合食品加工廠等使用。針對日（rì）常生（shēng）活中難（nán）以切（qiē）削的塊類蔬菜設計一款簡單（dān）實用的切菜機器人。出於實際的要（yào）求。提出以下方案：蔬菜通過進料筒內，通過重力作（zuò）用向下運動；刀具在水平或豎直方向作旋轉運動；通過更換不同型號的刀具來實現切片切絲功能；利用重力或離心（xīn）作用收（shōu）集加工好的（de）蔬菜。

1.切菜機器人結構設計

通過Solidworks軟件設計的家用切菜機器人結構如圖1、圖2所（suǒ）示，其主要（yào）結構有：進料裝（zhuāng）置、切削機構、傳動機構以及蔬菜收集裝置。蔬菜在進料筒依靠（kào）重力作用向下運動，通過傳動機構和（hé）切削機構實現切片、切絲兩種工作模式，再利用重力或離心作（zuò）用通（tōng）過收集裝置收集切好的蔬菜。結構設計主要分為：切削（xuē）機構的設計、傳動機構的設計和箱體的設計。

圖1整體結構圖a

圖2整體結構圖b

1．1切削機構設計

該設計選用平板刀作為切片刀，切絲選用梳（shū）形刃口刀片（piàn）。為能夠實現可控製切（qiē）塊、切絲、切片，在工（gōng）作中需要實現切（qiē）片切絲的轉換，需要一把與進料口垂直的切片刀，兩把（bǎ）具備不同尺寸的切絲刀，在刀架上分別布置刀片。切片時，切片刀通過調（diào）節高度控製切片厚度，切塊時，兩梳型刀片同時伸出．通過旋轉進料桶（tǒng）使蔬菜經過兩刀片時切割軌跡互相垂直，最後由切（qiē）片刀切（qiē）斷，以實現切塊目（mù）的，切絲的寬度與切塊的大小可通過（guò）不同組（zǔ）切絲刀的規格進行控製。

1．2傳動機構設計（jì）

(1)傳動參數計算。初步設計切片切絲機（jī）切削力作用半徑（jìng）R為100l珊。則可計算得切片切絲機切削所需工作功率：

(2)錐齒輪及（jí）軸設計。

盤狀切削機構工作時有輕微衝擊，轉向不變嘲，大小齒輪都選用軟齒麵直齒圓錐齒（chǐ）輪並對大小齒輪均進行發藍（lán）處理。以減少磨損和腐蝕。齒輪精（jīng）度為GB，I'11365—1989，8級，法向側隙公差種類為C。齒數比1．10，初選模（mó）數m=0．33mm，兩圓錐齒輪的齒頂圓直徑均小於200mm，且錐齒輪的（de）小端（duān）e大於1．6m，因此將兩圓錐齒輪設計為（wéi）實心結構。軸的材（cái）料選（xuǎn）用奧氏體不鏽鋼。計算軸直徑值為（wéi）16mm，軸端倒角取1×450。各（gè）軸肩的圓角半徑R取2mln。

1．3箱體設計

箱體結構將切削機構與外界環境隔離開來，其中上頂蓋有可投放原料。並限定其位置的料筒。下頂蓋設（shè）計為圓盤狀（zhuàng）。和上頂蓋料筒對應的位置裝有出料口。

2.切菜機（jī）器人的測控（kòng）係統設計（jì）

該設計以（yǐ）s1M32103ZET6芯片（piàn）作為控製單元。直流（liú）電（diàn）機用來控製中心轉（zhuǎn）盤的高速旋轉，步進電機的（de）作用是用來切換刀（dāo）具。

(1)S7IM32103ZET6用於控製各個電機，繼電器，傳感器的主控單（dān）片機．其通過兩個，11MX定時器產生固定頻率時長的PWM波去控（kòng）製步進電機，通過IO口的高低（dī）控製繼電器的開關進（jìn）而打開或者關閉直流電機（jī）、霍（huò）爾傳感器、步進電機使能、電磁鐵（tiě）開關舊。(2)與上（shàng）位機的（de）通信，通過串口接（jiē）受上位（wèi）機指令進而調用控製各部（bù）分的函（hán）數去工作（zuò）。綜上所述，切菜機器人流程如圖3所示。

圖3係統流程圖

3.結（jié）論

最終（zhōng）設計（jì）的切（qiē）菜機器人隻需通過控製麵板選定刀具組合及位置、配合手動旋（xuán）轉料筒即可進行切片切絲工作，並（bìng）能夠實現收集功能。該設（shè）計安全衛生，尤其適用於土（tǔ）豆等根莖類、塊類蔬菜切片和切絲的工作，是實（shí）現此類蔬菜處理的理想廚房設（shè）備。

投稿箱：
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表（biǎo），或進行資訊合作，歡迎聯係本網編輯部，郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關信（xìn）息

名企推薦

業界視點

| 更多

行業數據

| 更多

博文選萃

| 更多

數控機（jī）床