全自动无人零售烧烤机的开发与应用

2022-01-04张克彪季德生吕庆国陈功贺刘泽溢

现代制造技术与装备 2021年11期

张克彪季德生丁宁吕庆国陈功贺刘泽溢

（滨州学院机电工程学院，滨州 256603）

随着人们生活水平的提高，人们对饮食安全与方便的要求越来越高。烧烤作为一种传统小吃，经常被冠以不健康的名号。随着现代化城市的发展，可供人们烧烤的地方也逐渐减少。因此，研发出一种既健康又方便的无人零售烧烤机器，以满足消费者的双重需求，具有广阔的推广前景与良好的经济效益，可广泛应用于电影院、商场、游乐场等娱乐场所[1-2]。据市场调查，目前比较多的烧烤类机器只能完成半自动烧烤功能，尚未有能做到集烧烤、抹酱撒料、包装、置放等多功能于一身的带有扫码支付功能的机器。

1 机械设计及工作原理

1.1 整机结构

全自动无人零售烧烤机结构如图1所示，主要包括机架2、烤箱5、下传递系统6、上传递系统8、抹酱系统9、撒料系统10、包装系统11、放置系统1、烤串架12和控制系统3。其中：下传递系统6和上传递系统8上分别设置有下夹持机械手13和上夹持机械手14：上平台7的一端开设有开槽，放置系统1设置于上平台7的另一端：抹酱系统9、撒料系统10和包装系统11依次设置于开槽至置放系统1之间；开槽一侧的上平台上固定有暂存烤串的中转架；烤串经下传递系统6的带动，能够实现烤制并放置于中转架上；烤串经上传递系统8的带动，能够实现抹酱、撒料、包装和置放。

图1 全自动无人零售烧烤机结构示意图

1.2 工作流程

烧烤机工作流程如图2所示。顾客通过扫描二维码付款后，传递系统开始工作，机械手拿取烤串后通过同步轮和同步带将烤串移动至烤箱上部，然后烤箱门打开，再由传递部分将烤串送入烤箱，然后关闭烤箱门开始进行加热。烤串烤完之后烤箱门打开，传递系统将烤串移动至上方中转处，然后机械手拿取下一个肉串进行烤制。此时，另一个机械手会将放置在中转处的肉串抓起，移动至抹酱部分，然后通过液泵的运作使酱料均匀滴出，此时机械手通过旋转使滴落的酱料均匀涂抹在肉串上。之后撒料机构通过电机转动带动撒料盒上下运动使调料粉漏出，同时机械手旋转，使调料粉均匀分布。然后机械手通过传递系统带动肉串运动至包装等待区，包装系统通过吸盘和整体移动装置将已经打开的袋子移动到等待区并完成包装工作。机械手在包装之后带着包装好的肉串移动至拿取箱中，然后舵机通电带动齿轮旋转，与拿取箱下面的齿轮啮合，使拿取箱旋转至方便顾客拿取的地方。

图2 烧烤机工作流程图

2 关键部件设计

2.1 烤箱

烤箱结构如图3所示，经过实验，烤箱能使温度控制在200 ℃以下，以避免致癌物质的产生[3]，并且可在1 min左右将一个肉串烤制完毕。烤箱门开合机构为烧烤箱的主要机械结构，如图3所示，该结构主要由一个舵机完成烤箱门的开合，以保证烤箱的温度适合烤制。烤箱内外总共有3层，里层是肉串的放置区，中层是加热区，最外层是由保温棉构成的保温区[4]。经过实验，烤箱温度达到200 ℃并保温后，经过1 min只降低一摄氏度，具有良好的保温效果，能够保证在最短时间内将肉串烤熟。

图3 烤箱结构示意图

2.2 传递系统

传递系统由上下两组传递结构组成，每组都是由实现升降的同步轮传动部分、实现左右平移的同步轮传动部分和实现肉串抓取的机械手部分组成。下面一组机械手主要由两个舵机输出功率，其中一个舵机用来改变肉串的水平与垂直方向，以实现机械手能够水平抓取肉串，并垂直放入烤箱的功能，另一个舵机主要用来实现机械手爪的开合。上面一组的机械手部分也是由两个舵机输出功率，其中一个舵机用来使肉串轴向转动，以实现均匀撒料抹酱的效果，另一个舵机用来实现机械手爪的开合。

2.3 抹酱撒料系统

如图4所示，该系统包括一个减速电机、一个酱盒、一个清水盒和两个齿轮，齿轮上方标有箭头，用以指示管路中的液体种类，下方的减速电机通过带动齿轮旋转可使三通转向，以实现液体泵切换抽取调味酱与清水的效果，从而达到清洗抹酱口的功能。出酱口采用连通器原理，有效地减小了酱泵的冲力，并能够保证出酱口能均匀滴抹在肉串上。抹酱采用滴漏的方式能避免抹酱器被污染，保证了酱液的健康。撒料系统由曲柄往复机构和料盒构成[5]，如图5所示。曲柄往复机构能有效地将料粉从料盒中均匀洒出，也可通过减速电机的作用调节撒料的多少，从而满足客户对口味的需求。

图4 抹酱系统示意图

图5 撒料系统示意图

2.4 包装系统

为保证机器的干净卫生，本产品特地设计了对肉串的包装机构，该机构主要由丝杠、吸盘、升降机构组成，如图6所示。其工作过程为：首先，通过升降机构以及吸盘将包装盒里的包装袋取出；其次，经过底部电机的驱动将纸袋移动到包装袋开口位置，并通过升降机构以及吸盘将包装袋的袋口打开[6]；最后，通过底部电机驱动将包装袋移动至已经撒料完成的烤串区域，以完成对烤串的包装。