提高自动烹饪机器人环境适应能力设计

提高自动烹饪机器人环境适应能力设计赵兴摘要:自动烹饪机器人是近几年兴起的借助机电、软件、烹饪等相关技术的嵌入式自动化设备。其中,火力的精准控制是保证菜肴出品稳定的核心环节,也是烹饪机器人研发重点和难点。影响火力效果的因素较多,包括海拔高度、环境温度、燃气类型、火控系统储热等。通过布置多个传感器采集环境信号,研究这些因素及其关联关系,从而实现对火力的动态调节控制,使得火力精确、稳定,最终提升烹饪机器人的环境适应能力。关键词:自动烹饪机器人;传感器融合;火力控制;海拔高度:TP242.3:ADOI:10.15913/jki.kjycx.2016.14.007中餐烹饪历史悠久,烹饪方式多种多样。长期以来,烹饪工艺的传承和提高依靠的是师傅的传授和徒工的领悟。因此,“中国烹饪在很大程度上还停留在手工的、个体的、小生产者的状态”,烹饪技艺的实现使烹饪工艺操作技术蒙上了一层神秘的色彩。随着我国劳动力减少,且厨师是一个相对脏、累的职业,市场迫切需要对传统产业的现代化改造,自动烹饪机器人正好迎合了这种需求。自动烹饪机器人是随着计算机技术、机电控制技术、传感器技术的发展及烹饪产业化的行业需求而顺势而生,近几年,技术发展和市场推广快速进行。市场的推广也带来了一些问题——不同的海拔高度导致燃烧状况不一样,不同的环境温度也间接影响菜肴出品,不同的燃气热值也会对燃烧效果产生影响,自动烹饪机器人本身结构蓄热也会对火力效果产生直接影响。因此,为了达到菜肴出品稳定、一致的目的,我们需要综合研究这些外在、内在因素的特性和其关联关系,找出有效的办法进行动态调节,实现火力的精准控制。1自动烹饪机器人及火控系统概述1.1总体介绍我们要研究的自动烹饪机器人如图1所示。该机器人可以使用天然气和液化石油气,具有自动加热与火力精确控制、自动搅拌、自动精确注油及注水、勾芡等功能,能存储多达1000个菜肴程序,菜肴出品稳定,品质达到厨师级水平,在黑龙江、新疆、云南、深圳、新加坡、香港等地都有应用,市场反馈很好。该自动烹饪机器人采用模块化设计。本文重点研究与火控有关的部分,包括图1中的火控系统、保温桶、锅等。其中,保温桶是包围在锅具外周的带保温材料的结构,它同时具有安全防护和提高热效率的作用,是自动烹饪机器人的重要部分。1.2火控系统介绍自动烹饪机器人火控系统是整机中的关键部件,它的稳定性决定了烹饪菜肴出品的稳定性。图2为火控系统。图1自动烹饪机器人外形图2火控系统简图图2描述了火控系统的核心模块,主要包括炉头、鼓风机、燃气调节阀、控制器及风机、阀驱动模块。其中,风机采用了无刷直流风机,具有调速范围宽、动态响应快等特点。燃气调节阀则是通过恒流源进行比例调节。电流越大,开度越大。系统通过控制风机转速及比例阀的开度实现火力的调节及保证燃烧的充分。因与本文重点关系不大,图2中省略了点火、火焰检测、安全防护等模块。控制器采用了STM32F103,采用Cortex-M3内核,具有成本低、速度快、接口丰富,适合于自动控制领域,正好满足自动烹饪机器人的需求。2环境因素对火力效果影响的分析我们要保证燃气充分燃烧。燃料的燃烧是可燃成分与空气中的氧进行的化合反应,燃烧必须充分。不完全燃烧时,一部分碳生成有毒一氧化碳,同时还降低了热效率。因此,燃气的特性和空气的比例关系很重要。另外,还要研究燃烧产生的热是如何影响菜肴的。烹饪机器人最终的目的是通过锅具传热加热里面的菜肴原料,因此,影响到菜肴热量吸收的因素都是影响菜肴出品品质的因素。经过分析,主要有以下4个因素对加热效果影响比较大:①海拔高度。它主要影响空气中氧气的含量,从而直接影响燃烧的充分性。②环境温度。环境温度的高低会影响原材料的起始温度,也会影响火控系统初始温度及对外散热状况,是一个复合的影响因素。③保温桶的储热。保温桶本身的蓄热较大,温度较高时,会作为热源辐射热量影响锅具的吸热。实践证明,这部分热量对菜肴出品影响很大。④燃气成分。不同燃气的成本不同,其热值差异也很大,比如我们常用的天然气和液化石油气。液化石油气的主要成分是丙烷或丁烷,天然气的主要成分是甲烷,它们燃烧...

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