家庭智能菜譜調料機

高 宇，黃 怡，喬靈鳳

（武漢理工大學 機電工程學院，湖北 武漢430070）

據調查研究發現中國65 歲以上人群的慢性病患病率為64.5%，隨著年齡的增長高血壓的患病率在逐漸上升。近幾年來糖尿病的患病率也在逐年提升，而不良的飲食習慣是慢性病高發的重要原因，為解決此問題，需要對飲食進行健康管理。

在武漢市進行小區調研后，得知武漢市大部分居民日均吃鹽量超過10 g，味精攝入量過多導致鈉攝入量過高，身體健康沒有保障，因此，合理安排和設計一種家庭智能調料機成為家庭亟待解決的問題。

1 總體設計方案

智能菜譜調味機結構如圖1 所示，家庭智能菜譜調料機整體由固態調料儲釋模塊、液態調料儲釋模塊、形態組合轉換模塊組成，主要功能由定量按壓裝置、中心旋轉裝置實現，通過形態組合轉換模塊中的液壓桿支撐、滑軌拉伸配合作用，實現豎直-水平轉換、圓餅狀-長條狀轉換。該裝置可用于定時、定量取出調料。

圖1 智能菜譜調味機結構圖

1.1 固態調料儲釋模塊

固態調料儲釋模塊位于整個裝置的第二層（上部），用于儲存以及定量釋放固體調料如鹽、味精等調味品。主要由按壓彈簧、齒輪、齒條以及凹形定量器構成。凹形定量器與齒輪固連，即齒輪轉動凹形定量器轉動。實際工作時，在瓶內裝滿固態調料，通過按壓固態調料儲釋瓶上方按鈕，帶動齒條向下移動，通過齒輪齒條的傳動作用，使得齒輪旋轉一定角度，進而帶動凹形定量器旋轉，即凹槽由上至下，通過重力作用將固體調料傾倒至下方的固態調料出料口。固態調料儲釋瓶具體結構如圖2 所示。

圖2 固態調料儲釋瓶示意圖

固態調料儲釋模塊由6 個固態調料儲釋瓶構成，整體成圓形圍繞在中間，因此其調料出口集中，具有較好的儲料出料流程。同時，一個固態調料儲釋瓶高度為80 mm 左右，體積約為150 cm3，以標準食用鹽為例，因為實際食鹽密度與資料食鹽密度2.165 g/cm3為不同概念，所以無法計算。通過實驗可測得一個固態調料儲釋瓶可容納80～90 g 食鹽，完全滿足日常生活需要。

1.2 液態調料儲釋模塊

液態調料儲釋模塊由瓶蓋、瓶身以及雙單向閥式液體閥三部分組成，其工作原理為通過垂直兩個單向閥以及按壓彈簧，即雙單向閥式液體泵結構，通過按壓按鈕，實現吸放兩種動作，所以完成一次定量釋放液體調料的動作。實測一次出量為3～5 mL，可以設置不同的按壓距離以改變出量標準，經過多次實驗論證，目前有3 mL 與5 mL 兩種出液標準。具體液態調料儲釋瓶結構如圖3 所示。

圖3 液態調料儲釋瓶

傳統調料瓶其基本功能主要為儲存以及使用，且在使用時一般需要用勺子取量或者傾倒等，該新型液態調料儲釋瓶可以有效解決上述問題。其采用閥的方式，通過按壓的形式進行定量出料，且其容積大，經過測量，可容納約100 mL的純凈水，且該模塊有6 個儲料瓶，基本滿足種類與容量的需求，較好地在傳統調料瓶基礎上進行替代與創新。

1.3 機械形態組合轉換模塊

目前，常見的調料盒采用并排放置方式、圓餅狀放置方式。并排放置時，不同的調料瓶高度會影響放置效果，餅狀放置時，對廚房空間要求較高，因此兩種方法空間利用率較低，適應性較差。

針對調料瓶放置方式的一系列問題，提出了一種新型的調料瓶放置方式：其由氣動桿、鋁合金鋼管以及支撐鋼架等組成。

該結構在保持上方支撐架水平的前提下，以鋁合金鋼柱最下部為圓心旋轉90°，進而使第一層與第二層變為同一水平面，進而實現了形態轉變，從立式變為水平式；4 根水平放置的滑軌在承擔固體與液體儲釋模塊質量的同時，可以水平延長，進而延長水平長度，適合廚房中僅有水平長度方向空余、寬度有限的情況。

1.4 控制電路模塊

控制部分由以Arduino 單片機為核心的控制電路和用戶服務平臺兩部分組成。控制電路由傳感器檢測電路和舵機驅動電路組成。傳感器檢測電路主要組成為光電傳感器和壓力傳感器，光電傳感器置于取料區底部，當用戶取走單次調料并將容器放回時，光電傳感器發出信號，進行下一次出料；壓力傳感器主要用來監測每個調料盒的剩余調味品量，其輸出電壓通過放大后以百分數的形式顯示在用戶服務平臺。

1.5 用戶服務平臺

智能調料盒智能之處在于其能夠記錄收集用戶信息，權衡數據庫中的內容后進行最優選菜。該服務平臺所具有的數據庫功能可以記錄家庭成員的忌口情況以及身體健康狀況，并通過大數據對比分析，推薦出適合家庭成員使用的菜譜。基于數據庫的使用，調料盒可以實現定量化出料，使得調料的配比精確，并且在嚴格控制調味品用量的同時，配有教學視頻同步教學，使用戶在家中也能享受大廚美食。

2 裝置可行性、創新點及應用前景

2.1 可行性分析

可行性方面主要分為裝置實現可行性與尺寸適用性兩方面。其中尺寸可行性方面，整體裝置高度為400 mm，寬度為300 mm，整體小巧玲瓏，放置在廚房代替調料收納籃。在固液儲釋瓶尺寸方面，固體調料儲釋瓶高度為80 cm，液體調料儲釋瓶高度為70 cm，固態調料盒位于上層，其質量基本加載在滑軌以及換層連桿處，所以要求其尺寸較小并且緊湊。由于其為6 個組合設計，所以設計了“高瘦”形態，小巧且緊湊。液態調料盒位于下層，裝有液態的調味品，液體具有一定的粘性、慣性等性質，所以應將其設計“寬大”，保證其穩定性。

2.2 創新點

功能創新：液壓傳動與滑軌裝置相結合，靈活組合變形，充分利用廚房空間。

組合創新：五桿按壓機構結合齒輪齒條的出料方式，精準控制出料量。

應用創新：將云平臺、大數據、物聯網融為一體，實現食材購買與配送，使美食烹飪更加方便。

2.3 應用前景

制作健康美食：讓美食進入家庭。不讓美食限制于家庭的人員結構，可以智能進行菜譜分類及出料，即讓美食變得更加簡單，同時也更加健康。

人群定位多樣：例如不會烹飪的廚房人士，有孩子、老人的家庭，患有糖尿病、高血壓等人群，真正地做到以用戶為中心。

多種應用場景：可在家庭、中小餐廳、醫院餐廳等場合使用。

3 結語

本文設計的家庭智能菜譜調料機，通過智能推薦家庭營養配餐、視頻教學，將云平臺、大數據、物聯網融為一體，實現食材購買與配送；利用固體出料模塊、液體出料模塊，結合五桿按壓模塊，精準控制出料量；此外裝置通過液壓傳動與滑軌相結合，靈活組合變形，充分利用廚房空間，該裝置具有較好的應用前景與實用性。