城市設(shè)計(jì)導(dǎo)引

第一章城市風(fēng)貌設(shè)計(jì)導(dǎo)引

1.1基本原則

城市風(fēng)貌設(shè)計(jì)是對本次規(guī)劃的進(jìn)一步詮釋，旨在通過保護(hù)、創(chuàng)造和發(fā)展優(yōu)

美的物質(zhì)空間形態(tài)，提高環(huán)境質(zhì)量，豐富城市內(nèi)涵，凸顯城市特色和個(gè)性。

規(guī)劃以建設(shè)具有適宜居住的產(chǎn)業(yè)區(qū)為總體目標(biāo)。突出“北山南水，水繞城

流”的地域風(fēng)貌特色，強(qiáng)調(diào)對區(qū)內(nèi)空間的總體要求，并為下層次的規(guī)劃提供依

據(jù)。

從城市總體形象、空間景觀格局、公共空間系統(tǒng)、景觀環(huán)境、空間尺度及

色彩設(shè)計(jì)等方面，將城市景觀中心與濱水岸線以及各功能組團(tuán)，共同構(gòu)建成一

個(gè)完整、系統(tǒng)的城市景觀環(huán)境，并遵循以下原則：

■整體性和獨(dú)創(chuàng)性相結(jié)合的原則，創(chuàng)造生態(tài)與現(xiàn)代城市新區(qū)風(fēng)貌特

色相結(jié)合的產(chǎn)業(yè)新城景觀環(huán)境；

■充分重視開放空間和道路作為空間構(gòu)圖骨架的作用，注重道路和

開放空間的界面設(shè)計(jì)；

■生態(tài)環(huán)境與人工環(huán)境相結(jié)合，注重保護(hù)原生態(tài)自然環(huán)境和歷史文

化街區(qū)；

■構(gòu)筑現(xiàn)代化城市環(huán)境，堅(jiān)持以人為本的原則，系統(tǒng)組織城市開放

空間，強(qiáng)化街道空間的特色，創(chuàng)造高品位的城市空間環(huán)境；

■強(qiáng)化細(xì)節(jié)，注重城市天際線的設(shè)計(jì)以及城市色彩控制。

1.2總體形象控制

總體形象控制是對形成城市總體意向的重要場所的控制?？傮w意向的形成

是通過常規(guī)的視點(diǎn)觀察城市及城市活動(dòng)，因此，城市的觀景點(diǎn)和形成景觀的城

市區(qū)域是城市設(shè)計(jì)總體形象控制的具體內(nèi)容。

總體形象控制的要點(diǎn)在于：

依托秀才山以及秀才山水庫良好的環(huán)境背景形成借景和對景，并通過加強(qiáng)

與自然生態(tài)用地、河渠等綠地的溝通與聯(lián)系，精心營造自然生態(tài)休閑景觀區(qū)。

通過嚴(yán)格限制其開發(fā)強(qiáng)度和高度，保護(hù)山及河渠等自然景觀的視覺通達(dá)

性。

通過加強(qiáng)綠化和活動(dòng)設(shè)施，與公園、街頭綠地、商業(yè)和旅游休閑綠地等綠

化開敞空間共同構(gòu)筑現(xiàn)代化生態(tài)型城區(qū)的景觀基準(zhǔn)面。

依托景觀基準(zhǔn)面，通過武廣高鐵、廣樂高速、昆汕高速等橫貫規(guī)劃區(qū)的道

路防護(hù)綠化作為城市生態(tài)系統(tǒng)主體構(gòu)架，襯托合作區(qū)總體城市形象；以秀才山

核心區(qū)形成主要自然生態(tài)休閑中心；以中央服務(wù)區(qū)城市中心地段展示城市界

面；最終逐步形成脈絡(luò)清晰的城市風(fēng)貌區(qū)和城市輪廓。

本次規(guī)劃根據(jù)城市功能分區(qū)而形成不同特征的景觀區(qū)域，共以下8個(gè)風(fēng)貌

片區(qū)：

①秀才山自然生態(tài)休閑組團(tuán)：自然生態(tài)休閑風(fēng)貌區(qū)

以秀才山水庫為主要休閑旅游項(xiàng)目，整體采取保護(hù)的策略，營造北部自然

生態(tài)休閑風(fēng)貌。

②中央服務(wù)區(qū)：活力中心特色風(fēng)貌區(qū)

“山水相連、城景互融”的自然環(huán)境與精心規(guī)劃、疏密有致的建筑形式相

輔相成，行政、商業(yè)、文化教育等多功能物質(zhì)要素在城市濱水中心區(qū)合理組

織，成為城市一道靚麗的風(fēng)景線。

③啟動(dòng)區(qū)：豐富多彩城市新區(qū)

作為合作區(qū)的啟動(dòng)區(qū)，合理組織高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、商業(yè)、配套服務(wù)等各種功

能，體現(xiàn)豐富多彩的城市新區(qū)的景觀特質(zhì)。

④西部生態(tài)居住組團(tuán)：“生態(tài)、親和、便利宜人”的現(xiàn)代住區(qū)

以自然山體為景觀核心、高速公路綠化帶為紐帶，契形綠地向社區(qū)滲透的

景觀格局，使居住融入到城市景觀系統(tǒng)中去。

⑤南部濱水居住組團(tuán)：特色水景風(fēng)貌區(qū)

結(jié)合中間景觀水系，合理組織配套服務(wù)功能，體現(xiàn)豐富多彩的濱水城市新

區(qū)景觀特質(zhì)。

⑥南部現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)新城特色風(fēng)貌區(qū)

以大規(guī)?，F(xiàn)代工業(yè)廠房形成規(guī)整、明快的城市風(fēng)貌，體現(xiàn)追求速度、科學(xué)

高效的精神。結(jié)合中間景觀水系積極創(chuàng)造開敞空間，打破傳統(tǒng)工業(yè)區(qū)呆板枯燥

的格局，滿足舒適、安全、生活、社交、美學(xué)多層面的需要，創(chuàng)造人性化的生

產(chǎn)生活環(huán)境。

⑦高新技術(shù)綜合發(fā)展組團(tuán)：生態(tài)新城特色風(fēng)貌區(qū)

依托現(xiàn)有的山水自然資源，營造富有自然氣息的高新科技綜合發(fā)展區(qū)，為

高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供良好的工作及生活環(huán)境。

⑧茶園風(fēng)情特色風(fēng)貌區(qū)

依托茶葉研究所的茶園以及原有茶葉世界等旅游景區(qū)，打造具有茶園風(fēng)情

的綠色休閑度假風(fēng)貌區(qū)。

圖12-1城市設(shè)計(jì)導(dǎo)引圖

1.3設(shè)計(jì)要素控制

空間景觀格局、公共空間系統(tǒng)和視覺效果是影響城市

意象的重要方面。城市設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)分析公共開敞空間的分

布形態(tài)及聯(lián)系的空間因素，尺度、節(jié)奏、層次、韻律、天

際線等視覺要素和標(biāo)高、高度、朝向、間距、建筑后退等

技術(shù)要素。

1.3.1高度控制

高度控制劃分為城市制高點(diǎn)、高層發(fā)展區(qū)（可根據(jù)景

觀要求建設(shè)高層、超高層）、多層發(fā)展區(qū)（除特殊局部，

不應(yīng)超過24米建設(shè)）以及低層發(fā)展區(qū)（除特殊局部，不應(yīng)

超過12米建設(shè)）四個(gè)層面的控制區(qū)。

根據(jù)整體城市形象控制的需要，在中央服務(wù)區(qū)、高新

技術(shù)綜合發(fā)展組團(tuán)設(shè)立城市制高點(diǎn)，作為城市的主要地

標(biāo)。主要高層區(qū)則集中在南部現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展組團(tuán)、啟動(dòng)區(qū)

發(fā)展組團(tuán)周邊，體現(xiàn)城市的現(xiàn)代化風(fēng)貌。低層發(fā)展區(qū)主要包括秀才山自然生態(tài)

休閑組團(tuán)、西部生態(tài)居住組團(tuán)、南部濱水居住組團(tuán)、茶園風(fēng)貌區(qū)等，強(qiáng)調(diào)開發(fā)

的控制，維持各自的景觀特色。其余地區(qū)以發(fā)展多層為主。

1.3.2視線通廊

通過建筑高度控制以及建筑形體設(shè)計(jì)等手段，創(chuàng)造既視野開闊又豐富多

樣、串聯(lián)多個(gè)景觀節(jié)點(diǎn)的視覺通廊。主要包括：西部貫穿生態(tài)居住區(qū)與高新技

術(shù)綜合發(fā)展區(qū)的通廊、北部秀才山至南部仙橋村的景觀通廊、旅游大道過境的

視線通廊等。對于視線通廊范圍內(nèi)的建設(shè)，要進(jìn)行控制，盡量以開敞為主。

1.3.3界面

對濱水界面的處理，主要強(qiáng)調(diào)其輪廓線的連續(xù)性，以便于創(chuàng)造富有層次感

和韻律感的城市天際線。而南部工業(yè)區(qū)中央大道作為綜合性干道及進(jìn)入城市核

心區(qū)的主要通道，應(yīng)強(qiáng)化其兩側(cè)建筑的現(xiàn)代風(fēng)格及界面的連續(xù)性，既要有作為

“街墻”的圍合感，又要具備作為背景的優(yōu)美連貫、錯(cuò)落有致的城市天際線輪

廓。要求沿街高層建筑的布局及建筑物頂部形式的設(shè)計(jì)要考慮到車行觀賞的特

點(diǎn)，既不要過度擁塞也不要過于稀松，而對于這些高層建筑的裙房或建筑的地

面幾層，要充分考慮行人尺度，加強(qiáng)建筑物的細(xì)部處理，適當(dāng)補(bǔ)充視覺焦點(diǎn)與

小型公共開放空間，以增強(qiáng)街道的韻律感與節(jié)奏感，滿足使用者不同的視覺需

求。

1.3.4開敞空間

包括濱水開敞空間及郊野開敞空間兩類。

濱水開敞空間主要包括中央水系周邊、仙橋水兩岸綠地，要加強(qiáng)對濱水空

間的規(guī)劃控制，在濱水區(qū)盡可能控制一定寬度的綠化帶，建設(shè)步行道，增進(jìn)親

水性。同時(shí)，加強(qiáng)與城市景觀的融合。

郊野開敞空間主要有西部生態(tài)居住區(qū)內(nèi)的小山、北部秀才山等，要對山體

加強(qiáng)保護(hù)，并將郊野景觀引入周邊建設(shè)區(qū)之中。

規(guī)劃控制中央水系、中央服務(wù)區(qū)內(nèi)綠地等，形成“山-城-水”對話的開敞

空間系統(tǒng)。

1.3.5景觀軸線

布局“T字型”的景觀軸，形成合作區(qū)的景觀主軸。

規(guī)劃以南部中央景觀大道為景觀主軸，旅游大道為景觀次軸貫穿主要城市

景觀區(qū)，加強(qiáng)主次軸向間的聯(lián)系和滲透，聯(lián)系各主要景區(qū)和景點(diǎn)之間的道路必

須特別重視自身的景觀建設(shè)，在重要的對景軸線上合理組織街景的起伏對比變

化，留置視線通廊。

南部中央景觀大道：聯(lián)系園區(qū)與英德市主城區(qū)，既有現(xiàn)代化的城市風(fēng)貌景

觀，也有豐富的濱水景觀，是展示合作區(qū)標(biāo)志性城市景觀界面的主要軸線，同

時(shí)也是聯(lián)系北部秀才山自然生態(tài)。

旅游大道：穿越中央服務(wù)區(qū)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)片區(qū)，景觀的主要軸線，是區(qū)

內(nèi)東西向的景觀次軸。

1.4城市風(fēng)貌建設(shè)

1.4.1功能區(qū)

1.4.1.1居住區(qū)

住區(qū)建設(shè)以規(guī)模體量適度的多層和低層住宅建設(shè)為主，建筑設(shè)計(jì)應(yīng)考慮建

筑空間組合、建筑造型與景觀視線通廊、整體景觀環(huán)境的整合，并通過建筑自

身形體的高低組合變化與住區(qū)內(nèi)、外自然環(huán)境結(jié)合，塑造具有個(gè)性明顯和識別

性強(qiáng)的住區(qū)整體環(huán)境。

要打通住區(qū)與濱水地區(qū)的綠色廊道，使人有更多機(jī)會(huì)親近水體，并嚴(yán)格禁

止位于濱水區(qū)的新建居住區(qū)侵占濱水公共綠地。

1.4.1.2工業(yè)區(qū)

打造綠色工業(yè)區(qū)，在區(qū)內(nèi)工業(yè)建筑內(nèi)辟設(shè)植有草木的公用平臺花園，以加

強(qiáng)工廠內(nèi)部及周邊環(huán)境的綠化。盡量在園區(qū)內(nèi)提供更多用地作為綠化用途，提

高綠化覆蓋率，使其與周邊環(huán)境更為協(xié)調(diào)。

1.4.1.3商業(yè)街區(qū)

注重建筑的退線，高層建筑必須與城市道路之間有足夠的退后距離，盡量

減少交通對辦公區(qū)的影響。結(jié)合規(guī)劃多布置街頭綠地、休閑廣場等活動(dòng)空間。

1.4.2開放空間

1.4.2.1道路空間

分車帶景觀要保持一定的通透性，以利于組織道路兩側(cè)景觀及不阻礙司機(jī)

視線。交通島不宜密植喬木或者大灌木，植物配置的圖案要簡介、曲線優(yōu)美，

創(chuàng)造具有特色的通透空間，以免分散注意力影響交通。

交叉口要根據(jù)道路的數(shù)量、交界的角度，結(jié)合花草進(jìn)行造景，保證三角形

視距范圍的通透性及街道轉(zhuǎn)折過渡作用，營造清爽開闊的路口景觀。

1.4.2.2濱水空間

打造濱水風(fēng)光帶，在人工湖附近設(shè)置具有標(biāo)志性的濱水空間景觀，并在河

口處設(shè)置大型建筑，作為重要收尾節(jié)點(diǎn)。

1.4.2.3廣場空間

以休憩為主題的廣場，入口要容易識別，并交通方便。新建廣場空間應(yīng)以

熱帶植物品種為主，廣場的硬質(zhì)鋪裝面積不宜過大，適當(dāng)增加綠地面積。

結(jié)合地段的條件，應(yīng)設(shè)置類型多樣、規(guī)模適當(dāng)?shù)膹V場，包括交通廣場、紀(jì)

念廣場、游憩廣場、公共建筑前附屬廣場等。

1.4.2.4綠色空間

盡量安排開敞式的公園，促使市民與綠色的接觸。濱水駁岸要增加層次

感，增加綠色柔化駁岸的比例，進(jìn)一步形成“水體-地被-花灌木-喬木-休憩空

間”的城市環(huán)境。

1.4.3建筑風(fēng)格

考慮到合作區(qū)地域范圍較大，每個(gè)不同功能區(qū)都有自己獨(dú)特的演化過程，

因此將片區(qū)的建筑風(fēng)格控制按以下兩個(gè)區(qū)域劃分：

1.4.3.1現(xiàn)代建筑集中區(qū)

主要包括中央服務(wù)區(qū)、高新技術(shù)綜合發(fā)展組團(tuán)、南部現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展組團(tuán)、

啟動(dòng)區(qū)發(fā)展組團(tuán)。以現(xiàn)代建筑作為主要的風(fēng)格，凸現(xiàn)具有強(qiáng)烈時(shí)代感的新區(qū)形

象，強(qiáng)調(diào)建筑風(fēng)格的新穎與協(xié)調(diào)。在中央服務(wù)區(qū)，建筑形式可以更為別致典

雅，同時(shí)可以結(jié)合傳統(tǒng)的坡屋頂、騎樓的建筑形式，凸現(xiàn)城市個(gè)性以及地域特

色，形成整體的層次感和韻律感。

1.4.3.2建筑風(fēng)格協(xié)調(diào)區(qū)

其他地區(qū)均劃為風(fēng)格協(xié)調(diào)區(qū)。區(qū)內(nèi)建筑要尊重環(huán)境、尊重文脈，建筑風(fēng)格

強(qiáng)調(diào)多元化，符合審美要求的建筑形體，都可以在此區(qū)運(yùn)用。

1.4.4城市色彩

色彩作為一種視覺形象要素，在城市建設(shè)和改善生活環(huán)境中的作用十分突

出。在城市色彩選擇及搭配方面，依據(jù)英德市城市色彩規(guī)劃，英紅鎮(zhèn)色彩規(guī)劃

為新穎、簡潔、明快。

合作區(qū)所處的位置決定了自然美的豐富性，城市的空間色彩設(shè)計(jì)是以自然

美為主要美學(xué)特征的。河水、樹林、陽光是處于純自然條件下的色彩元素，因

此，合作區(qū)的主色調(diào)偏重于明亮的暖色調(diào)及舒適的冷色調(diào)。規(guī)劃在空間色彩的

處理上注重對自然環(huán)境、人文歷史的特色保護(hù)，挖掘固有存在于城市發(fā)展脈絡(luò)

之中的色彩，為城市空間的可持續(xù)發(fā)展與城市文脈的建設(shè)起到關(guān)鍵的作用。

在城市色彩控制上，規(guī)劃將合作區(qū)劃為色彩限制區(qū)、色彩主導(dǎo)區(qū)和色彩引

導(dǎo)區(qū)。

色彩限制區(qū)主要包括秀才山自然生態(tài)休閑區(qū)、西部生態(tài)居住區(qū)、南部濱水

居住區(qū)，新建建筑色彩應(yīng)基本沿用樸素典雅的白色、暖灰色墻面和淺紅色屋頂

的搭配，紅褐色、棕色和灰褐色作為主要的輔色調(diào)。

色彩主導(dǎo)區(qū)主要包括中央服務(wù)區(qū)、高新科技綜合發(fā)展區(qū)、南部現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)規(guī)

模發(fā)展區(qū)、啟動(dòng)區(qū)等，區(qū)域內(nèi)的建筑需形成具有現(xiàn)代感的清新絢麗的色彩風(fēng)

格，主色調(diào)以淺米黃、淺藍(lán)和白色為主。

色彩引導(dǎo)區(qū)主要包括城市建設(shè)區(qū)內(nèi)其他區(qū)域，色彩可以在城市整體形象

上，根據(jù)各個(gè)區(qū)域的特色予以變化，使其保持協(xié)調(diào)又各具特色。

同時(shí)，考慮到規(guī)劃區(qū)各個(gè)區(qū)域的功能和環(huán)境特點(diǎn)有差別，同時(shí)又避免破壞

城市的主體色調(diào)，建議采用大協(xié)調(diào)下的微差方式。對于建筑密度較高的區(qū)域，

采用的色彩可以較暗，避免強(qiáng)烈的色彩沖突；對于建筑密度相對較低的區(qū)域，

采用色彩可以較為鮮麗；對于特色濃郁，環(huán)境優(yōu)美的自然風(fēng)貌區(qū)域，可以用更

淺的色彩，使建筑掩映在綠陰叢中，顯得高雅脫俗，清新明朗。

英德城市功能區(qū)功能定位建設(shè)年代色彩原則色影定位色彩表情

老城區(qū)城市發(fā)源地，服務(wù)功能齊全近60年逐漸形成沿襲現(xiàn)狀，整治問題基底區(qū)厚重,沉穩(wěn)，平和

城市商業(yè)，教育，居住，等服務(wù)功能核心區(qū)，近20年開始建設(shè)，B

中心區(qū)協(xié)調(diào)關(guān)系核心區(qū)愉悅,多彩，豐富

充滿活力趨向飽和完善

月桂湖行政區(qū)城市中軸線上的發(fā)展節(jié)點(diǎn)，行政中心建設(shè)中面向未來,提示品位亮點(diǎn)區(qū)大氣.莊重,典雅

歷史形成。未來考慮優(yōu)化置換用地「騰籠

工業(yè)區(qū)己部分建成控制色彩改善區(qū)科技，生態(tài)

換鳥”

英德市生態(tài)門戶、宜居新城以高檔居住為

長嶺現(xiàn)代居住區(qū)主，兼有部分市級商業(yè)金融，商住)的綜合未來5-10年建成生態(tài)優(yōu)先，打造門戶門戶區(qū)親切,自然，生態(tài),時(shí)尚

生態(tài)發(fā)展片區(qū)

主要安排居住,商貿(mào)、金融、信息、教育、

江灣功能拓展區(qū)文化、休閑服務(wù)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)用地，成為己部分建成融合與過渡邊緣發(fā)展區(qū)清新，淡彩

城區(qū)柘展的主要空郵

英德市的東部門戶，以居住、商務(wù)為主的英

大站副中心區(qū)德市東部城市副中心未來10-20年建成宜居宜業(yè)特色區(qū)典雅.溫潤

以鎮(zhèn)級行政、文化、商業(yè)為主，兼具旅游服

望阜片區(qū)未來1520年建成色彩和諧，秀美小城邊緣發(fā)展區(qū)自然，平和

務(wù)功能有地方特色的新型城鎮(zhèn)中心區(qū)

英德中心北擴(kuò)的重要組成部分,工業(yè)園區(qū)

英紅片區(qū)未來5-10年建成產(chǎn)業(yè)特色，引領(lǐng)先導(dǎo)特色區(qū)新時(shí)簡潔，明快

化和特色農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展的現(xiàn)代化城鎮(zhèn)

表12-1英德市城市色彩規(guī)劃色彩分區(qū)

(6)城市設(shè)計(jì)構(gòu)思

1)設(shè)計(jì)構(gòu)思過程

在對現(xiàn)有情況及相關(guān)背景的深入分析基礎(chǔ)上，構(gòu)建理性的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案,

具體構(gòu)思工程如下：

提在

建

出導(dǎo)生態(tài)

垂

適水保

直

合平護(hù)框

的

發(fā)聯(lián)架

評

展系下形

價(jià)

建體成

體

系設(shè)系不同

區(qū)搭的

?構(gòu)建垂直評價(jià)體系一一生態(tài)適宜度及土地承載力的確定

A、運(yùn)用GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)，建立分析模型，進(jìn)行土地適宜性評

價(jià)。根據(jù)規(guī)劃需求和可能選擇最具代表性和影響力的要素（因子）包括自然要

素、社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素及景觀要素等方面。并對每個(gè)單因子進(jìn)行分級、確定權(quán)重

值，分別編制單項(xiàng)生態(tài)因子圖。對單因子圖加權(quán)疊加，并對疊加結(jié)果進(jìn)行分

級，繪成圖。根據(jù)綜合適宜度評價(jià)結(jié)果，編制生態(tài)適宜度圖。

B、在土地適宜性評價(jià)的基礎(chǔ)上，分析城市土地承載力。其中兩個(gè)主要內(nèi)

容包括：用人口和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展來度量“發(fā)展變量”；分析限制地區(qū)人類活動(dòng)

進(jìn)一步增長的因子，包括自然資源、基礎(chǔ)設(shè)施及其它要素。

C、對上述兩點(diǎn)的串連使用，對土地進(jìn)行發(fā)展分區(qū)，劃分為優(yōu)先發(fā)展區(qū)、引導(dǎo)

發(fā)展區(qū)、控制發(fā)展區(qū)、限制發(fā)展區(qū)、環(huán)境保護(hù)區(qū)、環(huán)境整治區(qū)和更新改造區(qū)。

?引導(dǎo)水平聯(lián)系體系一一構(gòu)建城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施

為保證工業(yè)園區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，在本規(guī)劃引入“城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施”的概

念，力圖搭建一個(gè)永久生態(tài)保護(hù)框架，主要內(nèi)容如下：

A、促進(jìn)規(guī)劃區(qū)山水化：構(gòu)建生態(tài)支持系統(tǒng)把自然引入城市，與之融為一

體。

B、整合城市生命線：為避免出現(xiàn)過度開發(fā)、無序亂建的混亂局面，應(yīng)對

規(guī)劃區(qū)內(nèi)部的發(fā)展進(jìn)行有效控制。在規(guī)劃的整體構(gòu)思上，主要是現(xiàn)有自然生態(tài)

環(huán)境，“構(gòu)筑”生態(tài)走廊。

2）規(guī)劃設(shè)計(jì)理念

?強(qiáng)調(diào)對自然的尊重和利用

區(qū)內(nèi)良好的自然山體是規(guī)劃區(qū)最具優(yōu)勢的自然條件，是塑造規(guī)劃區(qū)特色的重要

因素，城市設(shè)計(jì)應(yīng)考慮建筑與自然山體的關(guān)系，形成人工景觀與自然景觀的有機(jī)結(jié)

合。

案例分析：東莞松山湖高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)

東莞松山湖科技產(chǎn)業(yè)園區(qū)位于大朗、大嶺山、寮步三鎮(zhèn)之間，地處東莞市的幾

何中心，控制面積72平方公里。

規(guī)劃強(qiáng)調(diào)有效利用土地，保持環(huán)境和生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展；創(chuàng)造以生態(tài)化人居環(huán)

境為特征，適宜和有效支持產(chǎn)業(yè)園區(qū)綜合發(fā)展的城市環(huán)境。內(nèi)核式圈層結(jié)構(gòu)：內(nèi)圈

層是生態(tài)核心區(qū)，中圈層是生活活動(dòng)區(qū)，外圈層是生產(chǎn)活動(dòng)區(qū)。并傾情于山水，致

力于空間，山、水、園融為一體的城市理念，塑造“科技共山水一色”的城市形

象。

?倡導(dǎo)“低碳生產(chǎn)、低碳產(chǎn)品、低碳產(chǎn)業(yè)和低碳生活”的理念

通過發(fā)展生態(tài)工業(yè)，在企業(yè)內(nèi)部推行清潔生產(chǎn)，最大限度地可持續(xù)利用資源，

減少有毒、有害物質(zhì)的使用和排放。將發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)納入高新區(qū)整體定位，落實(shí)有

關(guān)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的路線及促進(jìn)政策，引導(dǎo)企業(yè)發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)、低碳經(jīng)濟(jì)和循環(huán)經(jīng)

濟(jì)，提高資源和能源的利用效率。

案例分析：曹妃甸工業(yè)區(qū)

曹妃甸工業(yè)區(qū)作為國家首批發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)試點(diǎn)產(chǎn)業(yè)園區(qū)之一，將堅(jiān)持以科學(xué)發(fā)

展觀為統(tǒng)攬，按照“減量化、再利用、資源化”原則，以建立循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)體系、資

源綜合利用管理控制體系、生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)體系為重點(diǎn)，加快集聚鋼鐵、石

化、電力和裝備制造等循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范產(chǎn)業(yè)群，形成完整的廢舊物資和廢棄物回收利

用系統(tǒng)，最大限度地節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展，各項(xiàng)資源、

環(huán)境指標(biāo)達(dá)到國家循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，成為引領(lǐng)中國循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的示范區(qū)。

?適應(yīng)氣候，實(shí)施建筑的生態(tài)策略

生態(tài)觀念不僅體現(xiàn)在規(guī)劃上，而且體現(xiàn)在建筑設(shè)計(jì)之中。園區(qū)規(guī)劃應(yīng)在建筑設(shè)

計(jì)上引導(dǎo)實(shí)施和采納適應(yīng)氣候的生態(tài)策略。

根據(jù)國外試驗(yàn)研究的結(jié)論：在凈高2.8m的空間，自然采光能達(dá)到室內(nèi)7m；在

微風(fēng)條件下，實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)的建筑進(jìn)深約為15m左右。

案例分析：北京中關(guān)村軟件園

北京中關(guān)村軟件園建筑普遍采用16.2m進(jìn)深，以滿足通風(fēng)和自然采光的條件。

對于庭院式布局的建筑，提倡庭院設(shè)計(jì)成開口形式、架空形式，以適應(yīng)通風(fēng)和氣流

的暢通。低容積率、低限高等基本原則（容積率0.35,建筑限高9m,部分

12m）,促使了實(shí)施生態(tài)策略條件的形成。

摘要

目前，食品工業(yè)逐漸發(fā)展成為國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)。本文以提高烹飪

自動(dòng)化水平為目標(biāo)設(shè)計(jì)一種全自動(dòng)炒菜機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)炒菜和遠(yuǎn)程控制炒

菜，模擬名廚制作出美味可口的菜肴。論文對炒菜機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案和設(shè)計(jì)過程做

了深入的分析，重點(diǎn)研究了炒菜機(jī)工具及鍋具兩關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與控

制等問題。

在研究當(dāng)前國內(nèi)外炒菜設(shè)備發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，提出自動(dòng)炒菜機(jī)的技術(shù)要

求。結(jié)合炒菜工藝將人工炒菜動(dòng)作進(jìn)行分解并研究實(shí)現(xiàn)這些動(dòng)作的機(jī)構(gòu)，對每

一種機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析比較，確定合理的實(shí)現(xiàn)方案。針對選定的設(shè)計(jì)方案建立數(shù)學(xué)

模型并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。開發(fā)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)特性可視化仿真程序，通過改變機(jī)構(gòu)相

關(guān)特征參數(shù)，分析其運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)選設(shè)計(jì)方案。運(yùn)用

Solidworks軟件，對方案進(jìn)行建模、仿真，得到其位移、速度、加速度等動(dòng)力

學(xué)特征參數(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化篩選，為試驗(yàn)樣機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。采用模

塊化的編程思想，設(shè)計(jì)炒菜機(jī)控制程序。將每一種炒菜動(dòng)作封裝為單個(gè)模塊，

便于PC機(jī)和PLC聯(lián)合控制。重點(diǎn)研究了基于模塊化思想的炒菜機(jī)控制程序的

開發(fā)問題。

1緒論

1.1課題概述

1.1.1課題來源

應(yīng)深圳繁興科技有限公司委托，研制能夠自動(dòng)烹調(diào)部分中式菜肴，達(dá)到中

式烹調(diào)技法要求的自動(dòng)炒菜機(jī)。

1.1.2研發(fā)背景

烹飪，就是將被烹調(diào)物以炒、爆、煎、炸、燒、蒸、溜等各種主要烹調(diào)技

法加熱至預(yù)期火候狀態(tài)，輔以調(diào)味品，達(dá)到預(yù)期的甜、酸、苦、辣等口味和

香、脆、酥、嫩等風(fēng)味效果。烹飪的開始也就是人類文明的開始。勞動(dòng)人民在

長期的生活實(shí)踐過程中，細(xì)心觀察、不斷總結(jié)，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，使中國烹

飪在原料的選擇、烹飪方法以及菜肴的色、香、味、形等方面都帶有鮮明的中

國特色。烹飪的目的是為滿足各類人群的飲食和健康需要，為人們提供營養(yǎng)、

衛(wèi)生、富有風(fēng)味特色和品種多樣的食品。實(shí)現(xiàn)這一過程的一個(gè)重要條件是烹飪

器具及相關(guān)設(shè)備。智能烹飪機(jī)能夠?qū)N房這個(gè)“大容器”中的廚事操作活動(dòng)全

部濃縮在其中進(jìn)行，從而將人們從煩雜的烹飪?nèi)蝿?wù)中解脫出來，輕松便捷地獲

得有著專業(yè)廚藝水平的健康美食［2］。

1.1.3課題的目的

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步，物質(zhì)生活越來越成為人們關(guān)注的對象。吃

是人們賴以生存的條件，關(guān)系到人的生命的延續(xù)，是物質(zhì)生活的第一需求。吃

的水平高低，標(biāo)志著一個(gè)國家，一個(gè)民族的生活水平、社會(huì)物質(zhì)生產(chǎn)、科學(xué)文

化進(jìn)步的程度。中國烹飪歷經(jīng)幾千年，前輩廚師的生產(chǎn)實(shí)踐，積累了很多寶貴

的經(jīng)驗(yàn)

本課題的主要目的在于研制一種自動(dòng)烹飪機(jī)，它能夠自動(dòng)控制烹調(diào)火候，

在烹調(diào)技法所要求的火候時(shí)機(jī)以烹調(diào)技法所要求的方式進(jìn)行物料投放、翻動(dòng)和

盛出等烹調(diào)基本操作，自動(dòng)完成烹調(diào)全過程并能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種基本烹調(diào)技法主

要是中式基本烹調(diào)技法。

1.1.4課題意義

人們要很好的生活、工作、勞動(dòng)，就必須有健康的身體。一個(gè)人的體質(zhì)好

壞與飲食有著密切的關(guān)系。人類進(jìn)入高度文明的今天，人們不但要吃得飽而且

要吃得好。否則，很可能會(huì)出現(xiàn)“后天失調(diào)”的現(xiàn)象。要吃得好，飯菜的品種

必須多樣化，富有營養(yǎng)，清潔衛(wèi)生，而且在色、香、味、形上給人以美的感

受。因此就需要懂得點(diǎn)烹調(diào)知識以掌握科學(xué)的制作技術(shù)。中國菜肴烹飪的歷史

源遠(yuǎn)流長，制作十分講究，風(fēng)味也譽(yù)滿天下。但對絕大多數(shù)人來說，居家做飯

尤其是炒菜卻是件很麻煩的事，而且要做好就更為不易。在現(xiàn)代社會(huì)生活中，

一方面，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、生活的提高以及工作的需要，幾乎不再允許人們把

過多的時(shí)間和精力用在做飯上，加上社會(huì)專業(yè)分工越來越細(xì)，大部分人發(fā)現(xiàn)除

了自己所從事的工作外，對烹調(diào)的技巧越來越陌生，也不可能有充足的時(shí)間和

持久的熱情進(jìn)行繁瑣的烹調(diào)工作；另一方面，人們對吃的要求越來越高，希望

在家里也能吃到通常在酒店里才能吃到的美味佳肴。

因此傳統(tǒng)且繁瑣的菜肴烹飪方式無疑已在相當(dāng)程度上限制了人們追求快節(jié)

奏、高品質(zhì)生活的愿望。近年來，受“洋快餐”的啟迪，為減輕人們做飯的負(fù)

擔(dān)市場上雖也相繼推出一些經(jīng)過配制的半成品菜肴出售，但由于食用者將其買

回家后還需要再行炒作加工，既沒能使人們的做飯負(fù)擔(dān)問題得到以根本緩解，

也難以使配制的半成品菜肴最終形成標(biāo)準(zhǔn)化和工業(yè)化的商品。

從某種意義上講，設(shè)計(jì)一種全自動(dòng)控制烹飪機(jī)來制作美味可口的菜肴，既

減少勞動(dòng)強(qiáng)度，又節(jié)約時(shí)間，提高效率，將人們從炒菜的過程中解脫出來。因

此，此課題的研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.2國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，食品工業(yè)逐漸發(fā)展成為一個(gè)很大的產(chǎn)業(yè)，為人

們提供先進(jìn)的自動(dòng)化食品機(jī)械。目前世界上還沒有一種實(shí)用的能完成中式菜肴

制作的自動(dòng)烹調(diào)設(shè)備問世，無論在家庭和飯店，中式菜肴的烹制都主要靠人工

來完成，用自動(dòng)烹調(diào)設(shè)備烹制中式菜肴還基本上是空白。市場上炒菜機(jī)大多功

能少、自動(dòng)化程度不夠高。出現(xiàn)這類現(xiàn)象的主要原因是設(shè)計(jì)者缺乏對烹飪技術(shù)

和烹飪工藝全面而深刻的掌握以及現(xiàn)有的技術(shù)還不足以克服自動(dòng)烹飪的關(guān)鍵問

題或難點(diǎn)。

目前，以西餐為主的國家已經(jīng)有很多食品自動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，如皮薩餅、奶

酪、漢堡、薯?xiàng)l、沙拉、雞塊、肉排等自動(dòng)生產(chǎn)線。在國內(nèi)，電磁爐，微波

爐，光波爐，電飯煲，電烤箱等烹飪輔助器件在人們?nèi)粘Ｉ钪卸己艹Ｒ奫4-

7]o但這些工具，均不具備智能炒菜功能，在現(xiàn)有技術(shù)中，廚房里使用的各種

機(jī)器僅能代替人的部分工作，大量的烹飪工作仍需要人們手工完成。查閱了國

內(nèi)大量的專利，下面是市面上現(xiàn)有的一些炒菜機(jī)，大致分為三類。

1）簡單攪拌型

該類產(chǎn)品采取工具攪拌的方式加工菜肴，鍋具不動(dòng)或很少運(yùn)動(dòng)。通過改進(jìn)

普通工具的形狀或運(yùn)動(dòng)方式，采用機(jī)器人技術(shù)，控制調(diào)節(jié)機(jī)器手各關(guān)節(jié)的運(yùn)

動(dòng)，使其能完成類似于人工炒菜的動(dòng)作，例如聚攏，擠壓等。這類設(shè)備的鍋具

基本上都做成桶狀，能夠進(jìn)行簡單地旋轉(zhuǎn)晃動(dòng)從而使菜在鍋里旋轉(zhuǎn)翻滾。雖然

它們在工具運(yùn)動(dòng)上做了改進(jìn)，能夠炒制某類菜肴，但是鍋具動(dòng)作過于簡單，采

用旋轉(zhuǎn)攪拌只能炒制塊狀小顆粒且不易破碎的菜肴。圖1-1所示單頭偏心攪拌

炒鍋，電機(jī)帶動(dòng)工具在鍋內(nèi)旋轉(zhuǎn)，工具采用偏心固定在曲柄上，曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)實(shí)

現(xiàn)對鍋內(nèi)物料的攪伴。圖1-2中工具的軸向與其旋轉(zhuǎn)方向成一定角度，從而在

轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中達(dá)到偏心的效果，利用工具在公轉(zhuǎn)的同時(shí)自轉(zhuǎn)，以產(chǎn)生對鍋內(nèi)物

料的攪拌。圖1-3所示多頭偏心攪拌炒鍋采用蒸汽加熱，具有四只攪拌頭對物

料進(jìn)行更充分、更均勻的攪拌，無需人工炒制，鍋體可以傾斜，方便出入料，

還可以根據(jù)客戶需要配制溫度傳感器對加熱溫度和加熱狀態(tài)進(jìn)行全過程監(jiān)控。

圖1-4是多頭燃?xì)鈹嚢璩村?，該產(chǎn)品采用天然氣、液化氣或管道煤氣等燃?xì)饧?/p>

熱，利用四只攪拌頭在鍋內(nèi)自由伸縮，對物料進(jìn)行充分、均勻的攪拌，無需人

工參與，鍋體可傾，出入物料方便。根據(jù)需求還可配制智能的溫度傳感器進(jìn)行

全過程跟蹤監(jiān)控，及時(shí)調(diào)整，全程均具有自動(dòng)報(bào)警安全提示程序。圖1-5是攪

拌導(dǎo)熱油炒鍋，該產(chǎn)品采用雙層加熱，利用燃?xì)馊紵訜釆A層中的油料，通過

熱油間接加熱鍋內(nèi)加工的物料，通過智能控制加熱溫度，使加熱物料均勻受

熱。該機(jī)帶有自動(dòng)攪拌裝置，增強(qiáng)炒制效果，鍋體可作95°傾斜倒鍋以減少人

工勞動(dòng)，提高工作效率。圖1-6是一種對食品、藥物等實(shí)現(xiàn)加熱、翻炒、拌

和、鏟動(dòng)、和鏟出等多功能操作的機(jī)械裝置，可以用于自動(dòng)炒菜機(jī)中對菜肴進(jìn)

行多種加工操作。它使用部分球面狀的鍋和從球心輻射出的兩個(gè)鏟臂，只需在

電機(jī)帶動(dòng)下通過控制單根主軸的正反向旋轉(zhuǎn)和通過控制剎閘片拉桿拉出和壓下

的位置，即可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)鏟臂轉(zhuǎn)換翻炒加工工具和完成各加工動(dòng)作，可較容易地

實(shí)現(xiàn)加工食品時(shí)進(jìn)行從進(jìn)料翻炒到出料洗刷鍋底所需的多功能操作。

2）鍋具晃動(dòng)型

該類產(chǎn)品采取鍋具動(dòng)作來達(dá)到翻動(dòng)菜肴。通過改進(jìn)普通鍋具并在其上加運(yùn)

動(dòng)機(jī)構(gòu)，使其能完成類似于人工炒菜的動(dòng)作，如顛鍋，晃鍋等。它與前面不同

的是加入了自動(dòng)控制系統(tǒng)，晃鍋、加料、火控和出菜等動(dòng)作都由控制系統(tǒng)實(shí)

現(xiàn)，

大大減少了人工操作。雖然這些產(chǎn)品加入了智能控制，但是在鍋具動(dòng)作上比較

簡單，而且少了炒菜中最靈活的部件一工具的參與。圖1-7所示自動(dòng)晃鍋機(jī)，

其工作臺內(nèi)的軸承座支架通過軸承和傾斜的主軸與鍋體連接，鍋體下部夾層內(nèi)

裝有加熱電阻絲，且鍋體的底部由波浪片構(gòu)成，鍋體的底部有出菜口，鍋體上

部有相對固定的自動(dòng)配料板，自動(dòng)配料板的下部有主料容器和輔料容器。由于

主、輔原料的添加和鍋體的轉(zhuǎn)動(dòng)由程序控制，鍋體傾斜安裝，鍋中主、輔原料

及加工菜肴被鍋底波浪片翻動(dòng)，使菜肴混合均勻受熱［24］。圖1-8所示炒菜機(jī)由

轉(zhuǎn)鍋及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，電磁單元及冷卻系統(tǒng)，電腦控制系統(tǒng)和支架組成，功能是：

控制面板上顯示炒菜機(jī)的狀態(tài)，有操作菜單供選擇，菜單能提示操作員適時(shí)加

入原料、調(diào)料、輔料，在菜單控制下，電磁單元按預(yù)定的功率、溫度、時(shí)間給

特定的原料加熱，轉(zhuǎn)鍋以旋轉(zhuǎn)方向、速度及傾斜角度使特定原料充分?jǐn)嚢枞?/p>

味。圖1-9所示全自動(dòng)炒菜機(jī)，通過多個(gè)定時(shí)電路，控制開關(guān)火力、炒菜、加

佐料及加菜的每個(gè)電機(jī)，定時(shí)加料、開關(guān)火，更換不同的電路插板即可炒不同

的菜。具有自動(dòng)點(diǎn)火、自

加水、自動(dòng)配油、自動(dòng)配鹽、自動(dòng)配醬油、自動(dòng)配味精、自動(dòng)配蛇油、自動(dòng)

配生粉、自動(dòng)下主菜、自動(dòng)下配菜、自動(dòng)關(guān)火、自動(dòng)盛出、自動(dòng)洗鍋、自動(dòng)關(guān)

機(jī)等功能。

3）復(fù)雜工具攪拌型

該類產(chǎn)品主要是采用特殊形狀的工具來攪拌菜肴，鍋具不動(dòng)或運(yùn)動(dòng)很少。

根據(jù)不同的炒菜要求設(shè)計(jì)不同的工具形狀，使其能攪勻鍋內(nèi)物料。此外，還加

入了復(fù)雜的控制系統(tǒng)，在工具動(dòng)作、加料及時(shí)間控制上都實(shí)現(xiàn)了程序化。這些

產(chǎn)品雖然能夠?qū)崿F(xiàn)部分菜肴的炒制，但是缺少了鍋具的配合，其翻動(dòng)菜肴的效

果不好，而且工具的動(dòng)作也很單調(diào)，無法實(shí)現(xiàn)大眾化的炒菜。圖1-10是臥式真

空蒸汽攪拌炒鍋，本產(chǎn)品是在真空狀態(tài)下對物料進(jìn)行加工處理，能最大限度保

持食品的原色原味加熱，以防止細(xì)菌進(jìn)入發(fā)生老化，調(diào)味料易于入味，使食物

富含有風(fēng)味和保持良好外觀。設(shè)備帶有溫度計(jì)和傳感器易于檢測鍋內(nèi)食品加工

狀態(tài)，食物在真空低溫條件下，可以消除產(chǎn)品的過熱情況，確保食品品質(zhì)。鍋

體可傾斜，攪拌混合均勻，采用無級電磁調(diào)速，操作簡便、安全。圖1-11所示

炒菜機(jī)包含箱體，在箱體的一側(cè)設(shè)計(jì)有門，在箱體內(nèi)腔的下部安裝有發(fā)熱裝

置，在該發(fā)熱裝置上安裝有鍋，攪拌器的軸伸入鍋內(nèi)，攪拌器的軸通過減速機(jī)

構(gòu)與電動(dòng)機(jī)連接。圖1-12是一種機(jī)械化炒菜機(jī)。該機(jī)由一套加料機(jī)構(gòu)，移動(dòng)翻

轉(zhuǎn)炒鍋、翻炒機(jī)、刷鍋機(jī)、火力控制機(jī)構(gòu)組成。其中，移動(dòng)翻轉(zhuǎn)炒鍋支撐在輪

架上，可以翻轉(zhuǎn)并在機(jī)架移動(dòng)，鍋在機(jī)架中部炒熟菜肴后，移動(dòng)到機(jī)架前部翻

轉(zhuǎn)倒出菜肴，再移動(dòng)到機(jī)架后部刷

鍋，然后翻轉(zhuǎn)回直立位置并移動(dòng)回機(jī)架中部，重新加料炒下一道菜。翻炒機(jī)通

過錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)翻炒勺做球面螺旋運(yùn)動(dòng)，對鍋中的菜料進(jìn)行翻炒。刷鍋

機(jī)由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，刷子架及其上的刷毛的輪廓與炒鍋內(nèi)表面的軸截面母線形狀相

同，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)刷鍋?；鹆刂茩C(jī)構(gòu)由燃?xì)庠钸M(jìn)氣管路上并聯(lián)的通徑大小不同的

兩個(gè)電磁控制閥組成，打開不同的電磁控制閥，燃?xì)饬髁坎煌愿淖兓鹆Υ?/p>

小。

以上列舉了國內(nèi)現(xiàn)有的一些烹飪設(shè)備，從每類產(chǎn)品的簡介中不難看出國內(nèi)

現(xiàn)有的烹飪設(shè)備或多或少具有一定的自動(dòng)炒菜功能，可以完成某些簡單的功

能，加工簡單的菜肴。第一類產(chǎn)品純粹采用工具攪拌的方式，會(huì)對物料的外形

產(chǎn)生破壞，而且將鍋具罩起來防止物料飛濺的設(shè)計(jì)對被加工菜肴的種類也有很

大限制；第二類產(chǎn)品在普通的鍋具上加運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使鍋具能完成簡單的運(yùn)動(dòng)，

但這些動(dòng)作對于實(shí)現(xiàn)中式菜肴復(fù)雜的操作手法和完成自動(dòng)烹飪的功能還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)

不夠的。第三類是在第一類基礎(chǔ)上所做的改進(jìn)，采用特殊形狀的工具攪拌。就

其特點(diǎn)和功能可以歸納如表1-1所示。

從上述比較可以看出，這三類烹飪設(shè)備所能完成的炒菜種類都很少，制作

效果不好，只能面向食堂里面的大鍋炒制，食物烹調(diào)起來太過粗糙，不能達(dá)到

較高的品味，與本課題所要求的目標(biāo)有很大出入。本課題所要研究的自動(dòng)完成

表1-1產(chǎn)品功能比較

項(xiàng)目

技術(shù)指京'第一類產(chǎn)品第二類產(chǎn)品第三類產(chǎn)品

工具動(dòng)作簡單少復(fù)雜

鍋具動(dòng)作少復(fù)雜無

其它單元無有有

控制實(shí)現(xiàn)易不易不易

炒菜種類少少少

炒制效果不好一般一般

烹調(diào)中式菜肴功能的自動(dòng)炒菜設(shè)備必須有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

設(shè)備小型化，服務(wù)于家庭，實(shí)現(xiàn)從送料到出菜的全自動(dòng)化，炒菜過程中盡

量減少人為動(dòng)作；炒菜機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單化，動(dòng)作擬人化，能基本完成廚師烹制

時(shí)的動(dòng)作，在色、香、味等方面達(dá)到大師的風(fēng)格；充分采用現(xiàn)有的先進(jìn)技術(shù)實(shí)

現(xiàn)復(fù)雜的炒菜動(dòng)作；操作簡單、安全，具有人性化。

1.3研究內(nèi)容

本文主要從以下幾個(gè)方面的研究：

1）結(jié)合炒菜工藝和基本要求對炒菜動(dòng)作進(jìn)行了分解，構(gòu)思實(shí)現(xiàn)這些動(dòng)作的

機(jī)構(gòu)并組合為復(fù)合機(jī)構(gòu)，分析每一種機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)并選擇一種理想的方案；

2）對方案進(jìn)行優(yōu)化，完成其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并加工出試驗(yàn)樣機(jī)；

3）采用模塊化的編程方式，對樣機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。將每一種炒菜

動(dòng)作封裝為單個(gè)模塊，便于上層應(yīng)用程序的調(diào)用。

2炒菜機(jī)工具設(shè)計(jì)

2.1工具設(shè)計(jì)的要求和技術(shù)指標(biāo)

本論文中所提到的工具均指炒菜機(jī)鏟子及其相關(guān)機(jī)構(gòu)的總稱。工具是炒菜

機(jī)的重要部件之一，它的形狀和動(dòng)作對于烹飪的效果有重要影響。并且對應(yīng)不

同的菜肴，可能選用不同的工具形狀和工具運(yùn)動(dòng)軌跡。工具設(shè)計(jì)的核心是能夠

實(shí)現(xiàn)菜肴的攪勻和翻面。烹飪中，工具的運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜，下面是針對本課題所

提出的工具應(yīng)實(shí)現(xiàn)的具體運(yùn)動(dòng)和要求：

（1）工具傾軋運(yùn)動(dòng)（如圖2—1所示）

在炒制團(tuán)狀物料時(shí)，需要工具對團(tuán)狀的物料作傾軋運(yùn)動(dòng)，目的是使物料受到擠

壓而分散。

要求：工具傾軋運(yùn)動(dòng)頻率和運(yùn)動(dòng)幅度參考廚師炒菜動(dòng)作。

（2）工具劃散動(dòng)作（如圖2—2所示）

勺底部，為了讓其均勻受熱，需要工具作

勺是對物料進(jìn)行分散。

國度參考廚師炒菜

吊底很遠(yuǎn)的部位,

口心的撥動(dòng)運(yùn)動(dòng),

國度參考廚師炒菜

1動(dòng)作的目的分

析，圖2-4方案一簡圖專、旋轉(zhuǎn)和升降。

如圖2-4所示。由電機(jī)驅(qū)動(dòng)錐齒輪實(shí)現(xiàn)工具鏟臂的

擺動(dòng)，最下端的兩個(gè)鏟臂可以伸開或縮攏，達(dá)到翻轉(zhuǎn)物

料的目的；翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)固定在一根旋轉(zhuǎn)軸上，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)圖九4方案一簡圖

實(shí)現(xiàn)其周向旋轉(zhuǎn)；整個(gè)機(jī)構(gòu)通過一對齒輪齒條實(shí)現(xiàn)升降

運(yùn)動(dòng)。三個(gè)動(dòng)作相互配合按照一定的要求運(yùn)動(dòng)，可以在

空間范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜的軌跡。同時(shí)還能讓工具具有很好的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。為了

使工具動(dòng)作時(shí)不與鍋具內(nèi)壁發(fā)生較大碰撞，要求三個(gè)電機(jī)有位移反饋環(huán)節(jié)，通

過三者的協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)對鏟頭部運(yùn)動(dòng)軌跡的控制該方案能夠很好地滿足設(shè)計(jì)要

求，結(jié)構(gòu)簡單，每個(gè)動(dòng)作所選用的機(jī)構(gòu)都是常用機(jī)構(gòu)，單個(gè)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)比較容

易。但是總體機(jī)構(gòu)精度低、剛度低、傳動(dòng)鏈長，負(fù)載能力差。特別是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

和翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其動(dòng)力元件及輔助元件都要隨著工具一起運(yùn)動(dòng)，增加了機(jī)構(gòu)的負(fù)

載，加大了后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的困難。此外，簡單的結(jié)構(gòu)對應(yīng)著復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)學(xué)，特別

是正向運(yùn)動(dòng)學(xué)求解尤其復(fù)雜，導(dǎo)致控制的難度加大且會(huì)降低控制的實(shí)時(shí)性。

2.2.2工具運(yùn)動(dòng)方案二

將工具的運(yùn)動(dòng)分解為平面運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)。連桿機(jī)構(gòu)是一種應(yīng)用十分廣泛

的機(jī)構(gòu)。從各相關(guān)文獻(xiàn)可以看到，平面四桿機(jī)構(gòu)中連桿上點(diǎn)的軌跡非?；钴S，

在機(jī)構(gòu)尺寸不變而連桿上點(diǎn)的位置變化時(shí)，軌跡多種多樣，若再增加桿件或是

改變桿件尺寸，會(huì)使最后輸出點(diǎn)的軌跡非常豐富。圖2-5是一平面七桿機(jī)構(gòu)，

AHD桿作為機(jī)架，F(xiàn)點(diǎn)的軌跡千變?nèi)f化。圖2-6是某一尺寸下繪出的F點(diǎn)軌

跡。

在炒菜機(jī)工具設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合炒菜要求，選擇合理的軌跡，能實(shí)現(xiàn)工具在鍋內(nèi)

翻動(dòng)菜肴的目的。圓周運(yùn)動(dòng)采用棘輪機(jī)構(gòu)，將七桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架AHD固定在棘

輪機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸上，由電機(jī)帶動(dòng)使固定在F點(diǎn)的工具沿鍋具圓周方向作間歇式

旋轉(zhuǎn)從不同方向“推、攏、攪”動(dòng)物料。在鍋內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)一周，達(dá)到對所有物料的

翻動(dòng)。該方案有如下優(yōu)點(diǎn)：機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方便，在平面四桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加新的

桿件進(jìn)而得到新的機(jī)構(gòu)，其動(dòng)力源只需要兩個(gè)；F點(diǎn)的軌跡千變?nèi)f化，每根桿

件尺寸的改變都會(huì)得到不同的軌跡，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)可以得到合理的結(jié)果；控制

簡單，很容易實(shí)現(xiàn)炒菜動(dòng)作。該方案有一個(gè)缺點(diǎn)，為了能讓工具更多地接觸鍋

底，鍋具不能使用普通鍋，必須專門制造，增加了制造成本。

2.2.3工具運(yùn)動(dòng)方案

表2-1方案比較

案

技術(shù)指^方案一方案二

總體結(jié)構(gòu)復(fù)雜簡單

工具軌跡復(fù)雜復(fù)雜

控制實(shí)現(xiàn)難易

動(dòng)力源三個(gè)電機(jī)兩個(gè)電機(jī)

成本高低

精度低高

剛度低高

圖2-5七桿機(jī)構(gòu)簡圖圖2-6頂點(diǎn)F軌跡

選擇上述兩種方案都能得到復(fù)雜的工具軌跡，且軌跡都具有很好的運(yùn)性，

到炒菜機(jī)的設(shè)計(jì)要求，但它們在精度、剛度及實(shí)現(xiàn)難易度等方面有著很大

的別，具體比較見表2—1。

鑒于上述兩種方案的比較，可以看出方案二明顯優(yōu)于方案一，因此，本論

文選擇方案二作為研究方向。

2.3方案優(yōu)化

2.3.1運(yùn)動(dòng)軌跡優(yōu)化

對上述方案二的平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)利用Solidworks建模如圖2-7所示。AHD桿

為機(jī)架，與圓周運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸固結(jié)在一起，AB桿作為主動(dòng)件。鏟具連接在F點(diǎn)

并可以繞F點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，具有一定的剛性和柔性。這里主要考慮到鏟具在運(yùn)動(dòng)過程

中可能與鍋具發(fā)生碰撞。由于工具運(yùn)動(dòng)中，鍋具是不動(dòng)的，所以將工具做成具

有柔性就可以避免與鍋發(fā)生剛性碰撞。此外，工具要翻動(dòng)物料和打散物料，又

必須有一定的剛性。為了能兼顧兩方面的問題，將鏟具用一定彈性的彈簧連接

在桿件EF和GF上，較好地解決了工具在運(yùn)動(dòng)過程中遇到的問題。圖2-8上半

部分是鏟具頂點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，不同與圖2-6的是加入鍋具作為對照，可以更明

顯地看到工具在鍋內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況。該軌跡的下半邊緊貼鍋底，能較好地翻動(dòng)和

傾

軋物料。圖2-8下半部分是用Solidworks中的COSMOSmotion插件計(jì)算出的該

軌跡對應(yīng)的水平方向的速度，設(shè)定條件是AB桿勻速圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)頻率是

1Hz,向右方向?yàn)檎较?。從該圖上

可以看出工具向右運(yùn)動(dòng)的時(shí)間（速

度為正的時(shí)間段）僅占整個(gè)運(yùn)動(dòng)時(shí)

間的40%左右，很大一部分時(shí)間浪

費(fèi)在回程，即工具的有效工作時(shí)間

段太短。止匕外，該軌跡還有一個(gè)缺

點(diǎn)，當(dāng)鍋具翻轉(zhuǎn)傾倒物料或是具平

移的時(shí)候，工具為了避讓，必須增

加一個(gè)升降運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，加大了方案

設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。為此，要對軌跡

進(jìn)行優(yōu)化，找到一種合適的方案，

能讓軌跡的最高點(diǎn)超過鍋邊并具有

急回特性。軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的是

提高機(jī)構(gòu)合理性，滿足設(shè)計(jì)要求，

降低生產(chǎn)成本。

傳統(tǒng)的軌跡優(yōu)化問題都是通過

圖解法，其特點(diǎn)是求解簡單、直

觀，但是精確度不高。隨著計(jì)算機(jī)

圖2-7工具模型

的出現(xiàn)及其性能的提高，利用計(jì)算

機(jī)進(jìn)行機(jī)構(gòu)的仿真與設(shè)已成為一種

重要手段。三維仿真軟件Solidworks在這方面做的很成熟，可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)的軌

跡、速度、加速度分析。但是在軌跡優(yōu)化時(shí)，每次改變參數(shù)之后，都要重新建

模分析，然后才輸出結(jié)果，這樣加大了工作量，增大了設(shè)計(jì)周期。為此，提出

一種設(shè)計(jì)方法，其思想是針對某種特定機(jī)構(gòu)，專門建立數(shù)學(xué)模型，編制仿真程

序，通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的某些參數(shù)，快速地顯示改變后的結(jié)果，然后根據(jù)要求合理

地優(yōu)化參數(shù)，節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間［26］。

平面連桿機(jī)構(gòu)作為重要的基本機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)特定的輸入輸出函數(shù)關(guān)系，形成

某一段特定曲線或通過某一系列設(shè)定的點(diǎn)等。因此,在工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)中連桿構(gòu)得

到了廣泛的應(yīng)用。對工具軌跡的優(yōu)化，本論文采用現(xiàn)有的成熟方法一迭代設(shè)計(jì),

它是一個(gè)信息處理及反饋過程。如果運(yùn)動(dòng)規(guī)律能很好地滿足設(shè)計(jì)任務(wù)，那么設(shè)計(jì)

過程自動(dòng)結(jié)束;否則,要更改某些設(shè)計(jì)變量（如尺寸），以便設(shè)計(jì)結(jié)果更好地接近設(shè)計(jì)

任務(wù)。優(yōu)化處理過程一般要重復(fù)進(jìn)行,這種設(shè)計(jì)很大程度上依賴于設(shè)計(jì)人員的設(shè)

計(jì)經(jīng)驗(yàn)，尤其在機(jī)構(gòu)的初始狀態(tài)的選擇上［27］。

圖2-9是F點(diǎn)軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)過程圖。在圖2-7所示機(jī)構(gòu)中，ABCD是一個(gè)以

AHD為機(jī)架、BC為連桿的平面曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，E是連桿上的點(diǎn)，G是曲柄上

的點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)可以看作是曲柄和連桿的一個(gè)交點(diǎn)，整個(gè)機(jī)構(gòu)看成是平面四桿機(jī)構(gòu)

圖2-10F點(diǎn)軌跡優(yōu)化程序界面

的一個(gè)拓展。分析完該機(jī)構(gòu)之后為其所有可調(diào)參數(shù)（包括桿件長度和相關(guān)夾

角）綁定變量并賦以初值。然后由己知條件將B、G點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)間參數(shù)化，寫出

其運(yùn)動(dòng)一周內(nèi)任一點(diǎn)的坐標(biāo)公式，參考平面四桿機(jī)構(gòu)計(jì)算公式求解E點(diǎn)坐標(biāo)。

當(dāng)E、G坐標(biāo)已知時(shí)，由EF和GF桿長可以得到F點(diǎn)的坐標(biāo)。最后利用MFC

編制程序輸出F點(diǎn)軌跡圖，設(shè)計(jì)人員憑借設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)要求來確定該軌跡圖

是否滿意，如果不滿意，則到參數(shù)可調(diào)區(qū)去重新設(shè)定各參數(shù)值，再一次計(jì)算F

點(diǎn)坐標(biāo)并輸出軌跡，依此循環(huán)，直到軌跡達(dá)到設(shè)計(jì)要求

圖2-10是用MFC編制的F點(diǎn)軌跡優(yōu)化程序界面。在參數(shù)可調(diào)區(qū)內(nèi)，為每

個(gè)變量關(guān)聯(lián)一個(gè)控件，憑借經(jīng)驗(yàn)選擇E點(diǎn)處于連桿的中垂線上，F(xiàn)點(diǎn)處于E點(diǎn)

和G點(diǎn)的中垂線上，曲柄AB和AG通過角度來限定兩者的位置關(guān)系。在圖形

輸出區(qū)內(nèi)，粗線表示F點(diǎn)軌跡，細(xì)線表示普通鍋具的截面圖，加入了鍋具對照

可以清楚地看出兩者之間的位置關(guān)系，給設(shè)計(jì)者一個(gè)非常直觀的對比，方便用

戶判斷該情況下的軌跡是否合適。程序中的每一個(gè)變量都可以通過調(diào)節(jié)控制條

位置來改變其數(shù)值，當(dāng)接收到新數(shù)值時(shí)，程序首先判斷該組數(shù)據(jù)是否滿足平面

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)尺寸關(guān)系以及其它尺寸約束關(guān)系，如果不行則提示用戶重新選

擇，否則就將對應(yīng)的軌跡圖快速地顯示在圖形輸出區(qū)內(nèi)。設(shè)計(jì)者參照設(shè)計(jì)要求

不斷地改變參數(shù)以得到滿意的軌跡。如圖所示的一組參數(shù)得到的F點(diǎn)軌跡其下

半部分緊貼鍋底，從鍋具的中間位置下鏟，運(yùn)動(dòng)到最前端，能很好地翻動(dòng)或打

散菜肴，由于下鏟位置比軌跡最前端的位置要高，所以菜肴不會(huì)分散于鍋內(nèi)四

周，在工具轉(zhuǎn)動(dòng)一周后，菜肴主要集中在鍋底附近，如果再加上鍋具平面晃

動(dòng)，就能很好地保證菜肴集中在鍋底，反過來運(yùn)動(dòng)也可以劃散分開菜肴。分析

該機(jī)構(gòu)，它還具有急回特性，工具可以快速地回到初始位置，大大地增加了工

具的有效工作時(shí)間，提高工作效率。此外，軌跡最高點(diǎn)高出鍋邊，讓工具停留

在最高點(diǎn)時(shí)，鍋具翻倒或晃動(dòng)，就不會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)干涉的情況，從而省去了工具

的一個(gè)升降運(yùn)動(dòng)裝置。對上述優(yōu)化所得到的結(jié)果在三維軟件Solidworks里進(jìn)行

建模仿真。利用其插件COSMOSmotion作運(yùn)動(dòng)分析，把AHD設(shè)為不動(dòng)件，其

它均為運(yùn)動(dòng)件，運(yùn)動(dòng)定義界面里設(shè)定AB桿繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)模式設(shè)為位移，

作用欄內(nèi)定義桿件在一秒內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周，模擬得F點(diǎn)的軌跡。

優(yōu)化所得的軌跡與用成熟三維軟件Solidworks分析所得結(jié)果一致，說明該

優(yōu)化程序的模型建立是正確的，達(dá)到其預(yù)期目的。在工具的設(shè)計(jì)中，其軌跡的

合理性最重要，而對速度和加速度也有一定的要求，當(dāng)利用優(yōu)化程序得到合適

的軌跡之后，再利用三維軟件模擬仿真，輸出其速度和加速度特征參數(shù)。進(jìn)一

步憑借經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)要求去判斷該參數(shù)是否滿意。如果不行，則返回到軌跡優(yōu)化

程序中去調(diào)節(jié)參數(shù)，依此循環(huán)，直到在軌跡、速度和加速度均滿足要求為止。

2.3.2運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)分析

利用COSMOSmotion作運(yùn)動(dòng)分析，得到其在XY平面內(nèi)的軌跡。為了更準(zhǔn)

確地描述工具的運(yùn)動(dòng)，可以用圖表的形式把軌跡在某個(gè)方向上的投影展示出來

圖2-12是工具軌跡相對于其初始位置的X方向上位移，最大位移為111mm,

最小位移為-141mm,其在X方向上的總位移為252mm,略大于常用鍋具的半

200mm,滿足設(shè)計(jì)要求。圖2-13是工具軌跡相對于其初始位置的Y方向上的位

移，最大位移為11mm,最小位移為-106mm,其在Y方向上的總位移為

117mm,略大于常用鍋具的深度110mm,工具在運(yùn)動(dòng)過程中的某些位置高于鍋

邊，達(dá)到了省略工具升降機(jī)構(gòu)的目的。另外，從X方向的位移圖上可以看出，

工具到最右端回最左端的時(shí)刻是從0.3s到0.5s,總用時(shí)約0.2s,說明機(jī)構(gòu)具有

急回特性，大大增加了其有效工作時(shí)間，提高工作效率。速度也是工具運(yùn)動(dòng)中

一個(gè)非常重要的參數(shù)。它的大小直接決定炒菜的質(zhì)量，過小的速度會(huì)使翻動(dòng)菜

肴很慢，增加工具翻炒時(shí)間，使得菜肴在鍋內(nèi)的加熱時(shí)間過長，出現(xiàn)過火現(xiàn)

象，影響菜肴的味道；過大的速度會(huì)在翻動(dòng)菜肴的過程中將菜肴、油水或菜汁

拋出，對環(huán)境和人生安全都有嚴(yán)重的影響，這是在炒菜過程中決對不允許出現(xiàn)

的。因此，選定合適的炒菜速度是優(yōu)化過程中的另一個(gè)重要內(nèi)容。圖2-14、2-

15、2-16分別畫出了工具在X方向上的速度、Y方向上的速度以及合成的速度

標(biāo)量。從這三個(gè)圖中也可以看出工在

TraasVelec-T-￥el?cityGraphic

X

o?

ao

x/

Tne(sec)

圖2-14工具運(yùn)動(dòng)X方向速度圖2-15工具運(yùn)動(dòng)Y方向速度

工作時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)相對平穩(wěn)，而在回程內(nèi)有較快的速度，充分驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)的

急回特性。如果速度不滿足設(shè)計(jì)要求，可以通過適量地增加或減少運(yùn)動(dòng)頻率來

達(dá)到設(shè)計(jì)要求，本例中選擇f=lHz。加速度是工具運(yùn)動(dòng)中另一個(gè)重要的參數(shù)，

它直接決定工具運(yùn)動(dòng)速度的變化，加速度過大會(huì)增加機(jī)構(gòu)的振動(dòng)，加速度過小

則增加了攪伴和打散物料的時(shí)間。

圖2-16工具速度標(biāo)量

0.400.600.801.00

Time(sec)

圖2-12工具軌跡X方向位移圖2-13工具軌跡Y方向位移

圖2-17、2-18、2-19分別畫出了工具在X方向上的加速度、Y方向上的加

速度以及合成的加速度標(biāo)量。從圖中可以看出，在工具工作期間內(nèi)加速度相對

穩(wěn)定，而在回程中加速度很大。選擇合適的運(yùn)動(dòng)頻率同樣可以控制加速度的大

小，使之滿足設(shè)計(jì)要求。本例中f=lHz。工具運(yùn)動(dòng)包括平面擺動(dòng)和周向轉(zhuǎn)動(dòng)，

利用上述方法優(yōu)化完工具擺動(dòng)機(jī)構(gòu)之后，接下來考慮轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。在前面所提的

方案中采用棘輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)其分度，考慮到采用程序控制步進(jìn)電機(jī)也能很好地

達(dá)到設(shè)計(jì)要求，控制相對簡單，而且還能保證轉(zhuǎn)動(dòng)精度，對機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一個(gè)

很大的簡化，唯一的缺點(diǎn)是用步進(jìn)電機(jī)取代普通電機(jī)，增加了設(shè)計(jì)成本。綜合

兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)。

2.4工具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.4.1工具結(jié)構(gòu)布局

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是把產(chǎn)品從構(gòu)想轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)過程中重要的一步，它除了要保證產(chǎn)

品的功能之外，還要考慮到節(jié)約材料、減少成本、整體美觀、結(jié)構(gòu)可靠［28］。

圖2-20是工具機(jī)構(gòu)簡圖。整個(gè)機(jī)構(gòu)固定在板件2上，步進(jìn)電機(jī)3通過大小齒輪

1和14帶動(dòng)工具做圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)分度功能。擺動(dòng)機(jī)構(gòu)固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸12上，步

進(jìn)電機(jī)9由小齒輪8帶動(dòng)大齒輪（相

當(dāng)于件AB）來傳遞動(dòng)力。圖2-20優(yōu)

化后工具機(jī)構(gòu)簡圖（隱藏桿AG、GF）1

一轉(zhuǎn)動(dòng)小齒輪；2—工具固定板；3-

轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)；4一擺動(dòng)大齒輪；5—擺動(dòng)

大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸；6—三角板BCE；7-

桿件EF；8一擺動(dòng)小齒輪；9—擺動(dòng)電

機(jī)；10一桿件CD；11一擺動(dòng)機(jī)架；

12—轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)軸；13—滾動(dòng)軸承；14

一轉(zhuǎn)動(dòng)大齒輪

M2-2I工具◎體結(jié)構(gòu)圖

2.4.2工具總體結(jié)構(gòu)

將設(shè)計(jì)好的零部件和標(biāo)準(zhǔn)件利用Solidworks建模、裝配，得到其總體結(jié)構(gòu)

見圖2-21。工具安裝在最下端的工具板上，并與兩長桿用彈簧連接，擺動(dòng)電機(jī)

安裝在擺動(dòng)小齒輪的背面，帶動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，其控制錢通過連接軸的中心孔引

到機(jī)架，從而避免了在工具轉(zhuǎn)動(dòng)過程中控制線和零件發(fā)生干涉。對建模后的整

個(gè)裝配產(chǎn)品，運(yùn)用Solidworks分析檢查是否會(huì)發(fā)生零件干涉的情況，如果有，

圖2-22小連桿M構(gòu)m

則返回到零件設(shè)計(jì)階段去改進(jìn)，然后再重新建模分析，直到達(dá)到設(shè)計(jì)要求。利

用這種方法可以提前發(fā)現(xiàn)問題，減少開發(fā)周期，節(jié)省開發(fā)費(fèi)用，該方法在整個(gè)

設(shè)計(jì)階段具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.4.3主要零部件設(shè)計(jì)

1）電機(jī)的選擇

電機(jī)的選擇要充分滿足機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的最大扭矩，對于步進(jìn)電機(jī)，還要考慮步

距角、步距精度和相數(shù)等參數(shù)。工具的運(yùn)動(dòng)包括擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，它們各自所需要

的力在炒菜的不同階段均不一樣，其大小用一般的仿真軟件或公式不可能精確

計(jì)算得到，只有通過實(shí)驗(yàn)才能確定其分布范圍。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者只能

憑借經(jīng)驗(yàn)和估計(jì)來大致計(jì)算工具運(yùn)動(dòng)所需要的最大力矩，并以此為根據(jù)選擇能

夠滿足要求的步進(jìn)電機(jī)。對于轉(zhuǎn)動(dòng)過程中所需力矩估算如下：MmgrFR=+

P0其中：u是滾動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)，一般很小，取0.005；m為擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的

總質(zhì)量，所用材料均為不銹鋼，估計(jì)30kg；r為滾動(dòng)軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，取

40mm；F是工具翻動(dòng)菜肴時(shí)的阻力，取最大估計(jì)值1ON；R為轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)工具頂端

到旋轉(zhuǎn)軸的水平距離，取100mm。代入計(jì)算得M=1.6.Nm。大小齒輪的傳動(dòng)比

為4：1,所以需要轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的力矩為0.4.Nm。如果再考慮到機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中

的摩擦以及由于加工精度帶來的機(jī)械問題等因素，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的力矩應(yīng)大于1.

Nm。在擺****?

ModelNo.86Ks45定位轉(zhuǎn)矩1.3Kg.ca

Mtt2環(huán)地狙度-10*C—+50*C

保持轉(zhuǎn)用4.SMM?定電液4.2A

眇即用1.8,機(jī)身長79.5on

小即精度?5M整步.空版）相電阻0.RQ

和電博3.5金電機(jī)重量2.3Kg

引線數(shù)量8轉(zhuǎn)子11量1400g.coi'

工具要翻動(dòng)或打散物料，取其阻力最大值為10N,在不考慮重力和摩擦的情況

下，利用機(jī)械原理求得主動(dòng)件AB桿所需的力矩為6.Nm。大小齒輪的傳動(dòng)比

為4：1,所以需要擺動(dòng)電機(jī)的力矩為1.5.Nm。如果考慮到重力及桿件間摩擦

等因素，擺