高 宇，黄 怡，乔灵凤

（武汉理工大学 机电工程学院，湖北 武汉430070）

据调查研究发现中国65 岁以上人群的慢性病患病率为64.5%，随着年龄的增长高血压的患病率在逐渐上升。近几年来糖尿病的患病率也在逐年提升，而不良的饮食习惯是慢性病高发的重要原因，为解决此问题，需要对饮食进行健康管理。

在武汉市进行小区调研后，得知武汉市大部分居民日均吃盐量超过10 g，味精摄入量过多导致钠摄入量过高，身体健康没有保障，因此，合理安排和设计一种家庭智能调料机成为家庭亟待解决的问题。

1 总体设计方案

智能菜谱调味机结构如图1 所示，家庭智能菜谱调料机整体由固态调料储释模块、液态调料储释模块、形态组合转换模块组成，主要功能由定量按压装置、中心旋转装置实现，通过形态组合转换模块中的液压杆支撑、滑轨拉伸配合作用，实现竖直-水平转换、圆饼状-长条状转换。该装置可用于定时、定量取出调料。

图1 智能菜谱调味机结构图

1.1 固态调料储释模块

固态调料储释模块位于整个装置的第二层（上部），用于储存以及定量释放固体调料如盐、味精等调味品。主要由按压弹簧、齿轮、齿条以及凹形定量器构成。凹形定量器与齿轮固连，即齿轮转动凹形定量器转动。实际工作时，在瓶内装满固态调料，通过按压固态调料储释瓶上方按钮，带动齿条向下移动，通过齿轮齿条的传动作用，使得齿轮旋转一定角度，进而带动凹形定量器旋转，即凹槽由上至下，通过重力作用将固体调料倾倒至下方的固态调料出料口。固态调料储释瓶具体结构如图2 所示。

图2 固态调料储释瓶示意图

固态调料储释模块由6 个固态调料储释瓶构成，整体成圆形围绕在中间，因此其调料出口集中，具有较好的储料出料流程。同时，一个固态调料储释瓶高度为80 mm 左右，体积约为150 cm3，以标准食用盐为例，因为实际食盐密度与资料食盐密度2.165 g/cm3为不同概念，所以无法计算。通过实验可测得一个固态调料储释瓶可容纳80～90 g 食盐，完全满足日常生活需要。

1.2 液态调料储释模块

液态调料储释模块由瓶盖、瓶身以及双单向阀式液体阀三部分组成，其工作原理为通过垂直两个单向阀以及按压弹簧，即双单向阀式液体泵结构，通过按压按钮，实现吸放两种动作，所以完成一次定量释放液体调料的动作。实测一次出量为3～5 mL，可以设置不同的按压距离以改变出量标准，经过多次实验论证，目前有3 mL 与5 mL 两种出液标准。具体液态调料储释瓶结构如图3 所示。

图3 液态调料储释瓶

传统调料瓶其基本功能主要为储存以及使用，且在使用时一般需要用勺子取量或者倾倒等，该新型液态调料储释瓶可以有效解决上述问题。其采用阀的方式，通过按压的形式进行定量出料，且其容积大，经过测量，可容纳约100 mL的纯净水，且该模块有6 个储料瓶，基本满足种类与容量的需求，较好地在传统调料瓶基础上进行替代与创新。

1.3 机械形态组合转换模块

目前，常见的调料盒采用并排放置方式、圆饼状放置方式。并排放置时，不同的调料瓶高度会影响放置效果，饼状放置时，对厨房空间要求较高，因此两种方法空间利用率较低，适应性较差。

针对调料瓶放置方式的一系列问题，提出了一种新型的调料瓶放置方式：其由气动杆、铝合金钢管以及支撑钢架等组成。

该结构在保持上方支撑架水平的前提下，以铝合金钢柱最下部为圆心旋转90°，进而使第一层与第二层变为同一水平面，进而实现了形态转变，从立式变为水平式；4 根水平放置的滑轨在承担固体与液体储释模块质量的同时，可以水平延长，进而延长水平长度，适合厨房中仅有水平长度方向空余、宽度有限的情况。

1.4 控制电路模块

控制部分由以Arduino 单片机为核心的控制电路和用户服务平台两部分组成。控制电路由传感器检测电路和舵机驱动电路组成。传感器检测电路主要组成为光电传感器和压力传感器，光电传感器置于取料区底部，当用户取走单次调料并将容器放回时，光电传感器发出信号，进行下一次出料；压力传感器主要用来监测每个调料盒的剩余调味品量，其输出电压通过放大后以百分数的形式显示在用户服务平台。

1.5 用户服务平台

智能调料盒智能之处在于其能够记录收集用户信息，权衡数据库中的内容后进行最优选菜。该服务平台所具有的数据库功能可以记录家庭成员的忌口情况以及身体健康状况，并通过大数据对比分析，推荐出适合家庭成员使用的菜谱。基于数据库的使用，调料盒可以实现定量化出料，使得调料的配比精确，并且在严格控制调味品用量的同时，配有教学视频同步教学，使用户在家中也能享受大厨美食。

2 装置可行性、创新点及应用前景

2.1 可行性分析

可行性方面主要分为装置实现可行性与尺寸适用性两方面。其中尺寸可行性方面，整体装置高度为400 mm，宽度为300 mm，整体小巧玲珑，放置在厨房代替调料收纳篮。在固液储释瓶尺寸方面，固体调料储释瓶高度为80 cm，液体调料储释瓶高度为70 cm，固态调料盒位于上层，其质量基本加载在滑轨以及换层连杆处，所以要求其尺寸较小并且紧凑。由于其为6 个组合设计，所以设计了“高瘦”形态，小巧且紧凑。液态调料盒位于下层，装有液态的调味品，液体具有一定的粘性、惯性等性质，所以应将其设计“宽大”，保证其稳定性。

2.2 创新点

功能创新：液压传动与滑轨装置相结合，灵活组合变形，充分利用厨房空间。

组合创新：五杆按压机构结合齿轮齿条的出料方式，精准控制出料量。

应用创新：将云平台、大数据、物联网融为一体，实现食材购买与配送，使美食烹饪更加方便。

2.3 应用前景

制作健康美食：让美食进入家庭。不让美食限制于家庭的人员结构，可以智能进行菜谱分类及出料，即让美食变得更加简单，同时也更加健康。

人群定位多样：例如不会烹饪的厨房人士，有孩子、老人的家庭，患有糖尿病、高血压等人群，真正地做到以用户为中心。

多种应用场景：可在家庭、中小餐厅、医院餐厅等场合使用。

3 结语

本文设计的家庭智能菜谱调料机，通过智能推荐家庭营养配餐、视频教学，将云平台、大数据、物联网融为一体，实现食材购买与配送；利用固体出料模块、液体出料模块，结合五杆按压模块，精准控制出料量；此外装置通过液压传动与滑轨相结合，灵活组合变形，充分利用厨房空间，该装置具有较好的应用前景与实用性。