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李银露，刘浩，陶银浩
(南京机电职业技术学院，江苏 南京 211306)
在经济飞速发展和科技不断进步的时代，人民生活质量不断提高，对餐饮的需求也越来越高。现在饮食行业都开始向智能化靠拢，不少商家开始使用智能餐桌，而其也慢慢走进了人们的家居中。现在人们对菜品的美味固然很看重，但就餐过程中的体验也越来越受到人们的关注[1]。为此设计一款基于PLC控制的多功能智能餐桌。
1.1 基本思路
针对目前市场上的餐桌功能单一而传统，设计了这款智能旋转多功能餐桌。采用机械手加旋转桌面的形式，配合传送带完成全智能化就餐。整个系统主要包括四大部分：第一部分为带有可加热功能的旋转餐桌，实现餐桌自动旋转和菜肴保温；
第二部分为关节式机械手，机械手可在平面区域内完成传菜功能；
第三部分是传送带，实现菜品传输；
第四部分是触摸屏，实现人机交互。
1.2 技术说明
1)全自动旋转餐桌改变了传统餐桌手动控制玻璃旋转台旋转的方式，突破传统设计思路，采用圆桌与机械臂相结合的控制方式，更体现了当今社会的智能化主题。
2)通常就餐时酒水在桌子一边，其他人在平分和添加酒水时会出现“够不着”的情况，这样不但缺乏礼貌，而且极易引发尴尬。为了解决这个问题，本文设计了自助添酒(同时包括倒水倒饮料)的功能，转盘上设有多个多种杯槽，只要顾客将自己的杯子放入特定的杯槽中，机械臂上的传感器识别到杯子后就会向其加入指定的酒水或饮料，完全由机械手臂端茶倒水、操纵方便、安全可靠。
3)传统的餐桌很容易因顾客就餐时间长或环境温度低造成饭菜变凉现象，使人极为扫兴。所以本文设计的餐桌的转盘底部还安装了加热系统，实现了自动保温的功能，使就餐更舒适安心。
4)为了减少人力，提高上菜效率，避免服务员上菜时菜品洒出造成烫伤等意外情况，本文通过传送带实现了自动传菜的功能，既避免意外发生又让人感到科技感十足[2]。
5)此外还增加了多关节机械手，实现了饭菜从传送带到餐桌的搬运功能。
PLC控制的自动智能餐桌由旋转部分、机械手、温控部分、气泵、水泵、传送带等六部分组成。智能餐桌的结构示意图如图1所示。
1)桌面分为固定桌面与旋转桌面
旋转桌面划分两大区域、3个半径：两大区域分别是常温区域与加热区域；
3个半径是3种不同饮料的放置范围。3种饮料以雪碧、可乐、芬达为例。
2)温控部分
由加热丝、继电器组成。加热丝盘绕在桌面的加热区域，由铜片覆盖在加热丝上面。加热丝由PLC通过继电器控制加热。
3)机械手
机械手安装在机台突出的平台上，步进电机安装在底座，可以带动整个机械手360°旋转；
大臂与小臂也是通过步进电机带动，进行插补运动，快速、高效地运动到指定位置。
4)传送带
传送带由皮带、连轴器、步进电机等三部分组成。传送带靠近餐桌的一端安装光电传感器，光电传感器用来检测餐盘位置及向机械手传递取餐盘信号。当有餐盘到位信号时，传送带停止运转；
无餐盘到位信号时，传送带继续运转。
5)系统控制柜包括：PLC、伺服驱动器、伺服电机、步进驱动器、步进电机、水泵[3]。控制系统结构示意图如图2所示。
图2 控制系统结构框图
该系统硬件主要由DVP28SV211T PLC、ASD-A0421-AB伺服驱动器、ECMA-C30604PS伺服电机、水泵、机械手、加热丝、传送带及光电传感器组成[4]。台达PLC用来控制圆盘的转动，光电传感器用来触发机械手使机械手将酒水添加到合适的杯中，最终完成自助添加酒水的任务。电磁导热板给饭菜加温使其始终保持40 ℃的合适温度。
3.1 I/O分配
根据控制要求分配系统所需要的输入与输出。I/O分配如表1所示。
表1 I/O分配表
3.2 I/O接线图
根据PLC主机输入输出分配，绘制PLC外部接线图如图3所示[5]。
根据PLC扩展输入输出分配，绘制PLC外部接线图如图4所示。
图4 外部接线图(扩展)
首先按下启动开关，系统启动，转盘旋转，旋转餐桌采用伺服驱动器进行驱动，利用齿轮减速器进行减速。然后调整机械手和旋转餐桌进行原点回归，触摸屏上的按钮分别控制各个轴的点动，机械手的精确定位，由3个步进电机控制，减速器进行减速。所有准备工作完成之后，开始用餐。厨房做好的饭菜会通过传送带运输到餐桌旁，传感器检测到餐盘后，PLC控制机械手移动到指定位置，控制气爪的伸缩将餐盘牢牢夹住并传送到餐桌上，用餐过程中想倒酒水饮料，只需将杯子放到指定的槽中，当传感器检测到杯子后，在PLC的控制下机械手会根据需要给客户添加不同的酒水。就餐时需要保温的饭菜可以放在加热区进行保温。自动智能餐桌的流程图如图5所示。
图5 程序流程图
本文采用台达DOP-BO7SS411触摸屏，全过程皆可通过触摸屏进行监控和手动调节。这里主要对点动画面和主画面进行说明[6]。点动画面设置了桌面旋转顺时针和逆时针按钮，机械手大臂点动正反向两个按钮，机械手小臂点动正反向两个按钮，实现对机械手的手动控制。主画面分为两大区域，操作面板和状态显示。操作面板上设有启动按钮、停止按钮控制设备的启停，传送带运行按钮控制传送带的运行，加热按钮实现保温功能。状态显示部分设置有加热的显示指示灯，报警指示灯，餐桌旋转指示灯、传菜指示灯以及雪碧、可乐、芬达3种类型的饮料指示灯。触摸屏画面如图6所示。
1—机械手大臂点动；
2—机械手小臂点动；
3—页面跳转按钮；
4—桌面旋转；
5—按键(进入下一页面)；
6—操作面板；
7—状态显示；
8—运行状态。
根据设计制作试验样机并试运行后发现，此餐桌控制系统性能稳定，操作简单，参数设定方便快捷，所有控制均可通过触摸屏由软件实现，能够满足控制要求，可实现餐桌的多功能化和智能化，为人们提供更为舒适的就餐体验。样机实物图如图7所示。后期还可添加自助点餐、清洗餐具，在触摸屏中加入点菜智能语音等功能，使就餐更加舒适安心。
图7 样机实物
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