基于智能化管理的节水式高脚杯清洗装置

在家庭聚会及各种类型需要酒水的场合中，饮用酒品、饮料等会使用大量的高脚杯。目前，高脚杯的清洗都由人工完成，清洗效率低下，水资源浪费严重，清洗过程使用大量的洗涤剂且洗后不经杀菌消毒，一旦清洗不净造成残留就会有害于使用者的身体健康。针对这些问题，我们设计出一款集进料、储料、运输、清洗、消毒、干燥、废水收集于一体的自动化高脚杯清洗设备。可一次性地完成大批量的清洗工作，其清洗效率最高可达人工清洗的10倍以上。由于高脚杯杯壁较薄，具有易裂、易碎等特点，我们在运输系统中采用精度较高的同步带传动并设置红外漫反射传感器，达到了运行稳定流畅，检测及定位精度高的效果。考虑到高脚杯规格、种类较多，我们设计了一种新型的基于多连杆机构的内外壁刷头，可由电动推杆控制其开合大小，适应不同规格的高脚杯。且所有刷头均被设计成“快换式”，拆卸更换快捷方便，极大的提高了其实用性及推广性。为提高设备的响应性能，我们设计了一套基于STM32的集成控制系统，有效抑制了零点漂移，降低了电路故障发生率，同时具有计数功能，使控制系统更为智能可靠。运输系统、清洁系统、控制系统三者形成了一套完整的高脚杯清洗流水线，提高了高脚杯的清洗效率，节省了人力，清洗过程节能环保。经过了大量的清洗实验，其清洗效果均达到预期的设计要求。     为了达到设计目的，需要解决以下问题：      1、实现稳定流畅、高精度的运输      高脚杯壁薄易碎，在清洗过程中要尽可能地避免碰撞，所以其运输过程中要限制高脚杯的自由度，使高脚杯跟运输流水线之间不发生相对运动。工业上常用的依靠摩擦力的运输方式显然不适合于高脚杯运输，这就需要创造性的设计一种稳定流畅的适合于高脚杯的运输系统。由于清洗过程需要高脚杯到达指定的工位处清洗，所以其运输系统也要具备高精度的定位功能。      2、实现自动进储料      为了使该设备具有一次性完成大批量清洗工作的能力，必须要使其具备自动进储料功能。为了提高效率，我们要实现多工位同时清洗，要求进料口能使高脚杯准确地间隔进料，即需要高脚杯逐个进入运输系统且相邻两杯进入运输系统的时间间隔保持一致。考虑到空间和成本问题，我们希望其进储料机构小巧且简便易行。      3、适应高脚杯不同规格      高脚杯型号多，种类广，为提高设备的推广性和实用性，就要求其能够适应多种规格的高脚杯。常规高脚杯型号的差别体现在口径尺寸、底径尺寸和杯高尺寸上，故需要设计出一种可以适应这三种尺寸差别的清洗机构。由于清洗过程依靠清洗刷头的旋转完成，故清洗机构应当轻质、灵巧。      4、设计低破损率清洗过程      高脚杯外形复杂，存在内外弧面，杯口、杯身、杯底尺寸均有差别，所以对清洗刷头的要求较高，需要其无死角的贴合杯壁。为了保证高脚杯在清洗过程中不受伤害，除了要求运输流畅、定位准确外，还要求清洗刷头旋转清洗过程不对杯壁造成划痕或破坏。      5、设计性能稳定、响应迅速的控制系统      该设备整个清洗流程需要多种电动控制和传感器配合，这就要求控制电路和控制程序具备较高的响应速度并保证设备稳定的工作性能。由于清洗过程对定位精度要求较高，一旦控制电路出现故障，极易造成高脚杯的损坏。此外，考虑到工作环境潮湿，也需要控制系统具备一定的抗潮能力。      针对这些问题，我们设计或采用了以下解决方案：      针对问题1，我们采用了高精度的同步带传动并设计了相应的运输轨道，同步带上连接有14个定位夹具，使高脚杯在自身重力、轨道和夹具的约束下自由度为0，当同步带转动时，高脚杯则跟随定位夹具沿轨道运输；在进料口的位置设置红外漫反射传感器，保证了较高的定位精度。      针对问题2，我们使进储料轨道倾斜有一定角度，高脚杯可依靠自身重力沿轨道进入运输系统。在进料口设置有两个基于曲柄滑块原理的限位开关，它们依次动作，保证高脚杯逐个进入运输轨道；在储料口设置有限位档杆，高脚杯沿档杆滑入储料轨道储存。      针对问题3，我们设计了一种多连杆式内外壁清洗机构，通过电动推杆的上下移动来改变清洗机构的曲杆开合大小，以此适应不同规格的杯子。考虑到高脚杯种类繁多，为适应非标准类高脚杯的清洗，我们将清洗刷头设计成“快换式”（拆卸更换方便快捷），当刷头不能适应当前高脚杯时，可由人工简易更换其他规格刷头。      针对问题4，我们设计了柔性仿形式清洗刷头，能够较好的贴合高脚杯杯壁，且使用柔性材料制作刷头，不会对杯壁造成损害。      针对问题5，我们设计了一套基于STM32 Nucleo-L476RG的集成化控制系统有效抑制了零点漂移，降低了整机电路的故障发生率，同时具有计数功能，使控制系统更为智能可靠。