1.本发明属于食品加工技术领域，具体涉及一种多自由度的蛋糕奶油抹面机。


背景技术：

2.现在蛋糕作坊中采用的蛋糕抹面方法是将蛋糕坯放置于可旋转的转盘上，先在蛋糕坯的侧面和正面分别加上奶油,然后通过人工一手持抹刀，另一手旋转转盘，利用抹刀将蛋糕坯侧面和端面的奶油分别抹平。这种人工蛋糕抹面的方法不仅费时又费力，而且对操作者的水平要求较高，对于初学者或者有意在家中diy蛋糕的人来说，很容易出现蛋糕上的奶油高低不平、分布不均匀等问题。
3.目前公开的蛋糕抹面机可以分为两类。一类是纯机械转动抹面机，另一类是电机转动抹面机。现有的自动蛋糕抹面机(专利号：cn 205093471 u)属于纯机械转动抹面，以“l”型奶油喷嘴的设计解决了奶油侧面涂抹问题，但是根据其机械结构可以看出仍然具有以下缺点：
4.(1)对蛋糕坯的尺寸适应性差：l型奶油出口尺寸固定，不能适配多种尺寸的蛋糕的抹面需求；
5.(2)制动效果不佳，操作体验差：采用被动式摩擦制动，即依靠蛋糕圆形托盘自身惯性以及转轴产生的摩擦实现制动，制动所需时间长，生产效率低；采用手部摩擦制动，长此以往会损伤操作者的手，操作体验感差。
6.(3)蛋糕奶油面的平整度不易保证，蛋糕侧面奶油面附着性不佳：采用喷涂奶油，并依靠操作者手动旋转蛋糕圆形托盘以控制圆形托盘转速的奶油抹面方式，对于操作者的技能水平要求较高，转速控制不均会导致蛋糕奶油面的平整度差，奶油附着性低，尤其是蛋糕坯侧面容易出现奶油脱落现象。
7.现有的蛋糕自动抹坯机(专利号：cn 209185556 u)属于电机转动抹面：设置了旋转组件可以带动放置盘一直转动且转速可以调节，抹坯压刀和抹坯刮刀设置在蛋糕坯顶面和侧面，通过水平竖直调整刮刀位置解决了不同尺寸的蛋糕坯的适应性问题。但是该装置存在以下问题：
8.(1)抹面整体效率不高，蛋糕坯侧面的涂抹质量不佳：采用单喷嘴喷涂奶油，依靠抹坯压刀配合圆形托盘转动将奶油均匀涂覆于蛋糕坯顶面和侧面的方式，采用单个喷嘴自蛋糕坯顶面向蛋糕坯喷涂奶油，再依靠圆形托盘的转动配合横向设置的抹坯压刀使奶油喷嘴挤出的奶油分散并逐渐均匀涂抹到蛋糕坯顶面上，此种抹面方式不但会造成蛋糕坯顶面奶油均匀涂覆的时间长，且由于蛋糕坯侧面没有设置喷嘴喷涂奶油，要实现蛋糕坯侧面的奶油涂抹，则需依靠来自蛋糕坯顶面滑落到蛋糕坯侧面的奶油在竖向设置的抹坯刮刀作用下实现侧面抹面，显然这不仅会造成侧面奶油涂抹不均的质量问题，还会并进一步降低蛋糕坯抹面的整体效率；
9.(2)刮板无法微动调整，抹面时易出现奶油堆积残留，且抹面完成后取下蛋糕时会破坏奶油面：抹坯压刀和抹坯刮刀与蛋糕面的倾斜角度固定，不能实现角度的微动，导致蛋
糕奶油抹面时易出现奶油堆积和残留问题，抹面完成后不易实现堆积奶油与蛋糕面的分离，从而破坏奶油面，蛋糕面的平整度不易保证；
10.(3)采用被动式摩擦制动，传动部件易磨损，且生产效率不高：没有主动制动装置，蛋糕圆形托盘需要依靠电机主轴和减速箱的摩擦来实现制动，长期以往这会导致电机和减速箱的磨损，同时因为圆形托盘无法及时停转，也会增加等待时间，降低生产效率；
11.(4)抹面压刀和抹面刮刀的位置调整机构过于笨重，制作成本较高：刮板本身自重很轻，且抹面时受到的力很小，采用丝杆机构实现抹面压刀和抹面刮刀的水平和竖直方向上的平移调整，既显笨重，又不经济。


技术实现要素：

12.本发明的目的是解决上述问题，提供一种奶油涂覆均匀、抹面平整、对蛋糕坯尺寸适应性好、制动性能好、抹面效率高的多自由度蛋糕奶油抹面机。
13.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种多自由度的蛋糕奶油抹面机，包括主体支撑单元、转台单元、抹面单元、制动单元和控制系统单元，转台单元安装在主体支撑单元上，抹面单元与支撑单元相连，控制单元位于主体支撑单元的底部；转台单元、抹面单元和制动单元均与控制系统单元电连接，工作人员将蛋糕坯放置在转台单元上，通过抹面单元进行抹面作业，通过制动单元对转台单元进行制动。
14.优选地，所述主体支撑单元包括底座框架、铝合金基板和可动“l”型支撑架，铝合金基板位于底座框架上，可动“l”型支撑架包括横梁、立柱和固定杆，固定杆竖直固定在底座框架上，立柱与固定杆通过合页连接，横梁与立柱相连，横梁与转台单元的工作面呈平行状态，通过合页可以使横梁在水平面内做扇形转动。
15.优选地，所述底座框架由十二根型材通过角件固定连接成长方体框架，铝合金基板为长方形结构，通过螺丝固定在底座框架上。
16.优选地，所述横梁和立柱的结构相同均为型材，横梁和立柱通过角件固定连接。
17.优选地，所述转台单元包括直流电机、直流电机安装座、传动轴和圆形铝合金托盘，直流电机位于直流电机安装座内，直流电机安装座固定于铝合金基板的下方，直流电机的转轴端与传动轴的端部相连，传动轴的另一端穿过铝合金基板与圆形铝合金托盘相连，蛋糕坯放置在圆形铝合金托盘上，直流电机工作时通过传动轴带动圆形铝合金托盘转动，从而带动蛋糕坯转动。
18.优选地，所述传动轴为回转体结构，传动轴包括依次固连为一体的传动轴下顶端、传动轴中部和传动轴顶部盘，传动轴下顶端与直流电机的转轴端相连，传动轴顶部盘上设有传动轴凸起，圆形铝合金托盘上设有圆形铝合金托盘圆孔，传动轴与圆形铝合金托盘相连时，传动轴凸起位于圆形铝合金托盘圆孔内部且配合连接。
19.优选地，所述抹面单元包括抹面装置、横向移动基座和竖向移动基座，横向移动基座和竖向移动基座结构相同，横向移动基座与立柱相连，竖向移动基座与横梁相连，抹面装置数量为二且分别和横向移动基座、竖向移动基座相连；抹面装置包括步进电机、步进电机安装座和刮板，横向移动基座上设有横向移动基座卡口、横向移动基座开口和横向移动基座连接口，横向移动基座连接口上设有横向移动基座连接孔，步进电机安装座上设有步进电机安装座连接孔、步进电机安装座全开口和步进电机安装座半开口；横向移动基座卡口
套设在立柱上，通过控制横向移动基座开口的开合程度，进而控制横向移动基座卡口与立柱之间的松紧程度，横向移动基座连接口与步进电机安装座相连，紧固件穿过横向移动基座连接孔和步进电机安装座连接孔，从而将横向移动基座和步进电机安装座固连；步进电机安装在步进电机安装座全开口内，步进电机的转轴端穿过步进电机安装座半开口后与刮板相连，步进电机工作时带动刮板运动。
20.优选地，所述制动单元包括制动底座，电磁铁、永磁铁和制动片，制动底座为长方体结构且位于铝合金基板上，制动底座上开设有制动底座中孔、制动底座凹槽和制动底座第二凹槽，制动底座凹槽的数量为二且对称的分布在制动底座中孔的两边，制动底座第二凹槽位于制动底座中孔和制动底座凹槽之间，传动轴穿过制动底座中孔；制动片包括固连为一体的制动端和连接端，制动端为半圆形结构，连接端为长方体结构，连接端位于制动底座凹槽内，制动片能够在制动底座凹槽内移动；永磁铁位于制动底座第二凹槽内，永磁铁的磁极方向与制动底座凹槽方向平行，制动片上设有制动片凹槽，电磁铁位于制动片凹槽内，永磁铁和电磁铁在同一水平线上；制动片的数量为二且对称的分布在制动底座凹槽内，通过控制电流方向，从而控制电磁铁的ns极性，当电磁铁与永磁铁相对的两端极性相反时会相互吸引，从而电磁铁会带动制动片沿制动底座的凹槽向传动轴方向平动，最终电磁铁与永磁铁接触并相互吸住，两块制动片的位置刚好卡住传动轴，通过摩擦作用使得传动轴停止转动。
21.优选地，所述控制系统单元包括控制板、电池固定座和锂电池，控制板位于铝合金基板的底部并固连，控制板分别与锂电池、转台单元、抹面单元和制动单元电连接，锂电池与电池固定座相连；锂电池为控制板供电，工作人员通过操作控制板从而控制转台单元、抹面单元和制动单元工作。
22.本发明的有益效果是：
23.(1)本发明所提供的一种多自由度的蛋糕奶油抹面机，对蛋糕坯的尺寸适应性好。通过横向与竖向抹面单元的灵活移动可以适应不同尺寸的蛋糕坯，奶油厚度也可根据需求灵活调整。
24.(2)制动时间短，制动效果好。采用基于电磁铁吸引制动片摩擦主动制动的制动方式，缩短了制动时间，同时保障了制动效果，有效避免了取出蛋糕时直流电机主轴的被动转动。
25.(3)蛋糕奶油面平整，蛋糕侧面奶油面附着性好，抹面质量高。通过刮板的微动，使得抹面过程中刮板与蛋糕坯表面形成小于90
°
的夹角，进而使奶油受到产生垂直于切向方向的分力，奶油被更加紧实地涂覆在蛋糕坯表面。并且刮板的角度可以微动，制作过程中可以在不同时段调整不同的刮板角度以达到更高的抹面质量。如开始抹面时选择较大夹角以使奶油尽快分散到蛋糕坯表面，之后减小夹角，增大垂直于切点个方向的分力，抹面的同时压紧奶油等。
26.(4)抹面单元的位置调整机构简单，操作简单，制作成本低。采用水平和竖直两个方向的移动基座可以便捷地调整两个刮板的位置，并且移动基座制作简单、质量轻、成本低。
附图说明
27.图1是本发明一种多自由度的蛋糕奶油抹面机的结构示意图；
28.图2是本发明传动轴的机构示意图；
29.图3是本发明圆形铝合金托盘的结构示意图；
30.图4是本发明横向移动基座的结构示意图；
31.图5是本发明步进电机安装座结构示意图；
32.图6是本发明刮板的结构示意图；
33.图7是本发明制动底座的结构示意图；
34.图8是本发明制动片的结构示意图。
35.附图标记说明：1、主体支撑单元；2、转台单元；3、抹面单元；4、制动单元；5、控制系统单元；1-1、底座框架；1-2、铝合金基板；1-3、可动“l”型支撑架；1-31、横梁；1-32、立柱；1-33、固定杆；2-1直流电机安装座；2-2、传动轴；2-3、圆形铝合金托盘；2-21、传动轴下顶端；2-22、传动轴凸起；2-23、传动轴中部；2-31、圆形铝合金托盘圆孔；3-1、步进电机安装座；3-2、刮板；3-3、横向移动基座；3-4、竖向移动基座；3-11、步进电机安装座连接孔；3-12、步进电机安装座全开口；3-13、步进电机安装座半开口；3-21、刮板连接孔；3-31、横向移动基座卡口；3-32、横向移动基座开口；3-33、横向移动基座连接口；4-1、制动底座中孔；4-2、制动端；4-3、连接端；4-4、制动底座凹槽；4-5制动底座第二凹槽；4-6、制动片凹槽。
具体实施方式
36.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
37.如图1到图8所示，本发明提供的一种多自由度的蛋糕奶油抹面机，包括主体支撑单元1、转台单元2、抹面单元3、制动单元4和控制系统单元5，转台单元2安装在主体支撑单元1上，抹面单元3与支撑单元1相连，控制单元5位于主体支撑单元1的底部。转台单元2、抹面单元3和制动单元4均与控制系统单元5电连接，工作人员将蛋糕坯放置在转台单元2上，通过抹面单元3进行抹面作业，通过制动单元4对转台单元2进行制动。
38.主体支撑单元1包括底座框架1-1、铝合金基板1-2和可动“l”型支撑架1-3，铝合金基板1-2位于底座框架1-1上，可动“l”型支撑架1-3包括横梁1-31、立柱1-32和固定杆1-33，固定杆1-33竖直固定在底座框架1-1上，立柱1-32与固定杆1-33通过合页连接，横梁1-31与立柱1-32相连，横梁1-31与转台单元2的工作面呈平行状态，通过合页可以使横梁1-31在水平面内做扇形转动。
39.底座框架1-1由十二根型材通过角件固定连接成长方体框架，铝合金基板1-2为长方形结构，通过螺丝固定在底座框架1-1上。
40.横梁1-31和立柱1-32的结构相同均为型材，横梁1-31和立柱1-32通过角件固定连接。在本实施例中，横梁1-31和立柱1-32的型号均为ob2020l-6铝型材。
41.转台单元2包括直流电机、直流电机安装座2-1、传动轴2-2和圆形铝合金托盘2-3，直流电机位于直流电机安装座2-1内，直流电机安装座2-1固定于铝合金基板1-2的下方，直流电机的转轴端与传动轴2-2的端部相连，传动轴2-2的另一端穿过铝合金基板1-2与圆形铝合金托盘2-3相连，蛋糕坯放置在圆形铝合金托盘2-3上，直流电机工作时通过传动轴2-2带动圆形铝合金托盘2-3转动，从而带动蛋糕坯转动。
42.在本实施例中，直流电机的型号为dc6v直流减速电机，通过直流电机的尾部突起与直流电机安装座2-1固定连接。直流电机安装座2-1与铝合金基板1-2通过螺丝连接。
43.传动轴2-2为回转体结构，传动轴2-2包括依次固连为一体的传动轴下顶端2-21、传动轴中部2-23和传动轴顶部盘，传动轴下顶端2-21与直流电机的转轴端相连，传动轴顶部盘上设有传动轴凸起2-22，圆形铝合金托盘2-3上设有圆形铝合金托盘圆孔2-31，传动轴2-2与圆形铝合金托盘2-3相连时，传动轴凸起2-22位于圆形铝合金托盘圆孔2-31内部且配合连接。
44.在本实施例中，传动轴下顶端2-21的端部内凹形成“d”字形孔，直流电机的主轴截面呈“d”字形结构，传动轴下顶端2-21的端部与电机主轴端部配合固定连接。直流电机工作时带动传动轴下顶端2-21转动，从而带动传动轴2-2转动。
45.在实际使用过程中，传动轴凸起2-22和圆形铝合金托盘圆孔2-31的数量根据实际使用需要进行适当地增加和减少，以便能够使传动更加稳定。圆形铝合金托盘2-3上根据不同的蛋糕尺寸画有半径不同的同心圆刻度线，用于放置待抹面蛋糕坯时，根据蛋糕坯尺寸将蛋糕坯放入相应的刻度线内即可完成对心。蛋糕抹面时直流电机通过传动轴2-2带动圆形铝合金托盘2-3转动，进一步地带动蛋糕坯转动。
46.抹面单元3包括抹面装置、横向移动基座3-3和竖向移动基座3-4，横向移动基座3-3和竖向移动基座3-4结构相同，横向移动基座3-3与立柱1-32相连，竖向移动基座3-4与横梁1-31相连，抹面装置数量为二且分别和横向移动基座3-3、竖向移动基座3-4相连。抹面装置包括步进电机、步进电机安装座3-1和刮板3-2，横向移动基座3-3上设有横向移动基座卡口3-31、横向移动基座开口3-32和横向移动基座连接口3-33，横向移动基座连接口3-33上设有横向移动基座连接孔，步进电机安装座3-1上设有步进电机安装座连接孔3-11、步进电机安装座全开口3-12和步进电机安装座半开口3-13。横向移动基座卡口3-31套设在立柱1-32上，通过控制横向移动基座开口3-32的开合程度，进而控制横向移动基座卡口3-31与立柱1-32之间的松紧程度，横向移动基座连接口3-33与步进电机安装座3-1相连，紧固件穿过横向移动基座连接孔和步进电机安装座连接孔3-11，从而将横向移动基座3-3和步进电机安装座固连。步进电机安装在步进电机安装座全开口3-12内，步进电机的转轴端穿过步进电机安装座半开口3-13后与刮板3-2相连，步进电机工作时带动刮板3-2运动。
47.在本实施例中，步进电机的型号为28byj-48步进电机。横向移动基座开口3-32与横向移动基座卡口3-31连通，横向移动基座3-3设有横向移动基座开口3-32的两边上设有两排横向移动基座开口通孔，螺栓穿过横向移动基座开口通孔并与螺母配合，从而通过旋转螺栓和螺母的配合，从而将横向移动基座开口3-32与立柱1-32进行紧固。在使用过程中，通过调节螺母和螺栓的间距，进而使横向移动基座3-3在立柱1-32上进行移动，移动到设定位置后，再缩进螺母和螺栓的间距，从而使的横向移动基座3-3与立柱1-32固连。
48.步进电机的主轴端截面为“d”字型结构，刮板3-2上设有刮板连接孔3-21，刮板连接孔3-21的截面为“d”字型，步进电机的主轴端通过与刮板连接孔3-21的配合，从而使刮板3-2与步进电机的主轴端固连。
49.制动单元4包括制动底座，电磁铁、永磁铁和制动片，制动底座为长方体结构且位于铝合金基板1-2上，制动底座上开设有制动底座中孔4-1、制动底座凹槽4-4和制动底座第二凹槽4-5，制动底座凹槽4-4的数量为二且对称的分布在制动底座中孔4-1的两边，制动底
座第二凹槽4-5位于制动底座中孔4-1和制动底座凹槽4-4之间，传动轴2-2穿过制动底座中孔4-1。制动片包括固连为一体的制动端4-2和连接端4-3，制动端4-2为半圆形结构，连接端4-3为长方体结构，连接端4-3位于制动底座凹槽4-4内，制动片能够在制动底座凹槽4-4内移动。永磁铁位于制动底座第二凹槽4-5内，永磁铁的磁极方向与制动底座凹槽4-4方向平行，制动片上设有制动片凹槽4-6，电磁铁位于制动片凹槽4-6内，永磁铁和电磁铁在同一水平线上。
50.在本实施例中，制动片的数量为二且对称的分布在制动底座凹槽4-4内，制动片水平放置在制动底座凹槽4-4内。通过控制电流方向，从而控制电磁铁的ns极性，当电磁铁与永磁铁相对的两端极性相反时会相互吸引，从而电磁铁会带动制动片沿制动底座的凹槽4-4向传动轴2-2方向平动，最终电磁铁与永磁铁接触并相互吸住，两块制动片的制动端4-2位置刚好卡住传动轴2-2，通过摩擦作用使得传动轴2-2停止转动。
51.制动底座第二凹槽4-5的位置位于制动底座凹槽4-4的端部，并靠近制动底座中孔4-1。
52.控制系统单元5包括控制板、电池固定座和锂电池，控制板位于铝合金基板1-2的底部并固连，控制板分别与锂电池、转台单元2、抹面单元3和制动单元4电连接，锂电池与电池固定座相连。锂电池为控制板供电，工作人员通过操作控制板从而控制转台单元2、抹面单元3和制动单元4工作。
53.在本实施例中，控制板包括单片机、usb转ttl模块、电源模块、按键模块、l298n直流电机驱动模块、uln2003步进电机驱动模块、led灯和复位模块。控制板的四角开设有控制板通孔，螺丝穿过控制板通孔后与铝合金基板1-2固连。
54.单片机为stc89c516单片机，usb转ttl模块与单片机电连接，通过usb转ttl模块将控制程序下载到stc89c516单片机中。电源模块与外部锂电池相连，同时与单片机电连接，外部锂电池通过电源模块给单片机供电。按键模块位于电源模块与单片机之间，按键模块设置有启动按键和停止按键，通过按动启动按键和停止按键，从而控制单片机的运行和停止。
55.单片机通过杜邦线分别与298n直流电机驱动模块和uln2003步进电机驱动模块电连接，l298n直流电机驱动模块与直流电机电连接、uln2003步进电机驱动模块与步进电机电连接。单片机将控制信号分别送入l298n直流电机驱动模块和uln2003步进电机驱动模块，从而分别控制直流电机和步进电机的转动与停止。单片机与电磁铁电连接，从而控制电磁铁的工作。led灯与电源模块相连，通过led灯的点亮与熄灭分别显示本发明的工作与停止状态。复位模块与单片机电连接，当单片机系统工作出现错误时可通过复位模块重新启动stc89c516单片机。电池固定座通过螺丝固定于底座框架1-1的底角处，锂电池置于电池固定座中，供电线与控制板的电源模块相连进行供电。
56.与现有蛋糕抹面机相比，本发明可以使得蛋糕抹面更加平整均匀，可以满足不同尺寸蛋糕坯的抹面需要。另外抹面结束后可以方便地将蛋糕取出，保证蛋糕抹面的完整。结合单片机进行抹面过程中刮板和圆形铝合金托盘的自动化工作减轻了人力劳动，同时一定程度上为家庭diy制作提供了技术上的便捷，降低了对专业技术的需要。
57.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的
普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。