CN107567822B - 采茶机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采茶机，包括承重台、支撑装置、行进装置和两组采摘装置，所述承重台设于所述行进装置上，所述支撑装置设于所述承重台上，所述两组采摘装置分别设于所述支撑装置的左右两端，所述采摘装置包括对称设置的两组关节臂，所述关节臂上设有机械爪。本发明采茶机能代替人工在田间进行快速采摘。

Description

采茶机

技术领域

本发明涉及一种采茶机。

背景技术

中国是茶叶的主要原产地，是世界上茶叶种植、消费、出口最大的国家之一。茶叶的采摘属于劳动密集型作业。茶叶采摘的方法有：手摘法、刀割法和机采法三种。手摘法是目前应用最普遍的古老方法，特别适合制作高档茶，图1为两种手摘法茶叶鲜叶。这种采摘方法，它的最大优点是标准划一且容易掌握；缺点是费工，成本高，难以做到及时采摘。

传统的茶叶生产需要大量的劳动力，劳动力成本约占总生产成本的80％-90％，而鲜叶原料的采摘又占据劳动力成本的近70％。大宗茶生产中，手工采茶用工量约占茶叶生产用工量的55％左右。在名优茶生产中，由于要求鲜叶原料幼嫩、匀齐，标准严格，茶叶采摘的劳动力投入更高，有些茶区名茶采摘成本占总生产成本的60％多。

刀割法常采用半月形茶刀割茶叶；机采法是采用采茶机切割芽梢，主要采用机器切割茶树树梢，如果操作熟练，肥水的管理跟上，机械采茶对茶树生长发育和茶叶的产量有促进，而且还能减少采茶的劳动力，从而降低生产成本，提高经济效益。因此近年来，机械采茶越来越受到茶农的青睐，机采茶园的面积一年比一年扩大。

自走式采茶机械的研究正在进行。龙朝会发明了一种采茶机，下部装有行走滚轮的支撑架在操作人员的推动下可横跨茶蓬沿茶行前进，剪切刀采下鲜叶，由滚筒扫入茶斗。其优点在于机器可以推行，减轻了操作人员的劳动强度，缺点是要求茶行铺设有滚轮行走的硬质路而，较为苛刻。农业部南京农业机械化研究所研制的履带乘坐式全自动采茶机，采用液压驱动，地隙灵活可调，可横跨茶蓬作业。其采用双动往复式圆弧刀片和双风机集叶系统，采摘质量高，集叶效果好。该机最大的特点是实现了茶机自走乘坐功能。

中国发明专利CN206005220U“一种智能采摘机器人”公开了一种智能采茶机器人，包括行走机构，横跨在茶树上方与行走机构连接的横梁框架，设置在横梁框架上的图像采集器、控制器、机器人本体、收集装置、电源，行走机构带动横梁框架沿茶树陇移动，采集茶树图像的图像采集器的数据输出接口与控制器的数据输入接口连接，对接收的茶树图像进行识别和处理的控制器的数据输出接口与机器人本体的数据输入接口连接，根据接收到的控制指令进行工作的机器人本体与收集装置连接；电源与图像采集器和控制器电连接；行走机构、机器人本体、真空泵的动力源接口与动力电或空气压缩机连接。自动化强、精度高、劳动强度小，能节省人力。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种能代替人工在田间进行快速采摘的采茶机。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：采茶机，包括承重台、支撑装置、行进装置和两组采摘装置，所述承重台设于所述行进装置上，所述支撑装置设于所述承重台上，所述两组采摘装置分别设于所述支撑装置的左右两端，所述采摘装置包括对称设置的两组关节臂，所述关节臂上设有机械爪。

所述关节臂包括第一扭转电机、第二扭转电机、第一转动臂和第二转动臂，所述第一转动臂由所述第一扭转电机驱动，所述第二转动臂由所述第二扭转电机驱动，所述第二转动臂通过传动轴与所述机械爪连接。

所述支撑装置包括电缸和支撑臂，所述电缸设于所述承重台上，所述支撑臂固定于所述电缸滑块上。

所述支撑臂的两端分别固定有滑动丝杠，所述采摘装置与所述滑动丝杠连接。

所述支撑臂上设有丝杠定位器。

所述采摘装置通过稳定云台与所述滑动丝杠连接，所述稳定云台包括支架、X轴电机、Y轴电机和平衡台，所述支架与所述滑动丝杠的滑块固定。

所述稳定云台通过所述平衡台连接有稳定圆盘，所述两组关节臂对称设置于所述稳定圆盘上。

所述行进装置为履带轮。

所述机械爪包括舵机和由所述舵机驱动的两爪仓。

所述机械爪的两侧设有摄像头。

本发明的有益效果是：

(1)可实现X，Y，Z轴全方位的移动，转动臂可以保证360范围内无死角采摘茶叶嫩芽；

(2)整个装置采用对称式结构，设计的稳定云台可以保证悬挂式的圆盘及机械爪在运动摘取时保持一个稳定的姿态，采摘位置更精准；

(3)该采茶机可搭配嫩芽识别技术，通过4个机械臂的协调配合，更高效的对嫩芽进行摘取并保护嫩芽的完整性。

附图说明

图1是本发明实施例的总体结构示意图。

图2是本发明实施例的关节臂示意图。

图3是本发明实施例的稳定云台结构示意图。

图4是本发明实施例的机械爪结构示意图。

图5是本发明实施例的滑动丝杠结构示意图。

图6是本发明实施例的电缸结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，采茶机，包括承重台12、支撑装置、行进装置和两组采摘装置，所述承重台设于所述行进装置上，所述支撑装置设于所述承重台上，所述两组采摘装置分别设于所述支撑装置的左右两端，所述采摘装置包括对称设置的两组关节臂，所述关节臂上设有机械爪9。

履带轮13用于采茶机在田间适应性行走，承重台12可以对整个支架装置进行支撑，所述电缸11与承重台进行稳定连接，所述支撑臂23与电缸11通过螺钉连接使得支撑臂可上下移动，实现竖直位移，所述丝杠定位器22设于支撑臂23下方，对双侧的滑动丝杠24进行对称定位，保证左右丝杠处于合适的量程范围，所述稳定云台21安装于丝杠中的滑块上，所述稳定圆盘20与稳定云台21下侧圆形平台进行连接，所述第一转动臂4对称安装在圆盘两侧，与滑动丝杠24垂直，所述机械爪9安装于关节臂的垂直运动轴的下部。

履带轮13由传动大轮17、传动小轮16、履带14以及适应导向轮15组成。

滑动丝杠24中的滑块与稳定云台21中间安有垫片，可防止云台与滑动丝杠电机25发生干涉。

如图3所示，稳定云台安有水平陀螺仪、X轴电机31、Y轴电机32、平衡台33以及配重块34。

稳定圆盘20与第一转动臂4连接部分中间有镂空区域，目的是留出安装拧转电机18的空间。

如图2所示，所述关节臂包括第一扭转电机18、第二扭转电机5、第一转动臂4和第二转动臂29，所述第一转动臂由所述第一扭转电机驱动，所述第二转动臂由所述第二扭转电机驱动，所述第二转动臂通过传动轴与所述机械爪连接。

所述关节臂还包括连接板26、滚珠轴承27、步进电机7和传动轴1，所述第一扭转电机18与滚珠轴承27配对使用；步进电机7和传动轴1配对使用；两个扭转电机中间通过第一转动臂4连接；第二扭转电机5通过第二转动臂29来使传动轴达到预定角度；步进电机7控制传动轴1的竖直方向运动，达到角度范围内全行程。

传动轴底端有连接器8，连接器8与机械爪9相连接，摄像头10安装在机械爪9与连接器8连接面外伸两侧。

双侧悬臂式圆盘结构可覆盖两侧茶叶采摘范围，且能行走于田间下路的整体结构设计。

对称式关节臂结构应用于采茶机装置中，实现多角度多范围采摘的实际应用中。

本实施例可实现田间茶叶的采摘自动化过程，包括用于提供多角度全方位的方向控制定位的电缸11、滑动丝杠24、关机臂、用于适合田间行走的三角式履带行走器14、用于调整装置稳定平衡性的稳定云台21，用于对嫩芽进行采摘执行动作的机械爪。

电缸11与承重台12共同支撑起采茶机的上半部分，同时电缸可产生竖直方向Z的位移，使采茶机装置可以保持在合适的高度；与电缸滑块40相连接的是支撑臂23；支撑臂23下方与滑动丝杠24以及限位挡板23通过螺栓进行连接；丝杠电机24和联轴器38与滑动丝杠相连接，滑动丝杠上的滑块39可以实现水平方向移动；丝杠滑块下方安有垫片，防止稳定平台与滑动丝杠发生干涉；垫片下方连接稳定云台的支架30，云台起到保持下方稳定圆盘稳定性；稳定云台平衡台33与稳定圆盘20连接；在稳定圆盘两侧装有第一转动臂4，转动臂垫片26安在有对应螺栓位置且镂空的预留位置，垫片26上方安有转动轴承27，转动轴承27与第一转动臂4相连接，垫片26下方是第一扭转电机18，可实现第一转动臂4的旋转运动；第一转动臂4另一侧与滑动轴承连接，轴承上方也安有转动轴承28，转动轴承28同一轴线上方是第二扭转电机5，两侧属于中心对称结构；在转动轴承28的另一侧安有双电机6和7，可实现传动轴1和3的竖直方向位移；传动轴1下方与连接器8相连接；连接器8下方安装及机械爪9；摄像头通过悬臂35安装在小型圆盘上；机械爪9由舵机36、遮挡板37以及两爪仓构成，可实现对嫩芽的安全采摘。

具体操作流程如下：

步骤一：将采茶机放入田间小道，履带轮自动行走在田间，稳定轮可以起到导向定位作用；

步骤二：采茶机到第一区域，进行当前茶叶情况整理分析，扫描出需要采摘的嫩芽所在位置，识别合适高度，通过电缸11将两侧稳定圆盘移动到合适高度；

步骤三：通过滑动丝杠24调整合适的水平方向位置；

步骤四：关节臂执行命令操作，移动到识别出的嫩芽坐标位置，每个关节臂可对所属半圆形区域进行精准定位；

步骤五：关节臂定位准确后，机械爪进行抓取动作，完成抓取；

步骤六：执行完当前区域所有位置坐标后，履带行走到下一区域，重复步骤二到步骤五。

Claims (5)

1.采茶机，其特征在于：包括承重台、支撑装置、行进装置和两组采摘装置，所述承重台设于所述行进装置上，所述支撑装置设于所述承重台上，所述两组采摘装置分别设于所述支撑装置的左右两端，所述采摘装置包括对称设置的两组关节臂，所述关节臂上设有机械爪；所述关节臂包括第一扭转电机、第二扭转电机、第一转动臂和第二转动臂，所述第一转动臂由所述第一扭转电机驱动，所述第二转动臂由所述第二扭转电机驱动，所述第二转动臂通过传动轴与所述机械爪连接；关节臂还包括步进电机与传动轴，步进电机可实现传动轴的竖直方向位移；所述支撑装置包括电缸和支撑臂，所述电缸设于所述承重台上，所述支撑臂固定于电缸滑块上；支撑臂的两端分别固定有滑动丝杠，所述采摘装置与所述滑动丝杠连接；所述采摘装置通过稳定云台与所述滑动丝杠连接，所述稳定云台包括支架、X轴电机、Y轴电机和平衡台，所述支架与所述滑动丝杠的滑块固定；所述稳定云台通过所述平衡台连接有稳定圆盘，所述两组关节臂对称设置于所述稳定圆盘上。

2.根据权利要求1所述的采茶机，其特征在于：所述支撑臂上设有丝杠定位器。

3.根据权利要求1所述的采茶机，其特征在于：所述行进装置为履带轮。

4.根据权利要求1所述的采茶机，其特征在于：所述机械爪包括舵机和由所述舵机驱动的两爪仓。

5.根据权利要求4所述的采茶机，其特征在于：所述机械爪的两侧设有摄像头。

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