CN107567823A - 智能采茶机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能采茶机器人，包括主机架、行走装置、采摘执行装置和图像识别装置，所述主机架设于所述行走装置上，所述主机架两侧分别连接所述采摘执行装置，所述图像识别装置设于所述采摘执行装置上。本发明智能采茶机器人能够适应不同茶园地形和不同高度、宽度茶树的茶树叶芽的采摘。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能采茶机器人。
背景技术
随着农业机械化的发展，采茶机逐步得到发展与应用。现有的采茶机按作业方式可分为单人采茶机、双人抬采机和自走式采茶机。目前市场上成熟的采茶机都以切割茶树树梢方法进行采茶，虽然这类采茶机提高了采茶效率，但是使用这种采茶方法所采摘的鲜叶质量都明显比手工采摘的差，会带入很多茶梗和残次叶片。特别是在名优茶生产，由于对鲜叶原料质量要求的严格，目前机采法无法满足要求，大部分名优茶叶的采摘还是需要人工手摘。随着劳动力成本的提高，茶叶手工采摘成本越来越高，另外一些种植地区在采摘旺季劳动力短缺严重，导致采摘不及时而造成损失。因此有必要设计一种能够替代人工采茶的选择性智能采茶机器人。
此外，如自走式采茶机和相关文献中出现的智能采茶机机器人有些只能在平地或缓坡茶园中使用；有些需对茶园改造，成本高昂。这些采茶设备不能适应于茶园地形复杂，不同宽度茶树的叶芽采摘，所以采茶机器人移动装置的设计关乎着采茶机器人对茶园的适应性。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种能够适应不同茶园地形和不同高度、宽度茶树的智能采茶机器人，用于茶树叶芽的采摘。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
智能采茶机器人，包括主机架、行走装置、采摘执行装置和图像识别装置，所述主机架设于所述行走装置上，所述主机架两侧分别连接所述采摘执行装置，所述图像识别装置设于所述采摘执行装置上。
所述采摘执行装置包括机械臂和采摘机械手，所述采摘机械手设于所述机械臂的末端。
所述机械臂通过机械臂高度调节装置与所述主机架连接。
所述采摘机械手通过采摘机械手高度调节装置与所述机械臂连接。
所述机械臂为水平关节机械臂。
所述图像识别装置包括固定在所述机械臂末端的初定位视觉识别摄像头和固定在所述采摘机械手上的精确定位视觉识别摄像头。
所述行走机构包括连接于所述主机架四角的四组轮子，所述四组轮子分别由驱动电机驱动。
前端的两组轮子之间，后端的两组轮子之间分别设有轮距调节装置，所述轮距调节装置包括支撑臂和直线驱动机构，每组轮子的连接杆通过所述支撑臂与所述主机架连接，所述直线驱动机构与所述支撑臂连接，所述直线驱动机构通过伸缩来调节所述支撑臂实现轮距调节。
所述轮子的连接杆设有底盘高度调节装置，所述底盘高度调节装置连接于所述支撑臂与所述轮子之间。
所述回收装置包括回收仓和抽吸软管，抽吸软管一端与所述回收仓连接，另一端与所述采摘机械手连接。
本发明的有益效果是：
(1)智能采茶机器人实用视觉识别技术配合采摘机械臂，能模拟人工采摘，且采茶机器人左右各有一采摘机械臂，能够同时对两侧茶树采摘，采茶效率高。
(2)智能采茶机器人底盘高度可调、倾角可调、轮距可调，且采摘执行装置整体高度也可调，使其能够最大化的适应不同地形的茶园及不同高度、宽度的茶树。
(3)智能采茶机器人整体结构为横跨式结构。当采茶机器人工作时，采茶机器人横跨在中间一排茶树上方，然后对左右两排茶树进行采摘，并使用有一定越野性能的行走装置行进。这样的结构使得采茶机器人作业时占地面积小，无需对现有茶园进行如加宽各排茶树间距或铺设轨道等改造。
附图说明
图1是本发明实施例的总体结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是图1的侧视图。
图4是图1的局部放大结构示意图。
图5是图1实施例应用在坡地的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步地详细说明。
如图1所示，智能采茶机器人，包括主机架1、电源及控制器2、回收装置3、轮距调节装置4、底盘高度调节装置5、行走装置6、采摘执行装置7和图像识别装置8，所述主机架1设于所述行走装置上，所述主机架1两侧分别连接所述采摘执行装置7，所述图像识别装置设于所述采摘执行装置上。
主机架1，用于对各部分进行连接与支撑，并提供保护作用。
电源及控制器2，固定在主机架1上，用于对回收装置3、行走装置6、采摘执行装置7和图像识别装置8供能与控制。
回收装置3，包括回收仓31和抽吸软管32，所述回收仓31固定在主机架1上，所述抽吸软管32一端与所述回收仓31连接，另一端与采摘机械手高度调节装置73连接，所述采摘机械手高度调节装置73中的中空结构使得所述采摘机械手74内部与软管相通。回收装置3用于回收采摘下的鲜叶。
轮距调节装置4，包括支撑臂41和直线驱动机构42，支撑臂41通过铰接，连接在主机架1连接和行走装置6之间，且如图2中所示每一对所述支撑臂41组成一平行四边形机构，具体而言，本实例中每对支撑臂41一端与主机架1连接，另一端与底盘高度调节装置连接，用于使行走装置在一定范围内移动。本实施例中的直线驱动机构42是电动推杆，通过与支撑臂41和主机架1或相邻支撑臂41的铰接形成连杆机构，具体而言本实例中直线驱动机构42两端分别铰接于左右支撑臂41上，通过控制直线驱动机构42伸缩长度来控制轮距。
底盘高度调节装置5，固定于主机架1和行走装置6之间，具体而言，本实例中其一端固定在轮距调节装置4上，可做相对运动另一端固定在行走装置6上，且各底盘高度调节装置5能够独立调节自身长度以适应不同高度的茶树及不同角度的坡面，配合主机架1底部距离检测传感器，主机架底盘能调至合适的高度。
行走装置6，包括多个有一定越野性能的轮子61和驱动电机62，行走装置6整体和底盘高度调节装置5相连，驱动电机62连接、驱动多个轮子61，且驱动电机62能独立调节每一组轮子的速度，通过调节智能采茶机器人两侧所述行走装置6的速度差，能够实现采茶机器人的转弯。
采摘执行装置7，包括机械臂高度调节装置71、机械臂72、采摘机械手高度调节装置73和采摘机械手74。具体而言，本实例中机械臂高度调节装置71固定在主机架1上，其可上下运动部分与机械臂72相连，本实例中机械臂72为一水平关节机械臂，机械臂高度调节装置71用于调节机械臂72的整体高度，以使采茶机器人获得更好适应性。采摘机械手高度调节装置73固定在机械臂72末端，用于对采摘机械手74高度的精确定位，具体而言本实例中采用直线电机。采摘机械手74固定于采摘机械手高度调节装置73的运动杆，用于采摘茶树叶芽。另外，采摘机械手高度调节装置73中有中空结构，使得采摘机械手74与抽吸软管32直接连通。
如图4所示，图像识别装置8包括固定在机械臂72末端的初定位视觉识别摄像头81和固定在所述采摘机械手74上的精确定位视觉识别摄像头82，具体而言，本实例中初定位视觉识别摄像头81为一双目立体视觉摄像头，用于初步对待采叶芽进行空间定位。精确定位视觉识别摄像头82固定在采摘机械手74上，用于采摘机械手74采摘时对叶芽的精确定位。初定位视觉识别摄像头81与精确定位视觉识别摄像头82相配合实现精确采摘。
智能采茶机器人不同部位上有多个不同种类的传感器，如温度传感器、超声测距传感器、视觉识别传感器等，用于实时感知环境，实现自动行走与路径规划；主机架高度自动调节；自动采摘与收集。
具体操作流程如下：
步骤一：智能采茶机器人上的各传感器协同工作，确定茶树空间位置及大小等、坡道倾角和方向等参数。
步骤二：根据环境参数，轮距调节装置4与底盘高度调节装置5工作，分别调节轮距和主机架1姿态。然后行走装置6工作，智能采茶机器人驶入茶树中，在进入的过程中智能采茶机根据实时监测数据及时调整其姿态。如果智能采茶机器人在坡道上作业，则底盘高度调节装置5将调节使左右两机械臂72工作平面覆盖于茶树上方，同时械臂高度调节装置71将机械臂72整体调至合适的高度。
步骤三：智能采茶机器人在未进入采摘工作状态时，为防止碰撞，机械臂72向内收拢，并且械臂高度调节装置71将机械臂72移至上端。当智能采茶机器人进入茶树中就位后，初定位视觉识别摄像头81工作，机械臂72展开将初定位视觉识别摄像头81移至合适位置，然后对下方茶树中可采叶芽进行识别与空间定位。
步骤四：当智能采茶机器人对当前两侧茶树完成识别确定待采叶芽后，控制器计算出最优采摘顺序，然后采摘机械手74移至待采叶芽上方，同时精确定位视觉识别摄像头82对待采叶芽精确定位。采摘机械手高度调节装置73把采摘机械手74降至合适高度，采摘机械手74完成采摘。
步骤五：采摘机械手74完成采摘后，回收装置3工作，采摘机械手74内的芽叶通过抽吸软管32进入回收仓31内。
本发明的有益效果是：
(1)智能采茶机器人实用视觉识别技术配合采摘机械臂，能模拟人工采摘，且采茶机器人左右各有一采摘机械臂，能够同时对两侧茶树采摘，采茶效率高。
(2)智能采茶机器人底盘高度可调、倾角可调、轮距可调，且采摘执行装置整体高度也可调，使其能够最大化的适应不同地形的茶园及不同高度、宽度的茶树。
(3)智能采茶机器人整体结构为横跨式结构。当采茶机器人工作时，采茶机器人横跨在中间一排茶树上方，然后对左右两排茶树进行采摘，并使用有一定越野性能的行走装置行进。这样的结构使得采茶机器人作业时占地面积小，无需对现有茶园进行如加宽各排茶树间距或铺设轨道等改造。
Claims (10)
1.智能采茶机器人，其特征在于，包括主机架、行走装置、采摘执行装置和图像识别装置，所述主机架设于所述行走装置上，所述主机架两侧分别连接所述采摘执行装置，所述图像识别装置设于所述采摘执行装置上。
2.根据权利要求1所述智能采茶机器人，其特征在于：所述采摘执行装置包括机械臂和采摘机械手，所述采摘机械手设于所述机械臂的末端。
3.根据权利要求2所述智能采茶机器人，其特征在于：所述机械臂通过机械臂高度调节装置与所述主机架连接。
4.根据权利要求2所述智能采茶机器人，其特征在于：所述采摘机械手通过采摘机械手高度调节装置与所述机械臂连接。
5.根据权利要求2或3或4所述智能采茶机器人，其特征在于：所述机械臂为水平关节机械臂。
6.根据权利要求2所述智能采茶机器人，其特征在于：所述图像识别装置包括固定在所述机械臂末端的初定位视觉识别摄像头和固定在所述采摘机械手上的精确定位视觉识别摄像头。
7.根据权利要求1所述智能采茶机器人，其特征在于：所述行走机构包括连接于所述主机架四角的四组轮子，所述四组轮子分别由驱动电机驱动。
8.根据权利要求7所述智能采茶机器人，其特征在于：前端的两组轮子之间，后端的两组轮子之间分别设有轮距调节装置，所述轮距调节装置包括支撑臂和直线驱动机构，每组轮子的连接杆通过所述支撑臂与所述主机架连接，所述直线驱动机构与所述支撑臂连接，所述直线驱动机构通过伸缩来调节所述支撑臂实现轮距调节。
9.根据权利要求8所述智能采茶机器人，其特征在于：所述轮子的连接杆设有底盘高度调节装置，所述底盘高度调节装置连接于所述支撑臂与所述轮子之间。
10.根据权利要求1所述智能采茶机器人，其特征在于：所述回收装置包括回收仓和抽吸软管，抽吸软管一端与所述回收仓连接，另一端与所述采摘机械手连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180112 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |