CN108040599A - 自主移动智能化采茶机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自主移动智能化采茶机器人，包含框架结构、采茶结构以及采茶辅助结构；所述框架结构包含移动平台(1)与支架(2)，支架(2)紧固安装在移动平台(1)上；采茶结构与采茶辅助结构均安装在支架(2)上；所述采茶结构包含采摘装置(3)与茶叶收集装置(4)，采摘装置(3)能够采摘茶叶并将茶叶输运到茶叶收集装置(4)上；所述采茶辅助结构包含CCD视觉系统(5)。本发明提供的自主移动智能化采茶机器人在传统机械采茶机的基本上，增加了控制器与CCD视觉系统，进而具有环境识别能力，能够主动规划采摘路径、选取采摘茶叶，极大提高了“智造”水平。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域、采茶设备领域，具体地，涉及一种自主移动智能化采茶机器人。
背景技术
我国是茶叶生产大国，茶叶是我国重要的经济作物。目前茶叶采摘方式主要有人工采摘、机械化采摘和机器人采摘。人工采摘是目前茶叶的最主要的采摘方式，劳动强度大，并且在茶叶采摘季节劳动力短缺十分严重，由于采摘能力的不足，往往造成错过采摘茶叶的最佳时间，随着劳动力的人工成本提高，这一问题更加突出。而且，随着经济以及种植技术的发展，茶叶种植的农场化、规模化、产业化也已成为一种趋势，现在高品质茶叶的采摘已经成为制约茶叶产业发展的瓶颈，因此，急需要利用机械来进行采茶，解决这一突出的问题。
专利文献CN104303705B和CN104525469B分别公开两种机械化的采茶机，机械化采摘的工作原理与树叶修剪原理相似，工作时是将新长出的茶叶一次剪下，其优点是效率高，但缺点也显而易见，所采茶叶完整性、一致性极差，碎叶多，新叶老叶不分，甚至将枝条末端都剃剪混入茶叶中，降低制茶原料的质量，而且对茶树生长伤害较大，影响茶树的生长发育。
此外，专利文献CN103999635B和CN104303706B公开了智能采茶机，智能采茶机是在机械化采茶机的基础上加入了视觉检测和采摘高度调节装置，提高了采摘的效率和地形适应能力，但采摘装置还是采用纯粹的剪切方式，无法满足优质茶精采的要求。专利文献CN1620848和CN107231889A公开的自动采茶机通过铺设轨道实现采摘，但成本高，实用性不高。专利CN105993387A公开了一种智能自主移动智能化采茶机器人及其采茶方法，通过视觉进行茶叶识别，采用直角坐标机械手进行茶叶采摘，灵活性不好，效率低。同时茶叶回收装置需要和采摘末端一起运动，不便于采摘作业。
近年来，为克服“中国制造多，中国创造少”的现状，我国提出了“中国智造”的战略目标，其中很重要的一部分内容便是积极推进传统产业技术改造，在采茶设备领域上，亟待出现一种能够全天候智能高效进行茶叶采摘，特别是茶叶精采的设备。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种自主移动智能化采茶机器人。
根据本发明提供的自主移动智能化采茶机器人，包含框架结构、采茶结构以及采茶辅助结构；所述框架结构包含移动平台与支架，支架紧固安装在移动平台上；采茶结构与采茶辅助结构均安装在支架上；
所述采茶结构包含采摘装置与茶叶收集装置，采摘装置能够采摘茶叶并将茶叶输运到茶叶收集装置上；
所述采茶辅助结构包含CCD视觉系统。
优选地，所述支架包含侧架与横向定宽架；多个侧架包含左侧架与右侧架，横向定宽架轴向两端分别与左侧架、右侧架相连；
左侧架、右侧架的下端均设置有移动平台。
优选地，所述支架上设置有高度调节机构与宽度调节机构；
所述高度调节机构能够调节侧架的高度，所述宽度调节机构能够调节左侧架与右侧架之间的宽度。
优选地，所述采摘装置包含机械手与剪切机构，剪切机构连接在机械手末端；机械手包含关节型机械手；
所述茶叶收集装置包含输送管与茶叶存储器，输送管将采摘装置采摘的茶叶输送至茶叶存储器中。
优选地，包含多套茶叶收集装置与多套采摘装置，茶叶收集装置与采摘装置一一对应；
所述输送管包含水平收集管与茶叶滑入管；所述水平收集管上设置有吹风管；
支架上还紧固连接有鼓风机，鼓风机与所述吹风管相连。
优选地，多个CCD视觉系统包含茶垄识别CCD与茶叶识别CCD；
支架上还设置有控制器。
优选地，所述控制器包含图像处理模块与采摘装置控制模块；
所述图像处理模块包含以下模块：
茶垄识别模块：获取来自茶垄识别CCD的视觉信息，生成采摘路径控制信号；
茶叶识别模块：获取来自茶叶识别CCD的视觉信息，生成茶叶信号；
所述采摘装置控制模块根据茶叶信号生成采摘指令。
优选地，所述框架结构还包含外罩与通信天线；
外罩紧固连接在支架上，所述通信天线安装在外罩上。
优选地，所述采茶辅助结构还包含光源与电池系统；
电池系统与支架可拆卸连接。
优选地，所述侧架长度延伸方向为U形；
支架还包含座板，侧架沿轴向方向的两端连接在座板上；所述移动平台包含履带、驱动电机以及轮系，履带滑动连接在轮系外周面上，导向轮与座板紧固连接。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供的自主移动智能化采茶机器人在传统机械采茶机的基本上，增加了控制器与CCD视觉系统，进而具有环境识别能力，能够主动规划采摘路径、选取采摘茶叶，极大提高了“智造”水平。
2、本发明具有光源与遮光装置，不受自然条件的影响，能够实现在白天、黑夜、雨天等全天候条件下进行采摘作业。
3、本发明本体结构高度与宽度均能够调节，适应不同茶园的采摘作业。
4、本发明采用多关节机械手进行单叶采摘，使茶叶质量有保障，可满足名优等优质茶叶对茶叶精采的要求，同时减小了对茶树的损害。
5、通过通信天线设置，能够实现对本发明的远程控制，获取本发明的采茶状态、位置状态等信息，避免出现无法及时发现因设备故障或地形环境等因素造成本发明未正常工作的情况发生。
6、本发明结构简单，运动灵活，适用范围广。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明外形结构示意图；
图2为本发明内部结构示意图。
图中示出：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明提供的自主移动智能化采茶机器人包含框架结构、采茶结构以及采茶辅助结构。如图1所示，框架结构包含移动平台1、支架2，采茶机构与采茶辅助结构均安装在之间上。如图2所示，采茶结构包含采摘装置3与茶叶收集装置4，采摘装置3能够采摘茶叶并将茶叶输运到茶叶收集装置4上，其中采摘装置3又包含机械手31与剪切机构32，所述剪切机构32安装在机械手31的末端；茶叶收集装置4包含输送管与茶叶存储器43，采摘装置3采摘的茶叶放置在输送管后被输送到茶叶存储器43中。采茶辅助结构包含了CCD视觉系统5，用于识别茶园茶垄与茶叶。
如图2所示，实施例中，所述支架2包含侧架23、横向定宽架以及座板25，多个侧架23包含左侧架23与右侧架23，横向定宽架轴向两端分别与左侧架23、右侧架23相连，侧架23长度延伸方向为U形，侧架23沿轴向方向的两端连接在座板25上。左侧架23与右侧架23下端均设置有移动平台1，移动平台1包含履带、驱动电机以及轮系，履带滑动连接在轮系外周面上，座板25上延伸出多个连接架，连接架的末端通过紧固件与轮系紧固连接，通过履带的转动，实现自主移动智能化采茶机器人的运动。此外，在支架2上还设置有高度调节机构21与宽度调节机构22，通过高度调节机构21调节侧架23的高度，通过宽度调节机构22调节左侧架23与右侧架23之间的宽度，在实际应用中，高度调节机构21与宽度调节机构22可以通过例如丝杠结构、气压液压结构、齿轮齿条结构或者是螺纹拧紧后静摩擦的方式来实现调节。高度调节机构21与宽度调节机构22的设置，有利于自主移动智能化采茶机器人适应不同茶垄间隔，不同茶树高度的环境下的使用，极大增加了本发明的适应能力。优选例中，所述侧架23的形状还可以是例如V形、H型等形状，保证支架2的整体强度即可；优选地，所述移动平台1还可以是轮毂样式的，但是在行驶的稳定性上要劣于履带结构。
对于采摘装置3，所述机械手31为关节型机械手，以便于将剪切机构32沿多个角度递送至目标位置，实现剪切机构32对茶叶的精确剪切。对于茶叶收集装置4，其中的输送管包含水平收集管41与茶叶滑入管42，采摘装置3摘取的茶叶先放置的水平收集管41中，然后经过茶叶滑入管42落入到茶叶存储器43中，为方便茶叶的在输送管中的运动，水平收集管41上一端设置有吹风管，支架2上设置有鼓风机9，鼓风机9将风输送至吹风管中，然后再将茶叶从输送管中吹入到茶叶存储器43内。如图2所示，存在两套茶叶收集装置4与两套采摘装置3，茶叶收集装置4与采摘装置3一一对应；两套茶叶收集装置4呈中心对称分布，也就是说，两个茶叶存储器43分别位于支架2的左右两端，但是两个茶叶滑入管42在前后位置不同，倾斜方向也不同。当然优选例中，两套茶叶收集装置4也可以是轴对称分布，或者安装位置并不对称；优选地，还可以包含三套以上的茶叶收集装置4与采摘装置3，适用于支架2较大的场合，增加茶叶采摘效率，但是自主移动智能化采茶机器人的制造成本会相应增大。
多个CCD视觉系统5包含茶垄识别CCD与茶叶识别CCD，支架2上还安装有控制器7。所述控制器7包含图像处理模块与采摘装置3控制模块。所述图像处理模块包含以下模块：茶垄识别模块：获取来自茶垄识别CCD的视觉信息，生成采摘路径控制信号；茶叶识别模块：获取来自茶叶识别CCD的视觉信息，生成茶叶信号。所述采摘装置3控制模块根据茶叶信号生成采摘指令。实际使用过程中，茶垄识别CCD用于环境识别，对茶园茶垄进行识别，帮助对自主移动智能化采茶机器人进行导航；茶叶识别CCD用于茶叶识别，负责茶叶信息的提取，例如茶叶的老嫩、大小以及采摘位置等，经过控制器7的处理后生成控制采摘装置3运行的采摘指令。
框架结构还包含外罩10与通信天线11，外罩10紧固连接在支架2上，外罩10主要起到遮风避雨的作用。通信天线11安装在外罩10上，方便远程通信，交换远程控制指令或者自主移动智能化采茶机器人采茶状态、位置状态等信息。所述采茶辅助结构还包含光源6与电池系统8，光源6给CCD视觉系统5提供稳定的识别环境，电池系统8包含储能电池，为自主移动智能化采茶机器人提供所需的电能，电池系统8与支架2可拆卸连接，为不同的需要配置不同电压与容量大小的电源。
工作时，自主移动智能化采茶机器人跨在茶垄之上，通过CCD视觉系统5对环境的识别和采摘路径的规划，移动平台1驱动自主移动智能化采茶机器人沿着茶垄移动作业。机械手31在视觉系统和控制器7的控制下移动到茶叶位置由剪切机构32进行茶叶采摘。采摘后机械手31将茶叶移动送到水平收集管41上，在水平收集管41的一端有吹风管，由鼓风机9输送过来的风将茶叶吹入输送管内，在风力作用下通过茶叶滑入管42滑入到茶叶存储器43内。光源6给CCD视觉系统5提供辅助光源6，在外罩10的隔离下，保证自主移动智能化采茶机器人CCD视觉系统5有一个稳定的识别环境。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种自主移动智能化采茶机器人，其特征在于，包含框架结构、采茶结构以及采茶辅助结构；所述框架结构包含移动平台(1)与支架(2)，支架(2)紧固安装在移动平台(1)上；采茶结构与采茶辅助结构均安装在支架(2)上；
所述采茶结构包含采摘装置(3)与茶叶收集装置(4)，采摘装置(3)能够采摘茶叶并将茶叶输运到茶叶收集装置(4)上；
所述采茶辅助结构包含CCD视觉系统(5)。
2.根据权利要求1所述的自主移动智能化采茶机器人，其特征在于，所述支架(2)包含侧架(23)与横向定宽架；多个侧架(23)包含左侧架(23)与右侧架(23)，横向定宽架轴向两端分别与左侧架(23)、右侧架(23)相连；
左侧架(23)、右侧架(23)的下端均设置有移动平台(1)。
3.根据权利要求2所述的自主移动智能化采茶机器人，其特征在于，所述支架(2)上设置有高度调节机构(21)与宽度调节机构(22)；
所述高度调节机构(21)能够调节侧架(23)的高度，所述宽度调节机构(22)能够调节左侧架(23)与右侧架(23)之间的宽度。
4.根据权利要求1所述的自主移动智能化采茶机器人，其特征在于，所述采摘装置(3)包含机械手(31)与剪切机构(32)，剪切机构(32)连接在机械手(31)末端；机械手(31)包含关节型机械手；
所述茶叶收集装置(4)包含输送管与茶叶存储器(43)，输送管将采摘装置(3)采摘的茶叶输送至茶叶存储器(43)中。
5.根据权利要求4所述的自主移动智能化采茶机器人，其特征在于，包含多套茶叶收集装置(4)与多套采摘装置(3)，茶叶收集装置(4)与采摘装置(3)一一对应；
所述输送管包含水平收集管(41)与茶叶滑入管(42)；所述水平收集管(41)上设置有吹风管；
支架(2)上还紧固连接有鼓风机(9)，鼓风机(9)与所述吹风管相连。
6.根据权利要求1所述的自主移动智能化采茶机器人，其特征在于，多个CCD视觉系统(5)包含茶垄识别CCD与茶叶识别CCD；
支架(2)上还设置有控制器(7)。
7.根据权利要求6所述的自主移动智能化采茶机器人，其特征在于，所述控制器(7)包含图像处理模块与采摘装置(3)控制模块；
所述图像处理模块包含以下模块：
茶垄识别模块：获取来自茶垄识别CCD的视觉信息，生成采摘路径控制信号；
茶叶识别模块：获取来自茶叶识别CCD的视觉信息，生成茶叶信号；
所述采摘装置(3)控制模块根据茶叶信号生成采摘指令。
8.根据权利要求1所述的自主移动智能化采茶机器人，其特征在于，所述框架结构还包含外罩(10)与通信天线(11)；
外罩(10)紧固连接在支架(2)上，所述通信天线(11)安装在外罩(10)上。
9.根据权利要求1所述的自主移动智能化采茶机器人，其特征在于，所述采茶辅助结构还包含光源(6)与电池系统(8)；
电池系统(8)与支架(2)可拆卸连接。
10.根据权利要求2所述的自主移动智能化采茶机器人，其特征在于，所述侧架(23)长度延伸方向为U形；
支架(2)还包含座板(25)，侧架(23)沿轴向方向的两端连接在座板(25)上；所述移动平台(1)包含履带、驱动电机以及轮系，履带滑动连接在轮系外周面上，导向轮与座板(25)紧固连接。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| 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: 20180518 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |