CN108990548A - 一种适用于不同地形的采茶无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于不同地形的采茶无人机，属于农业机械采摘技术领域，包括无人机本体、剪切装置与集叶装置，剪切装置包括固定在无人机主体底部的圆柱形筒体、固定在圆柱形筒体底端的快门式剪切机构以及驱动快门式剪切机构进行剪切动作的致动器；集叶装置包括从上至下依次安装在圆柱形筒体内的风扇和带有黏性的采集网，在圆柱形筒体的底部侧面设有风洞。快门式剪切机构可以实现茶树顶部茶叶的精确剪切，并将茶叶留在剪切机构内部，通过风扇的负压将茶叶吸附到采集网上，由于采集网具有黏性，茶叶可粘附在采集网上，当茶叶基本铺满整个采集网，风扇产生的气流达到了能够吸附的极限，此时打开集叶装置，关闭风扇，在下方进行茶叶收集。

Description

一种适用于不同地形的采茶无人机

技术领域

本发明涉及农业机械采摘技术领域，具体地说，涉及一种适用于不同地形的采茶无人机。

背景技术

中国是一个农业大国，茶叶种植是其中的一项重要产业。茶叶的采摘，自古以来都是人工双手进行采摘，从一开始的用手指甲掐断到后来采用剪刀剪断来实现茶叶采摘，可想而知，人工采摘茶叶不仅工作量大，效率低，而且不管是用手指甲还是使用剪刀，都容易对采茶工人的手造成一定程度的伤害。

随着机械自动化的发展，采茶工具也向自动化发展。首先出现的是半自动化的采茶机械，一般为背负式和单人或双人的手抬式，其动力系统只供给采摘机构和鲜叶收集机构，而移动靠操作人员步行。这样既影响作业效率又不能保证茶叶质量的稳定性(由于人的疲劳而导致的采摘高度波动，从而引起茶叶质量的不稳定)，同时又使得机器操作人员容易疲劳不能长时间连续作业。

针对这样的问题，结合茶园的地形和种植特征，公告号为CN203194156U的实用新型专利公开了一种跨行自走乘坐式采茶机，其包括采茶机构，用于收集该采茶机构采摘得的茶叶的茶青收集机构、呈“冂”形的机架、连接在该机架底部的橡胶履带式液压底盘、适于沿着机架内侧升降的升降架、以及固定在机架上的座椅；采茶机构和茶青收集机构设于升降架上。采茶机构设于机架的前方，该采茶机构包括：一对呈“^”形分布的、适于实现双斜坡采摘的螺旋滚切式的切割器。其全程作业由驾驶员一人操作，作业稳定性、连续性好，操作简单灵活、省时省力。

虽然该采茶机能节省人工劳动力，但其受地形的影响较大，在坡度较大或凹凸不平的山地上行走不稳定，容易出现翻车，给采茶作业造成损失。公布号为CN106612944A的发明专利文献公开了一种便携式的多旋翼无人机轻修整结构，包括支架，在两个支架之间设置有一个矩形的集叶装置，结业装置的八个角分别与支架固定，在支架的底部还设置有一个采茶机构，采茶机构包括切割机构与风机，风机位于切割机构与矩形集叶装置之间，且切割机构的切割口与矩形集叶装置的袋口相通。

该发明虽然有效解决了地形对采茶造成的困难，但是，该发明的切割机构并不能保证将茶叶割下，只有在刀片足够锋利并且切割动作足够迅速的情况下才能将进入切割机构的部分茶叶切割下，这样降低了茶叶的产量。

发明内容

本发明的目的为提供一种适用于不同地形的采茶无人机，该采茶无人机不仅能适应不同的地形，并且能将进入切割区域的茶叶有效切割下来，而不出现遗漏现象，保证了茶叶的产量。

为了实现上述目的，本发明提供的适用于不同地形的采茶无人机包括无人机本体和设置在无人机本体底部的剪切装置与集叶装置，剪切装置包括固定在无人机主体底部的圆柱形筒体、固定在圆柱形筒体底端的快门式剪切机构以及驱动快门式剪切机构进行剪切动作的致动器；集叶装置包括从上至下依次安装在圆柱形筒体内的风扇和带有黏性的采集网，在圆柱形筒体的底部侧面设有风洞。

上述技术方案中，快门式剪切机构的机械原理和相机快门打开关闭的原理相同，唯一的不同是将普通快门的塑料片更换为具有切割能力的刀片。该快门式剪切机构可以实现茶树顶部茶叶的精确剪切，并将茶叶留在剪切机构内部，通过风扇的负压将茶叶吸附到采集网上，由于采集网具有黏性，茶叶可粘附在采集网上，当茶叶基本铺满整个采集网，风扇产生的气流达到了能够吸附的极限，此时打开集叶装置，关闭风扇，在下方进行茶叶收集。接着准备进行下一步的采集。保证将茶叶进行有效采摘。可在地面设置若干茶叶筐，当茶叶基本铺满整个采集网后，无人机移动到茶叶筐上方，同时打开集叶装置，将茶叶释放到茶叶筐内。

具体的方案为快门式剪切机构包括带有斜槽的上层板、具有凹槽的下层板以及设置在上层板和下层板之间的若干刀片，刀片上设有与斜槽和凹槽配合的凸轴。

更具体的方案为上层板的边缘与的圆柱形筒体底部边缘相固定，下层板通过连接杆连接固定到无人机主体的底部，致动器驱动圆柱形筒体转动从而带动上层板转动。

致动器驱动圆柱形筒体转动，从而带动快门式剪切机构的上层板转动，使刀片受到上层孔板斜槽边沿的力并沿下层孔板的凹槽运动，最终实现刀片相互之间的闭合，产生足够的剪切力完成茶叶剪切。

另一个具体的方案为风洞处设有引导槽，在引导槽的入口设有遮挡网。

另一个具体的方案为风扇和采集网的形状与圆柱形筒体的内壁相适应。采集网采用轻质的绳网，绳网带有黏性，能够保证茶叶在风扇的负压下的附着。风扇叶片的材质为普通塑料，由电机驱动，电机由无人机电调供电，飞行控制系统控制风扇的开关，在整个飞行过程和作业过程中，为了保证茶叶能够始终吸附在采集网上，风扇始终处于打开状态。

另一个具体的方案为圆柱形筒体通过有机玻璃制成。

再一个具体的方案为致动器为舵机。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的适用于不同地形的采茶无人机不仅能适应不同的地形，并且通过快门式剪切机构能将进入切割区域的茶叶有效切割下来，而不出现遗漏现象，保证了茶叶的产量。

附图说明

图1为本发明实施例的采茶无人机的整体机构示意图；

图2为本发明实施例的采集网的俯视图；

图3为本发明实施例的风扇的俯视图；

图4为本发明实施例的快门式剪切机构的剪切运动过程图，其中，(a)为快门式剪切机构打开状态图，(b)为快门式剪切机构慢慢闭合的状态图，(c)为快门式剪切机构完全闭合的状态图；

图5为本发明实施例的采茶无人机在准备采摘时与目标茶叶的相对位置；

图6为本发明实施例的采茶无人机在进行采摘时与目标茶叶的相对位置；

图7为本发明实施例的采茶无人机在完成采摘时的状态图；

图中各附图标记为：1、无人机主体；2、快门式剪切机构；3、风扇；4、风洞；5、采集网；6、舵机；7、圆柱形筒体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

实施例

参见图1至图3，本实施例的适用于不同地形的采茶无人机包括无人机主体1，无人机主体1的底部设有剪切装置与集叶装置。

剪切装置的整体是一个圆柱形筒体7，圆柱形筒体7的材质是有机玻璃，顶部通过螺钉螺栓与无人机主体1相连、底部连接有快门式剪切机构2，另外剪切装置整个剪切的过程由致动器驱动，致动器为舵机6。

集叶装置包括从上至下依次安装在圆柱形筒体7内的风扇3和带有黏性的采集网5。在圆柱形筒体7的底部侧面上开有两个风洞4，风洞4处设有引导槽，在引导槽的入口设有遮挡网。风洞4与风扇3配合实现采集功能。风扇3安装在剪切装置上方的筒壁上，采集网5安装在风扇下方，为方便采集茶叶，两个风洞都贴近圆柱形筒体7的底部。

快门式剪切机构2的机械原理和相机快门打开关闭的原理相同，唯一的不同是将普通快门的塑料片更换为具有切割能力的铁质刀片。快门式剪切机构2包括带有斜槽的上层板、具有凹槽的下层板以及设置在上层板和下层板之间的若干刀片，刀片上设有与斜槽和凹槽配合的凸轴。上层板的边缘与圆柱形筒体7底部边缘相固定，下层板通过连接杆连接固定到无人机主体1的底部，舵机6驱动圆柱形筒体7转动从而带动上层板转动。该快门式剪切机构2可以实现茶树顶部茶叶的精确剪切，并将茶叶留在剪切机构内部准备进行下一步的采集。通过无人机飞行控制系统控制舵机6驱动圆柱形筒体7转动，从而带动快门式剪切机构2的上层板转动，使刀片受到上层孔板的斜槽边沿的力并沿下层孔板的凹槽运动，最终实现刀片相互之间的闭合，产生足够的剪切力完成茶叶剪切(剪切运动过程可参考图4)。

本实施例的采集网5采用轻质的绳网，绳网带有黏性，能够保证茶叶在风扇3的负压下的附着。风扇3叶片的材质为普通塑料，由电机驱动，电机由无人机电调供电，飞行控制系统控制风扇的开关，在整个飞行过程和作业过程中，为了保证茶叶能够始终吸附在采集网上，风扇3始终处于打开状态。在进行采集时，下方的剪切机构孔板打开，风扇关闭，茶叶由于重力作用自动掉落，在剪切机构下方进行采集。在地面设置若干茶叶筐，当茶叶基本铺满整个采集网后，无人机移动到茶叶筐上方，同时打开集叶装置，将茶叶释放到茶叶筐内，本实施例只需要将快门式剪切机构2打开，即可实现集叶装置的打开。

本实施例的工作过程如下：

1、采茶无人机对茶园中的茶树进行位置高度信息获取，并对茶树上的嫩芽进行精确的识别，完成嫩芽的位置高度信息获取，将信息传输到终端。开始工作时，终端发送信息给采茶无人机，采茶无人机根据定位信息悬停在茶树顶梢上方3-5cm处，并通过获取的嫩芽位置进行无人机位置调整，使无人机悬停在目标茶叶的上方，如图5所示。

2、控制快门式剪切机构2完全打开，无人机缓慢下降并在一定位置(8-10cm左右)悬停，使顶梢的目标茶叶完全进入剪切装置内部，保证其他不再目标范围内的茶叶不进入剪切装置内部，并使剪切平面与需要剪切的茎平面平行，准备开始剪切，如图6所示。

3、飞行控制系统控制舵机使整个剪切装置绕中心轴顺时针旋转，带动快门式剪切机构2上层板顺时针转动，快门逐渐闭合并最终实现茶叶枝条的剪切，并使已经完成剪切的茶叶留在剪切装置内。

4、电机控制风扇3转动，风扇3产生向上的气流，带动风洞4两侧朝向内侧的气流，将已经完成剪切的茶叶吹向圆筒顶侧的采集网5，通过气流和采集网5本身的粘性茶叶能够很好地附着在采集网5上，如图7所示。

5、继续对原来的目标茶树或者其他茶树顶梢的目标茶叶进行上述步骤操作，直至茶叶基本铺满整个采集网5，风扇3产生的气流达到了能够吸附的极限，此时无人机移动到茶叶筐上方，打开集叶装置，关闭风扇，在下方进行茶叶收集。

重复上述步骤1-5，最终实现整个无人机采茶的过程。

Claims (7)

1.一种适用于不同地形的采茶无人机，包括无人机本体和设置在所述无人机本体底部的剪切装置与集叶装置，其特征在于：

所述剪切装置包括固定在所述无人机主体底部的圆柱形筒体、固定在所述圆柱形筒体底端的快门式剪切机构以及驱动所述快门式剪切机构进行剪切动作的致动器；

所述集叶装置包括从上至下依次安装在所述圆柱形筒体内的风扇和带有黏性的采集网，在所述圆柱形筒体的底部侧面设有风洞。

2.根据权利要求1所述的采茶无人机，其特征在于：

所述的快门式剪切机构包括带有斜槽的上层板、具有凹槽的下层板以及设置在所述上层板和下层板之间的若干刀片，所述刀片上设有与所述斜槽和所述凹槽配合的凸轴。

3.根据权利要求2所述的采茶无人机，其特征在于：

所述的上层板的边缘与所述的圆柱形筒体底部边缘相固定，所述的下层板通过连接杆连接固定到所述无人机主体的底部，所述的致动器驱动所述圆柱形筒体转动从而带动所述上层板转动。

4.根据权利要求1所述的采茶无人机，其特征在于：

所述的风洞处设有引导槽，在引导槽的入口设有遮挡网。

5.根据权利要求1所述的采茶无人机，其特征在于：

所述的风扇和采集网的形状与所述圆柱形筒体的内壁相适应。

6.根据权利要求1所述的采茶无人机，其特征在于：

所述的圆柱形筒体通过有机玻璃制成。

7.根据权利要求1所述的采茶无人机，其特征在于：

所述的致动器为舵机。