CN109618661B - 一种基于茶叶力学特性的高效茶叶嫩芽采摘机 - Google Patents

Abstract

一种基于茶叶力学特性的高效茶叶嫩芽采摘机，作用于茶垄上方，包括行走装置和设置在行走装置上的采摘装置、测纵深装置、收集装置和控制系统；行走装置横跨茶垄，并沿茶垄的长度方向移动；采摘装置包括采摘机构，采摘机构包括转动设置的第一滚筒和第二滚筒；第一滚筒和第二滚筒相对转动，共同挟持茶叶嫩芽，并将茶叶嫩芽卷入两个滚筒之间；测纵深装置用于控制采摘机构到达茶垄表面进行茶叶嫩芽的采摘；收集装置包括收集箱和茶叶吸管，茶叶吸管将被卷入两滚筒之间的茶叶嫩芽吸入到收集箱内部；控制系统控制行走装置、采摘装置、测纵深装置和收集装置工作。本发明所公开的采摘机采摘效率高，准确度高，能有效降低对茶树损伤率。

Description

一种基于茶叶力学特性的高效茶叶嫩芽采摘机

技术领域

本发明涉及茶叶采摘领域，特别涉及一种基于茶叶力学特性的高效茶叶嫩芽采摘机。

背景技术

茶是世界上三大饮料之一，我国是盛产茶叶的大国，茶叶出口各个国家。而我国目前采茶方式主要为人工采摘，有掐采、提采、双手采等方式，但是工作效率低，劳动强度大。我国提倡将科学技术同农业相结合，但是目前市场上主要的采茶设备为“一刀式”茶叶嫩芽采摘机，对茶树的损伤大。为此，研究一种采摘效率高、对茶树无损伤的基于茶叶力学特性的高效茶叶嫩芽采摘机非常重要。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种采摘效率高、准确度高、有效降低茶树损伤率的基于茶叶力学特性的高效茶叶嫩芽采摘机。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于茶叶力学特性的高效茶叶嫩芽采摘机，作用于茶垄上方，包括行走装置和设置在行走装置上的采摘装置、测纵深装置、收集装置和控制系统；所述行走装置横跨茶垄，并沿茶垄的长度方向移动；所述采摘装置包括采摘机构，所述采摘机构包括转动设置的第一滚筒和第二滚筒；所述第一滚筒和第二滚筒相对转动，共同挟持茶叶嫩芽，并将茶叶嫩芽卷入两个滚筒之间；所述测纵深装置用于控制采摘机构到达茶垄表面进行茶叶嫩芽采摘；所述收集装置包括收集箱和茶叶吸管，所述茶叶吸管将被卷入两滚筒之间的茶叶嫩芽吸入到收集箱内部；所述控制系统控制行走装置、采摘装置、测纵深装置和收集装置工作。

上述结构中，测纵深装置用于控制采摘机构到达茶垄表面，采摘机构通过两个相对转动的滚筒对茶叶嫩芽进行采摘，被采摘下的茶叶嫩芽由茶叶吸管被导入收集箱内部，采用这种结构有效降低茶树损伤率，采摘准确度高，采摘效率高。

进一步的，所述采摘装置包括第一搭载架和采摘单元，所述采摘单元通过第一搭载架设置在茶垄上方，所述采摘单元包括机械臂和采摘机构，所述机械臂的一端与第一搭载架连接，所述采摘机构连接在机械臂的另一端，所述采摘机构包括采摘箱、第一滚筒和第二滚筒，所述采摘箱的前面、后面和底面均空缺，所述第一滚筒和第二滚筒均转动设置在采摘箱内部，所述第二滚筒平行设置在第一滚筒后方，且第二滚筒的中心轴线低于第一滚筒的中心轴线。

上述结构中，采摘单元包括机械臂和采摘机构，采摘结构连接在机械臂的前端，可以使采摘机构更加准确，灵活的到达茶垄表面进行茶叶嫩芽的采摘。第二滚筒平行设置在第一滚筒的后方，且第二滚筒的中心轴线低于第一滚筒的中心轴线，可以使茶叶嫩芽更加容易进入两滚筒形成的采摘口，提高采摘效率。

上述结构中，以茶叶采摘机工作时前进的方向为前方。

进一步的，所述第一滚筒和第二滚筒的筒身均为圆柱形，所述第一滚筒和第二滚筒的筒身的外环形面上均贴有橡胶片。

上述结构中，两采摘滚筒的外环形面上均贴有橡胶片，可以在增加两个滚筒对茶叶嫩芽的夹持力的同时减小两滚筒对茶叶嫩芽的损伤率。

进一步的，所述机械臂包括底座、第一臂和第二臂，所述机械臂通过底座与第一搭载架连接，所述第一臂通过第一舵机与底座转动连接，所述第二臂通过第二舵机与第一臂转动连接，所述采摘机构H通过第三舵机与第二臂转动连接。

上述结构中，机械臂为四自由度机械臂，可以更加灵活的带动其前端的采摘机构进行茶叶采摘，同时使采摘机构能更好的贴合茶垄表面，增加茶叶采摘的准确度。

进一步的，所述第一搭载架沿茶垄的横向方向设置，所述第一搭载架包括前置搭载架和后置搭载架，所述采摘单元包括若干个第一采摘单元和若干个第二采摘单元，所述若干个第一采摘单元通过前置搭载架均匀分布在茶垄的横向方向，所述若干个第二采摘单元通过后置搭载架均匀分布在茶垄的横向方向，所述第一采摘单元和第二采摘单元间隔交错分布，并共同布满茶垄的横向长度。

由于采用上述结构，可以同时采摘茶垄横向弧形面上各个部分的茶叶嫩芽，提高茶叶嫩芽的采摘效率。

进一步的，所述收集装置位于采摘装置的后方；所述茶叶吸管沿茶垄的横向方向设置，所述收集箱设置在茶叶吸管的一端的下方，并与茶叶吸管连通；所述茶叶吸管内部位于收集箱所在的一端设有用于为茶叶吸管提供吸力的鼓风机；所述收集装置还包括若干个收集管，所述若干个收集管对应设置在每一个采摘单元的后方，所述收集管的一端设置在采摘单元的采摘机构的两滚筒形成的采摘口的上方，其另一端与茶叶吸管侧壁连通。

上述结构中，收集装置包括茶叶吸管、收集箱和若干个收集管，收集箱设置在茶叶吸管的一端，茶叶吸管内部位于收集箱的一端设有用于提供吸力的鼓风机，若干个收集管将每一个采摘结构的两个滚筒形成的采摘口的出口与茶叶吸管连通，鼓风机的吸力将每一个采摘口采摘的茶叶嫩芽由收集管和茶叶吸管导入到收集箱内部。收集管为柔性收集管。

进一步的，所述测纵深装置位于采摘装置的前方；所述测纵深装置包括第二搭载架、第一压力传感器、移动机构和位移传感器，所述第二搭载架沿茶垄的横向方向设置，所述第一压力传感器通过第二搭载架设置茶垄上方，所述第一压力传感器设置第二搭载架的横向长度的中部，并在移动机构的作用下沿竖直方向做往复运动，所述位移传感器检测第一压力传感器的位移；所述第一压力传感器与茶垄之间的距离和采摘机构与茶垄之间的距离相同；所述第一压力传感器和位移传感器均与控制系统连接。

上述结构中，第一压力传感器在移动机构的作用下下降，与茶垄表面接触，并将检测到的压力传回控制系统，当测得的压力与压力预设值相等时，压力传感器停止下降，位移传感器测得压力传感器下降的纵深距离H，控制系统再根据该下降的距离控制采摘机构下降对茶叶嫩芽进行采摘。

进一步的，所述测纵深装置包括压力探测机构，所述压力探测机构通过第二搭载架设置茶垄上方，并在移动机构的作用下沿竖直方向做往复运动；所述压力探测机构包括连接杆、固定架、第一压力传感器和第二压力传感器，所述连接杆竖直设置在茶垄上方，并位于第二搭载架的横向长度的中部，所述固定架固定连接在连接杆下端，所述固定架呈与茶垄横向弧形表面相配合的弧形，所述第一压力传感器和第二压力传感器均固定设置在固定架底部，所述第一压力传感器设置在固定架中部，所述第二压力传感器为偶数个，并对称设置在第一压力传感器的两侧；所述第一压力传感器和第二压力传感器通过固定架成弧形均匀分布在茶垄横向弧形面上方；所述第二压力传感器与茶垄之间的距离和采摘机构与茶垄之间的距离相同；所述第二压力传感器与控制系统连接。

上述结构中，压力探测机构包括连接杆、固定架、第一压力传感器和第二压力传感器，并在移动机构的作用下降，带动第一压力传感器和第二压力传感器下降与茶垄表面接触，压力传感器将测得的压力值传回控制系统，第一压力传感器和第二压力传感器测得的压力值的平均值等于压力预设值时，压力探测机构停止下降，位移传感器测得压力探测机构下降的纵深距离H，控制系统再根据该纵深距离H控制采摘机构下降对茶叶嫩芽进行采摘。

进一步的，所述移动机构包括第一电机和丝杆，所述第一电机固定设置在第二搭载架上，所述丝杆竖直设置在第一电机下方，所述丝杆包括螺杆和套设在螺杆上的螺母，所述丝杆的螺杆与第一电机的输出轴连接，并在第一电机的作用下转动，所述螺母沿螺杆上下移动，所述连接杆与螺母固定连接；所述位移传感器为光栅尺位移传感器，包括标尺光栅和光栅读数头，所述标尺光栅平行设置在丝杆的一侧，所述光栅读数头与丝杆的螺母固定连接，测得压力探测机构的位移。

进一步的，所述行走装置的两侧均设有滑轨，所述采摘装置和测纵深装置通过滑轨活动设置行走装置上；所述第一搭载架的两侧滑动设置在两滑轨上，使采摘装置能前后移动，所述第二搭载架的两侧滑动设置在两滑轨上，使测纵深装置能前后移动。

进一步的，还包括图像采集装置，所述图像采集装置位于测纵深装置的前方；所述图像采集装置包括遮光棚、灯、第一摄像头和第二摄像头，所述遮光棚设置在茶垄的上方，其下部呈与茶垄横向弧形表面相配合的弧形，所述灯设置在遮光棚内部，所述第一摄像头设置在遮光棚内顶面中部，用于拍摄遮光棚内部茶垄；所述第二摄像头设置在遮光棚外前方顶部中间，用于拍摄整个茶垄，使行走装置沿茶垄的长度方向移动；所述第一摄像头和第二摄像头均与控制系统连接，由控制系统对两摄像头拍摄的图像进行处理。

上述结构中，遮光棚的设置可以屏蔽室外光照强度变化对茶叶嫩芽图像采集的影响。第一摄像头将茶叶嫩芽图像传回控制系统，控制系统采用单目定位算法，做一个茶叶嫩芽的相对定位确定，得到第一摄像头与茶垄横向弧形面顶点茶叶嫩芽之间的垂直距离D，垂直距离D减去第一摄像头与第一压力传感器之间的垂直距离，得到一个纵深距离h，该纵深距离h和测纵深装置测得的纵深距离H相互修正，提高采摘机构采摘茶叶嫩芽的准确性。

进一步的，所述行走装置为履带式行走装置；所述收集箱内部上方设有与控制系统连接的光强度传感器。

上述结构中，光强度传感器用于检测收集箱内茶叶嫩芽的多少。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、在本发明中，采摘机构包括两个滚筒，两滚筒相对转动，形成采摘口，将茶叶嫩芽卷入两滚筒之间，采用这种结构可有效的降低采摘机构对茶树的损伤率，采摘效果好；

2、在本发明中，采摘单元包括若干个，并分为前后布置的两排，前后两排的采摘单元间隔设置，共同布满茶垄的横向长度，采用这种结构可以同时采摘茶垄横向弧形面上各个部分的茶叶嫩芽，提高茶叶嫩芽的采摘效率；

3、在本发明中，安装采摘单元的第一搭载架为与茶垄横向弧形面一致的弧形，使安装在第一搭载架上的采摘单元呈弧形均匀的分布在茶垄的横向方向，采用这种结构可以使各个采摘单元与茶垄表面形状相贴合，增加茶叶嫩芽采摘的准确率；

4、在本发明中，还包括测纵深装置和图像采集装置，用于控制采摘机构到达茶垄表面合适的位置进行茶叶嫩芽的采摘，提高茶叶嫩芽采摘的准确率；

5、在本发明中，收集装置包括茶叶吸管、收集箱和若干个收集管，收集箱设置在茶叶吸管的一端，茶叶吸管内部位于收集箱的一端设有用于提供吸力的鼓风机，若干个收集管将每一个采摘结构的两个滚筒形成的采摘口的出口连通与茶叶吸管，鼓风机的吸力将每一个采摘口采摘的茶叶嫩芽由收集管和茶叶吸管内部导入到收集箱内部。

附图说明

图1是采摘机的结构图；

图2是图像采集装置结构图；

图3是测纵深装置结构图；

图4是采摘机的后视图；

图5是采摘单元结构图；

图6是第一滚筒、第二滚筒和收集管位置图；

图7是第一滚筒和第二滚筒位置图；

图8是采摘箱结构图；

图中标记：1-行走装置，2-图像采集装置，201-遮光棚，202-第一摄像头，203-第二摄像头，204-灯，3-测纵深装置，301-固定架，302-丝杆，303-第一电机，304-第二搭载架，305-标尺光栅，306-光栅读数头，307-连接杆，308-第一压力传感器，309-第二压力传感器，4-采摘装置，401-第一搭载架，402-采摘单元，4021-机械臂，4022-采摘箱，4023-第二滚筒，4024-第一滚筒，4025-第一齿轮，4026-第二齿轮，4027-第三齿轮，4028-第四齿轮，4029-第五齿轮，4030-第二电机，5-收集装置，501-茶叶吸管，502-收集箱，503-鼓风机，504-收集管，6-人机交互界面。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种基于茶叶力学特性的高效茶叶嫩芽采摘机，作用于茶垄上方，包括行走装置1和设置在行走装置1上的采摘装置4、测纵深装置3、收集装置5、图像采集装置2和控制系统；所述行走装置1横跨茶垄，并沿茶垄的长度方向移动；所述采摘装置4包括采摘机构，所述采摘机构包括转动设置的第一滚筒4024和第二滚筒4023；所述第一滚筒4024和第二滚筒4023相对转动，共同挟持茶叶嫩芽，并将茶叶嫩芽卷入两个滚筒之间；所述测纵深装置3和图像采集装置2用于控制采摘机构到达茶垄表面进行茶叶嫩芽的采摘；所述收集装置5包括收集箱502和茶叶吸管501，所述茶叶吸管501将被卷入两滚筒之间的茶叶吸入到收集箱502内部；所述控制系统控制行走装置1、采摘装置4、测纵深装置3和收集装置5工作。

控制系统包括第一单片机模块、第二单片机模块和人机交互界面6，所述第一单片机模块用于控制行走装置1、采摘装置4、测纵深装置3、收集装置5和图像采集装置2工作，所述第一单片机模块和人机交互界面6连接，并一体设置，所述第一单片机模块用于控制测纵深装置3工作。

所述采摘装置4包括第一搭载架401和采摘单元402，所述采摘单元402通过第一搭载架401设置在茶垄上方，所述采摘单元402包括机械臂4021和采摘机构，所述机械臂4021的一端与第一搭载架401连接，所述采摘机构连接在机械臂4021的另一端，所述采摘机构包括采摘箱4022、第一滚筒4024和第二滚筒4023，所述采摘箱4022的前面、后面和底面均空缺，所述第一滚筒4024和第二滚筒4023均转动设置在采摘箱4022内部，所述第二滚筒4023平行设置在第一滚筒4024后方，以茶叶采摘机工作时前进的方向为前方。且第二滚筒4023的中心轴线低于第一滚筒4024的中心轴线，使茶叶嫩芽更加容易进入两滚筒形成的采摘口，提高茶叶嫩芽的采摘效率。

所述第一滚筒4024和第二滚筒4023的筒身均为圆柱形，所述第一滚筒4024和第二滚筒4023的筒身的外环形面上均贴有橡胶片，可以在增加两个滚筒对茶叶嫩芽的夹持力的同时减小两滚筒对茶叶嫩芽的损伤率。

所述第一滚筒4024和第二滚筒4023的两端面均设有中轴，所述两滚筒通过其左右两端面的中轴与采摘箱4022转动连接；所述采摘箱4022内部设有第一齿轮4025、第二齿轮4026、第三齿轮4027、第四齿轮4028、第五齿轮4029和第二电机4030；所述第一齿轮4025和第二齿轮4026分别设置在所述第一滚筒4024和第二滚筒4023的中轴上；所述第三齿轮4027和第四齿轮4028均通过轴承杆转动设置在采摘箱4022侧壁上，且两者相互啮合；所述第三齿轮4027与第一齿轮4025啮合，所述第四齿轮4028与第二齿轮4026啮合；所述第二电机4030通过电机架设置在采摘箱4022内部；所述第二电机4030的输出轴上设有第五齿轮4029，所述第五齿轮4029与第三齿轮4027或第四齿轮4028啮合。

所述机械臂4021包括底座、第一臂和第二臂，所述机械臂4021通过底座与第一搭载架401连接，所述第一臂通过第一舵机与底座转动连接，所述第二臂通过第二舵机与第一臂转动连接，所述采摘机构通过第三舵机与第二臂转动连接。

机械臂4021为四自由度机械臂4021，可以更加灵活的带动其前端的采摘机构进行茶叶采摘，同时使采摘机构能更好的贴合茶垄表面，增加茶叶嫩芽采摘的准确度。

所述第一搭载架401沿茶垄的横向方向设置，所述第一搭载架401包括前置搭载架和后置搭载架，所述采摘单元402包括4个第一采摘单元402和3个第二采摘单元402，所述4个第一采摘单元402通过前置搭载架均匀分布在茶垄的横向方向，所述3个第二采摘单元402通过后置搭载架均匀分布在茶垄的横向方向，所述第一采摘单元402和第二采摘单元402间隔交错分布，并共同布满茶垄的横向长度，使采摘机能同时采摘茶垄横向弧形面上各个部分的茶叶嫩芽，提高茶叶嫩芽的采摘效率。

所述收集装置5位于采摘装置4的后方；所述茶叶吸管501沿茶垄的横向方向设置，所述收集箱502设置在茶叶吸管501的一端的下方，并与茶叶吸管501连通；所述茶叶吸管501内部位于收集箱502所在的一端设有用于为茶叶吸管501提供吸力的鼓风机503；所述收集装置5还包括7收集管504，所述7收集管504对应设置在每一个采摘单元402的后方，所述收集管504的一端设置在采摘单元402的采摘机构的两滚筒形成的采摘口的上方，其另一端与茶叶吸管501侧壁连通。收集管504为柔性收集管504。所述人机交互界面6固定设置在行走装置1的一侧，位于茶叶吸管501远离收集箱502的一端。

鼓风机503位于收集箱502的一侧，在鼓风机503进风的一侧设有多孔挡板，避免茶叶嫩芽被卷入鼓风机503内部，使茶叶嫩芽被鼓风机503产生的吸力引入到茶叶吸管501的一端后直接落入收集箱502内部。

所述测纵深装置3位于采摘装置4的前方；所述测纵深装置3包括第二搭载架304、压力探测机构、移动机构和光栅尺位移传感器；所述移动机构包括第一电机303和丝杆302，所述第一电机303固定设置在第二搭载架304横向长度的中部，所述丝杆302竖直设置在第一电机303下方，所述丝杆302包括螺杆和套设在螺杆上的螺母，所述丝杆302的螺杆与第一电机303的输出轴连接，并在第一电机303的作用下转动，所述螺母沿螺杆上下移动；所述压力探测机构包括连接杆307、固定架301、第一压力传感器308和第二压力传感器309，所述连接杆307与丝杆302的螺母连接，所述固定架301固定连接在连接杆307下端，所述固定架301呈与茶垄横向弧形表面相配合的弧形，所述第一压力传感器308和第二压力传感器309均固定设置在固定架301底部，所述第一压力传感器308设置在固定架301中部，并位于第二搭载架304横向长度的中部，所述第二压力传感器309为4个，并对称设置在第一压力传感器308的两侧；所述第一压力传感器308和第二压力传感器309通过固定架301成弧形均匀分布在茶垄横向弧形面上方；所述第一压力传感器308和所述第二压力传感器309与第二单片机模块连接；所述光栅尺位移传感器包括标尺光栅305和光栅读数头306，所述标尺光栅305平行设置在丝杆302的一侧，所述光栅读数头306与丝杆302的螺母固定连接，测得压力探测机构的位移；所述光栅尺位移传感器与第一单片机模块连接。

所述图像采集装置2位于测纵深装置3的前方；所述图像采集装置2包括遮光棚201、支撑架、遮光布、灯204、第一摄像头202和第二摄像头203，所述遮光棚201设置在茶垄的上方，其下部呈与茶垄横向弧形表面相配合的弧形，支撑架设置在遮光棚201内部，所述遮光布设置在支撑架上，所述灯204和第一摄像头202设置在遮光布内部，所述第一摄像头202设置在遮光棚201内顶面中部，用于拍摄遮光棚201内部茶垄；所述第二摄像头203设置在遮光棚201外前方顶部中间，用于拍摄整个茶垄，使行走装置1沿茶垄的长度方向移动；所述第一摄像头202和第二摄像头203均与第一单片机模块连接，由第一单片机模块对两摄像头拍摄的图像进行处理。

第一摄像头202将茶叶嫩芽图像传回第一单片机模块，第一单片机模块采用单目定位算法，做一个茶叶嫩芽的相对定位确定，得到第一摄像头202与茶垄横向弧形面顶点茶叶嫩芽之间的垂直距离D，垂直距离D减去第一摄像头202与第一压力传感器308之间的垂直距离，得到一个纵深距离h，该纵深距离h和纵深距离H相互修正，共同协助采摘机构下降对茶叶嫩芽进行采摘，提高采摘机构采摘茶叶嫩芽的准确性。

所述行走装置1的两侧均设有滑轨，所述采摘装置4和测纵深装置3通过滑轨活动设置行走装置1上；所述第一搭载架401的两侧滑动设置在两滑轨上，使采摘装置4能前后移动，所述第二搭载架304的两侧滑动设置在两滑轨上，使测纵深装置3能前后移动，采摘装置4和测纵深装置3能前后移动，便于对遮光棚201内部结构进行维修。

所述行走装置1为履带式行走装置1；所述收集箱502内部上方4/5高度处设有与第一单片机模块连接的光强度传感器，用于检测收集箱502内茶叶嫩芽的多少。

工作原理步骤：

S1：控制采摘机到达任意一条茶垄的一端；

S2：通过人机交互界面6将7个采摘单元402的对应的7个采摘机构调成与茶垄弧形面相配合的弧形，且采摘机构与茶垄之间的距离和压力传感器与茶垄之间的距离相同。

S2：控制遮光棚201中的第一摄像头202对遮光棚201中的茶垄进行拍照，并将茶叶嫩芽图像传回第一单片机模块进行分析处理，得到第一摄像头202与茶垄横向弧形面顶点嫩芽之间的距离；

S3：第二单片机模块控制第一电机303转动，带动压力探测机构下降，使5个压力传感器与茶垄表面接触，5个压力传感器将测得的压力值传回第一单片机模块，第二单片机模块将接收到的5个压力值的平均值与预设值比较；当压力平均值小于预设值时，继续控制压力探测机构下降；当压力平均值等于预设值时，第二单片机模块控制第一电机303停止转动；光栅位移传感器将测得的压力传感器下降的位移传送给第一单片机模块；

S4：第一单片机模块根据测得的位移控制7个采摘单元402的机械臂4021带动对应的采摘机构下降到达茶垄表面对茶叶嫩芽进行采摘，行走装置1在第二摄像头203的指引下沿茶垄长度方向移动，带动7个采摘机构对整条茶垄上的茶叶嫩芽进行采摘；

S5：7个采摘机构采摘的茶叶嫩芽由其对应的收集管504导入到茶叶吸管501内部，再由茶叶吸管501输送到收集箱502内；

图像采集装置2和测纵深装置3在一条茶垄的上方只工作一次。当测纵深装置3测得采摘结构需下降的距离后，控制第一电机303反转，带动压力探测机构回到原位置高度。收集箱502内部的光强度传感器一直监测茶叶嫩芽的储存量，当茶叶嫩芽储存量到达收集箱502高度的4/5后时，光强度传感器会向在人机交互界面6上发出提醒。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于茶叶力学特性的茶叶嫩芽采摘机，作用于茶垄上方，其特征在于：包括行走装置(1)和设置在行走装置(1)上的采摘装置(4)、测纵深装置(3)、收集装置(5)和控制系统；所述行走装置(1)横跨茶垄，并沿茶垄的长度方向移动；所述采摘装置(4)包括采摘机构，所述采摘机构包括转动设置的第一滚筒(4024)和第二滚筒(4023)；所述第一滚筒(4024)和第二滚筒(4023)相对转动，共同挟持茶叶嫩芽，并将茶叶嫩芽卷入两个滚筒之间；所述测纵深装置(3)用于控制采摘机构到达茶垄表面进行茶叶嫩芽采摘；所述收集装置(5)包括收集箱(502)和茶叶吸管(501)，所述茶叶吸管(501)将被卷入两滚筒之间的茶叶嫩芽吸入到收集箱(502)内部；所述控制系统控制行走装置(1)、采摘装置(4)、测纵深装置(3)和收集装置(5)工作；所述采摘装置(4)包括第一搭载架(401)和采摘单元(402)，所述采摘单元(402)通过第一搭载架(401)设置在茶垄上方，所述采摘单元(402)包括机械臂(4021)和采摘机构，所述机械臂(4021)的一端与第一搭载架(401)连接，所述采摘机构连接在机械臂(4021)的另一端，所述采摘机构包括采摘箱(4022)、第一滚筒(4024)和第二滚筒(4023)，所述采摘箱(4022)的前面、后面和底面均空缺，所述第一滚筒(4024)和第二滚筒(4023)均转动设置在采摘箱(4022)内部，所述第二滚筒(4023)平行设置在第一滚筒(4024)后方，且第二滚筒(4023)的中心轴线低于第一滚筒(4024)的中心轴线。

2.如权利要求1所述的基于茶叶力学特性的茶叶嫩芽采摘机，其特征在于：所述机械臂(4021)包括底座、第一臂和第二臂，底座与第一搭载架(401)连接，所述第一臂通过第一舵机与底座转动连接，所述第二臂通过第二舵机与第一臂转动连接，所述采摘机构通过第三舵机与第二臂转动连接。

3.如权利要求2所述的基于茶叶力学特性的茶叶嫩芽采摘机，其特征在于：所述第一搭载架(401)沿茶垄的横向方向设置，所述第一搭载架(401)包括前置搭载架和后置搭载架，所述采摘单元(402)包括若干个第一采摘单元和若干个第二采摘单元，所述若干个第一采摘单元通过前置搭载架均匀分布在茶垄的横向方向，所述若干个第二采摘单元通过后置搭载架均匀分布在茶垄的横向方向，所述第一采摘单元和第二采摘单元间隔交错分布，并共同布满茶垄的横向长度。

4.如权利要求3所述的基于茶叶力学特性的茶叶嫩芽采摘机，其特征在于：所述收集装置(5)位于采摘装置(4)的后方；所述茶叶吸管(501)沿茶垄的横向方向设置，所述收集箱(502)设置在茶叶吸管(501)的一端的下方，并与茶叶吸管(501)连通；所述茶叶吸管(501)内部位于收集箱(502)所在的一端设有用于为茶叶吸管(501)提供吸力的鼓风机(503)；所述收集装置(5)还包括若干个收集管(504)，所述若干个收集管(504)对应设置在每一个采摘单元(402)的后方，所述收集管(504)的一端设置在采摘单元(402)的采摘机构的两滚筒形成的采摘口的上方，其另一端与茶叶吸管(501)侧壁连通。

5.如权利要求1-4之一所述的基于茶叶力学特性的茶叶嫩芽采摘机，其特征在于：所述测纵深装置(3)位于采摘装置(4)的前方；所述测纵深装置(3)包括第二搭载架(304)、第一压力传感器(308)、移动机构和位移传感器，所述第二搭载架(304)沿茶垄的横向方向设置，所述第一压力传感器(308)通过第二搭载架(304)设置茶垄上方，所述第一压力传感器(308)设置第二搭载架(304)的横向长度的中部，并在移动机构的作用下沿竖直方向做往复运动，所述位移传感器检测第一压力传感器(308)的位移；所述第一压力传感器(308)与茶垄之间的距离和采摘机构与茶垄之间的距离相同；所述第一压力传感器(308)和位移传感器均与控制系统连接。

6.如权利要求5所述的基于茶叶力学特性的茶叶嫩芽采摘机，其特征在于：所述测纵深装置(3)包括压力探测机构，所述压力探测机构通过第二搭载架(304)设置茶垄上方，并在移动机构的作用下沿竖直方向做往复运动；所述压力探测机构包括连接杆(307)、固定架(301)和第一压力传感器(308)和第二压力传感器(309)，所述连接杆(307)竖直设置在茶垄上方，并位于第二搭载架(304)的横向长度的中部，所述固定架(301)固定连接在连接杆(307)下端，所述固定架(301)呈与茶垄横向弧形表面相配合的弧形，所述第一压力传感器(308)和第二压力传感器(309)均固定设置在固定架(301)底部，所述第一压力传感器(308)设置在固定架(301)中部，所述第二压力传感器(309)为偶数个，并对称设置在第一压力传感器(308)的两侧；所述第一压力传感器(308)和第二压力传感器(309)通过固定架(301)成弧形均匀分布在茶垄横向弧形面上方；所述第二压力传感器(309)与茶垄之间的距离和采摘机构与茶垄之间的距离相同；所述第二压力传感器(309)与控制系统连接。

7.如权利要求6所述的基于茶叶力学特性的茶叶嫩芽采摘机，其特征在于：所述移动机构包括第一电机(303)和丝杆(302)，所述第一电机(303)固定设置在第二搭载架(304)上，所述丝杆(302)竖直设置在第一电机(303)下方，所述丝杆(302)包括螺杆和套设在螺杆上的螺母，所述丝杆(302)的螺杆与第一电机(303)的输出轴连接，并在第一电机(303)的作用下转动，所述螺母沿螺杆上下移动，所述连接杆(307)与螺母固定连接；所述位移传感器为光栅尺位移传感器，包括标尺光栅(305)和光栅读数头(306)，所述标尺光栅(305)平行设置在丝杆(302)的一侧，所述光栅读数头(306)与丝杆(302)的螺母固定连接，测得压力探测机构的位移。

8.如权利要求1或2或3或4所述的基于茶叶力学特性的茶叶嫩芽采摘机，其特征在于：还包括图像采集装置(2)，所述图像采集装置(2)位于测纵深装置(3)的前方；所述图像采集装置(2)包括遮光棚(201)、灯(204)、第一摄像头(202)和第二摄像头(203)，所述遮光棚(201)设置在茶垄的上方，其下部呈与茶垄横向弧形表面相配合的弧形，所述灯(204)设置在遮光棚(201)内部，所述第一摄像头(202)设置在遮光棚(201)内顶面中部，用于拍摄遮光棚(201)内部茶垄；所述第二摄像头(203)设置在遮光棚(201)外前方顶部中间，用于拍摄整个茶垄，使行走装置(1)沿茶垄的长度方向移动；所述第一摄像头(202)和第二摄像头(203)均与控制系统连接，由控制系统对两摄像头拍摄的图像进行处理。

9.如权利要求8所述的基于茶叶力学特性的茶叶嫩芽采摘机，其特征在于：所述行走装置(1)为履带式行走装置(1)；所述收集箱(502)内部上方设有与控制系统连接的光强度传感器。

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