CN111133890B - 一种基于圆柱凸轮的提拉式茶叶采摘机械手 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及农业机械领域。目的是提供一种基于圆柱凸轮的提拉式茶叶采摘机械手，该机械手应能实现茶叶单芽的无损采摘，并具有动作简单、结构稳定可靠的特点。技术方案是：一种基于圆柱凸轮的提拉式茶叶采摘机械手，其特征在于：该机械手包括机架、设置在机架上的夹爪机构、驱动夹爪机构旋转的电机、在夹爪机构转动过程中带动夹爪开合的圆柱凸轮机构；所述夹爪机构包括可转动地定位在机架上的传动轴以及由前爪臂与后爪臂组成的夹爪，前爪臂与传动轴固定，后爪臂可滑动地定位在传动轴上；所述圆柱凸轮机构包括与机架固定并与传动轴同轴布置的圆柱凸轮以及通过推架与后爪臂固定并且可滑动地定位在圆柱凸轮表面凹槽中的从动件。

Description

一种基于圆柱凸轮的提拉式茶叶采摘机械手
技术领域
本发明涉及农业机械领域，尤其是茶叶采摘机械中的茶叶采摘机械手。
背景技术
茶叶采摘时令性强，采摘不及时会影响茶叶品质。近年来，随着农业劳动力的流失，农业生产中的人工成本逐年提高，在每年采茶期全国各大茶园都会出现用人荒；而茶叶采摘具有很强的季节性，采茶工的短缺无疑制约了茶叶生产。因此实现机械化采茶是必须面对的问题，也是未来茶叶采摘的一种趋势，而且能否实现机械化采茶已经成为制约茶叶生产发展的一个瓶颈。
目前常见的有两种采摘模式，一种是手工采摘，茶叶采摘品质好，但人工成本高，劳动强度大，采摘效率低。另一种是机械化采摘，市面上比较常见的采茶机多是以自动锯齿采茶的自动采茶机，虽然能提高采茶效率，但对茶树生长点伤害较大，茶叶破损率较高，采摘的茶叶并不能确保相同的标准，应用范围小，只适用于低档次的茶叶采摘。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种基于圆柱凸轮的提拉式茶叶采摘机械手，该机械手应能实现茶叶单芽的无损采摘，并具有动作简单、结构稳定可靠的特点。
本发明的技术方案是：
一种基于圆柱凸轮的提拉式茶叶采摘机械手，其特征在于：该机械手包括机架、设置在机架上的夹爪机构、驱动夹爪机构旋转的电机、在夹爪机构转动过程中带动夹爪开合的圆柱凸轮机构；
所述夹爪机构包括可转动地定位在机架上的传动轴以及由前爪臂与后爪臂组成的夹爪，前爪臂与传动轴固定，后爪臂可滑动地定位在传动轴上；所述圆柱凸轮机构包括与机架固定并与传动轴同轴布置的圆柱凸轮以及通过推架与后爪臂固定并且可滑动地定位在圆柱凸轮表面凹槽中的从动件。
所述前爪臂上设有导板，导板上设有平行于传动轴的滑槽，后爪臂上设有与滑槽配合的滑块。
所述夹爪机构还包括复位弹簧；所述复位弹簧装套在传动轴上并且设置在前爪臂与后爪臂之间。
所述圆柱凸轮的外圆周面上设有两条凹槽，推架上设有可滑动地定位在各凹槽中的两个从动件，每个从动件通过连接杆与推架固定。
所述电机通过齿轮机构驱动夹爪机构转动；所述齿轮机构包括与电机固定的主动齿轮以及与传动轴固定并与主动齿轮啮合的被动齿轮。
所述机架上设有传感器；所述夹爪机构下方设有收集盒。
所述机架包括前支撑板、后支撑板以及固定在前支撑板与后支撑板之间的若干支撑杆。
所述夹爪机构设置在前支撑板与后支撑板之间；所述传感器固定在前支撑板上；所述电机固定在后支撑板上。
本发明的有益效果是：
本发明通过电机驱动夹爪机构旋转，再通过圆柱凸轮机构带动夹爪打开、闭合来模拟手指动作采摘茶叶，采摘过程稳定可靠且高速高效，可无损采摘茶叶单芽，对实现茶叶采摘的机械化具有重要意义。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图之一。
图2是本发明的立体结构示意图之二(拆开前支撑板)。
图3是本发明中电机与夹爪机构的立体结构示意图。
图4是图3的爆炸示意图。
图5是本发明中夹爪机构、圆柱凸轮机构与齿轮机构的主视结构示意图。
图6是图5的左视结构示意图。
图7是图5的右视结构示意图。
图8是图5的后视结构示意图。
图9是本发明中后爪臂的立体结构示意图。
图10是本发明中推架的立体结构示意图。
图11是本发明中圆柱凸轮的示意图。
图12是本发明的工作步骤示意图之一。
图13是本发明的工作步骤示意图之二。
图14是本发明的工作步骤示意图之三。
图15是本发明的工作步骤示意图之四。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，一种基于圆柱凸轮的提拉式茶叶采摘机械手，包括机架1、电机2、夹爪机构3、圆柱凸轮机构4、传感器5与收集盒6。
所述机架包括前支撑板1-1、后支撑板1-2与若干支撑杆1-3。所述前支撑板与后支撑板竖直布置并且互相平行，支撑杆水平布置并且垂直固定在前支撑板与后支撑板之间。所述夹爪机构可绕水平轴线转动地定位在前支撑板与后支撑板之间，收集盒设置在夹爪机构下方。所述传感器与前支撑板固定，前支撑板上设有用于安装传感器的传感器孔1-4，传感器为反射型光电传感器。所述电机固定在后支撑板的外侧，电机转轴穿过后支撑板上的通孔(图中省略)并且延伸至前支撑板与后支撑板之间，电机转轴与通孔之间设有电机轴承2-1。
所述夹爪机构包括传动轴3-1、由前爪臂3-2与后爪臂3-3组成的夹爪、导板3-4、复位弹簧3-5。所述传动轴可绕水平轴线转动地定位在前支撑板与后支撑板之间，传动轴水平布置并且垂直于前支撑板与后支撑板，传动轴的两端设有与前支撑板、后支撑板配合的传动轴轴承3-6。所述前爪臂固定在传动轴的端部(靠近前支撑板的一端)，后爪臂可滑动地定位在传动轴上，两个导板布置在前爪臂与后爪臂的两侧，两个导板通过两条第一销轴3-8与前爪臂固定，每个导板上设有平行于传动轴的滑槽3-41。所述后爪臂上设有便于传动轴穿插的后爪臂孔3-32，后爪臂的两侧还设有滑块3-31，滑块可沿着导板的滑槽滑动，保证后爪臂在传动轴上移动时不会发生旋转。所述复位弹簧装套在传动轴上并且设置在前爪臂与后爪臂之间，复位弹簧能够在后爪臂移动时施加额外的推力，以辅助夹爪打开。
所述电机通过齿轮机构驱动夹爪机构转动。所述齿轮机构包括相啮合的主动齿轮6-1与被动齿轮6-2，主动齿轮与电机同轴固定，被动齿轮与传动轴同轴固定。
所述圆柱凸轮机构包括圆柱凸轮4-1、从动件4-2、推架4-3。所述圆柱凸轮与传动轴同轴布置，圆柱凸轮还通过安装板4-5与后支撑板固定，圆柱凸轮的外圆周面上环绕布置着两条凹槽4-11，传动轴穿越圆柱凸轮，圆柱凸轮上设有便于传动轴穿插的圆柱凸轮孔(图中省略)。所述推架通过两条第二销轴3-9与后爪臂固定，推架上设有便于传动轴穿插的推架孔4-31，推架两侧还分别固定有两条连接杆4-4，每条连接杆上固定一个从动件，两个从动件分别可滑动地定位在圆柱凸轮的两条凹槽中。
当传动轴转动时，由于后爪臂受到导板的约束，后爪臂带动推架围绕圆柱凸轮转动，使得推架上的从动件沿着圆柱凸轮的凹槽滑动，并且从动件通过推架带动后爪臂沿着传动轴滑动，从而实现夹爪的打开与闭合。
本发明的工作原理是：
1)待机状态：前爪臂与后爪臂打开，弹簧处于放松状态，凹槽中的从动件位于近休止位置，如图12所示；
2)采摘状态：当茶叶9遮挡住传感器时，传感器产生光电信号(光电信号只有在电机静止时有效)使得电机启动，电机通过齿轮机构带动夹爪机构转动(图12中箭头方向)，同时，圆柱凸轮机构带动后爪臂往前爪臂靠拢使得夹爪闭合将茶叶夹紧，如图13所示，此时复位弹簧位于最大压缩状态，凹槽中的从动件运动到远休止位置(夹爪机构转动也会遮挡住传感器产生光电信号，但此时电机处于运动状态所以信号无效)；
3)断梗状态：电机带动夹爪机构继续转动，从动件保持在远休止位置，夹爪夹紧茶叶，从而实现茶叶的断梗，如图14所示；
4)送料状态：如图15所示，电机带动夹爪机构继续转动一定角度(茶叶转过最高点后被带到收集盒上方)，从动件开始回程运动使得夹爪打开，茶叶掉落到收集盒中，弹簧复位；
5)回位：电机反向转动带动夹爪机构回到待机状态，茶叶单芽采摘完成，准备进行下一次采摘动作；夹爪机构在回转时，会再次遮挡住传感器产生光电信号，但此时电机仍然处于运动状态所以信号无效)。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上事例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于圆柱凸轮的提拉式茶叶采摘机械手，其特征在于：该机械手包括机架（1）、设置在机架上的夹爪机构（3）、驱动夹爪机构旋转的电机（2）、在夹爪机构转动过程中带动夹爪开合的圆柱凸轮机构（4）；
所述夹爪机构包括可转动地定位在机架上的传动轴（3-1）以及由前爪臂（3-2）与后爪臂（3-3）组成的夹爪，前爪臂与传动轴固定，后爪臂可滑动地定位在传动轴上；所述圆柱凸轮机构包括设置在机架上并与传动轴同轴布置的圆柱凸轮（4-1）以及通过推架（4-3）与后爪臂固定并且可滑动地定位在圆柱凸轮表面凹槽中的从动件（4-2）；
所述前爪臂上设有导板（3-4），导板上设有平行于传动轴的滑槽（3-41），后爪臂上设有与滑槽配合的滑块（3-31）；
所述夹爪机构还包括复位弹簧（3-5）；所述复位弹簧装套在传动轴上并且设置在前爪臂与后爪臂之间；
所述圆柱凸轮的外圆周面上设有两条凹槽（4-11），推架上设有可滑动地定位在各凹槽中的两个从动件，每个从动件通过连接杆（4-4）与推架固定。
2.根据权利要求1所述的一种基于圆柱凸轮的提拉式茶叶采摘机械手，其特征在于：所述电机通过齿轮机构驱动夹爪机构转动；所述齿轮机构包括与电机固定的主动齿轮（6-1）以及与传动轴固定并与主动齿轮啮合的被动齿轮（6-2）。
3.根据权利要求2所述的一种基于圆柱凸轮的提拉式茶叶采摘机械手，其特征在于：所述机架上设有传感器（5）；所述夹爪机构下方设有收集盒（6）。
4.根据权利要求3所述的一种基于圆柱凸轮的提拉式茶叶采摘机械手，其特征在于：所述机架包括前支撑板（1-1）、后支撑板（1-2）以及固定在前支撑板与后支撑板之间的若干支撑杆（1-3）。
5.根据权利要求4所述的一种基于圆柱凸轮的提拉式茶叶采摘机械手，其特征在于：所述夹爪机构设置在前支撑板与后支撑板之间；所述传感器固定在前支撑板上；所述电机固定在后支撑板上。
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