CN111136678A - 一种基于软体驱动的茶叶单芽采摘机械手 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及农业领域。目的是提供一种基于软体驱动的茶叶单芽采摘机械手，该机械手应具有结构简单、控制灵活、采摘效率高的特点。技术方案是：一种基于软体驱动的茶叶单芽采摘机械手，其特征在于：该机械手包括机架、设置在机架中的夹爪、用于驱动夹爪转动的电机、用于驱动夹爪开合的气动机构、传感器、收集盒、控制器；所述夹爪包括与电机转轴固定的旋转轴、与旋转轴固定的主动手指、可转动地定位在旋转轴上的从动手指；所述气动机构包括气泵、设置在主动手指与从动手指动力臂上的气囊、连通气泵与气囊的输气管；所述控制器电连接电机、气泵、传感器。

Description

一种基于软体驱动的茶叶单芽采摘机械手
技术领域
本发明涉及农业领域，具体是一种基于软体驱动的茶叶单芽采摘机械手。
背景技术
近年来，随着生活水平的提高，越来越多的人开始注重生活品质，追求绿色健康的食物，而茶叶作为一种绿色且富含多种对人体有利物质的食品饮料，越来越被人追求，茶叶市场出现了供不应求的趋势，尤其是单芽的茶叶。但采茶不仅要考虑采茶季节，还要综合天气因素，再加上劳动力的短缺，人工费的上涨，且采茶工人的熟练程度不尽相同。因此，从实际出发，需要研制一种适合单芽茶叶采摘的机械手。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种基于软体驱动的茶叶单芽采摘机械手，该机械手应具有结构简单、控制灵活、采摘效率高的特点。
本发明的技术方案是：
一种基于软体驱动的茶叶单芽采摘机械手，其特征在于：该机械手包括机架、设置在机架中的夹爪、用于驱动夹爪转动的电机、用于驱动夹爪开合的气动机构、传感器、收集盒、控制器；所述夹爪包括与电机转轴固定的旋转轴、与旋转轴固定的主动手指、可转动地定位在旋转轴上的从动手指；所述气动机构包括气泵、设置在主动手指与从动手指动力臂上的气囊、连通气泵与气囊的输气管；所述控制器电连接电机、气泵、传感器。
该机械手还包括限制夹爪转动角度的限位结构；所述限位结构包括设置在机架上的限位销以及设置在从动手指、主动手指上与限位销配合的限位槽。
所述传感器包括设置在从动手指上的第一传感器、设置在主动手指与从动手指上的第二传感器以及设置在输气管上的气压传感器与气体质量流量器。
所述从动手指内部设有连通气囊的夹爪通道，从动手指上设有连通气流通道并对接输气管的夹爪接头。
所述旋转轴上设有旋转接头结构，输气管依次连通旋转接头结构与夹爪接头；所述旋转接头结构包括与电机转轴固定的转接管、设置在转接管端部设有前接头以及设置在转接管外壁上的后接头；所述前接头与后接头均连通转接管内部的转接通道。
所述夹爪接头、前接头与后接头均为气动旋转快速接头。
所述输气管上还设有电磁阀与三通阀；所述控制器电连接电磁阀；所述输气管中，气泵通过第一输气管依次连通电磁阀、气体质量流量器与三通阀的进口，三通阀的一个出口通过第二输气管连通气压传感器，三通阀的另一个出口通过第三输气管连通旋转接头结构的前接头，旋转接头结构的后接头通过第四输气管连通夹爪接头。
所述第一传感器为旋转角度传感器；所述第二传感器为对射型光电传感器。
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。
所述夹爪设置在前支撑板与后支撑板之间；所述电机与收集盒固定在后支撑板上。
本发明的有益效果是：
本发明采用控制器、电机和气动机构驱动夹爪，体积小且控制灵活精确，能够在采摘时控制夹爪在夹紧、断梗、张开等各个节点及过程中的夹紧力，最大程度地减少对茶叶的损伤，完成单芽茶叶的采摘。
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(省略前支撑板)。
图3是本发明中电机与夹爪的立体结构示意图。
图4是本发明中旋转接头结构的剖面结构示意图。
图5是本发明中从动手指的剖面结构示意图。
图6是本发明中气动结构的连接关系示意图。
图7是本发明的工作状态示意图之一。
图8是本发明的工作状态示意图之二。
图9是本发明的工作状态示意图之三。
图10是本发明的工作状态示意图之四。
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，一种基于软体驱动的茶叶单芽采摘机械手，包括机架、夹爪4、电机4-11、气动机构、传感器、收集盒3与控制器。
所述机架包括前支撑板1、后支撑板2与若干支撑杆5。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，收集盒与后支撑板固定。所述电机用于驱动夹爪转动，电机固定在后支撑板的外侧，电机转轴穿过后支撑板并且连接位于前支撑板与后支撑板之间的夹爪。
所述夹爪包括旋转轴4-13、从动手指4-3、主动手指4-2与限位结构。所述旋转轴水平布置在前支撑板与后支撑板之间并且旋转轴垂直于前支撑板与后支撑板，电机转轴通过联轴器4-12与旋转轴同轴固定，主动手指固定在旋转轴上，从动手指可转动地定位在旋转轴上，限位结构用于限制夹爪的转动角度。
所述限位结构包括互相配合的限位销4-6与限位槽4-8。所述限位销垂直固定在后支撑板上并且位于从动手指与主动手指的阻力臂之间，限位槽则分别设置在从动手指与主动手指的阻力臂上，并且限位槽呈弧形弯曲以适合从动手指与主动手指的转动，当夹爪运动到极限位置时，主动手指与从动手指分别会遮挡住限位销。
所述气动机构用于驱动夹爪打开和关闭。所述气动机构包括气泵、气囊4-1与输气管。所述气囊设置在主动手指与从动手指的动力臂之间，气泵通过输气管连通气囊以向气囊供气，气囊充气后发生膨胀推动夹爪闭合。所述从动手指内部设有夹爪通道4-31，从动手指上还设有夹爪接头4-7，夹爪通道的一端连通气囊并且另一端连通夹爪接头。
所述旋转轴上设有旋转接头结构，以保证夹爪在转动时输气管不会发生缠绕。所述旋转接头结构包括转接管5-1、前接头5-2与后接头5-3，转接管内部设有转接通道5-11，转接管的左端(图4中转接管的左侧)与旋转轴固定，前接头设置在转接管的右端并且安装在前支撑板的外侧，后接头设置在转接管外壁上，前接头与后接头均与转接通道连通。
所述输气管依次连通旋转接头结构的前接头、后接头以及夹爪接头，并且夹爪接头、前接头与后接头均采用气动旋转快速接头(现有型号)，以便于在夹爪转动时配合输气管进行弯曲，同时前接头采用L型气动旋转快速接头(旋转轴转动时前接头不发生转动)。
所述传感器包括第一传感器4-4、第二传感器4-5、气压传感器与气体质量流量器。所述第一传感器设置在从动手指上，第一传感器为旋转角度传感器。所述第二传感器为两个对射型光电传感器，并且分别设置在主动手指与从动手指的阻力臂上。
所述气压传感器与气体质量流量器设置在输气管上，并且输气管上还设有电磁阀与三通阀。所述输气管包括第一输气管6-1、第二输气管6-2、第三输气管6-3与第四输气管6-4。所述气泵通过第一输气管依次连通电磁阀、气体质量流量器与三通阀的进口，三通阀的一个出口通过第二输气管连通气压传感器，三通阀的另一个出口通过第三输气管连通旋转接头结构的前接头，旋转接头结构的后接头通过第四输气管连通夹爪接头。
所述控制器分别电连接电机、气泵、第一传感器、第二传感器、电磁阀、气压传感器与气体质量流量器。所述控制器为PLC控制器。
本发明的工作原理：
1)初始状态，如图7所示，夹爪处于向下张开状态；
2)如图8所示，第二传感器检测到茶叶时给控制器发出信号，控制器启动电机带动夹爪顺时针转动，同时控制器根据接收到的信号(气压传感器测得的气囊内气压、旋转角度传感器测得的从动手指的倾斜角度)，打开电磁阀的进气开关，启动气泵给气囊充气，并且根据气压传感器、气体流量质量计所反馈的信号，控制气囊的充气气流大小，使得夹爪在转过一定角度后闭合并夹紧茶叶的梗；
3)如图9所示，电机带动夹爪继续转动，气囊在夹爪转动时保持充气状态(此时气囊内的气压达到最大值，夹爪的夹紧力最大)，从而完成茶叶的断梗；
4)如图10所示，电机带动夹爪继续转动，控制器监测到夹爪的倾斜角度达到设定值时，打开电磁阀的排气开关使得气囊放气，夹爪的夹持力不断降低，茶叶在离心力作用下从夹爪中飞出并落入收集盒中；
5)电机反转将夹爪转回原位，该机械手回到初始状态，如此往复，实现连续采茶的过程。
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，本发明不限于以上实施例，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到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于软体驱动的茶叶单芽采摘机械手，其特征在于：该机械手包括机架、设置在机架中的夹爪(4)、用于驱动夹爪转动的电机(4-11)、用于驱动夹爪开合的气动机构、传感器、收集盒(3)、控制器；所述夹爪包括与电机转轴固定的旋转轴(4-13)、与旋转轴固定的主手指(4-3)、可转动地定位在旋转轴上的从动手指(4-2)；所述气动机构包括气泵、设置在主动手指与从动手指动力臂上的气囊(4-1)、连通气泵与气囊的输气管；所述控制器电连接电机、气泵、传感器。
2.根据权利要求1所述的一种基于软体驱动的茶叶单芽采摘机械手，其特征在于：该机械手还包括限制夹爪转动角度的限位结构；所述限位结构包括设置在机架上的限位销(4-6)以及设置在从动手指、主动手指上与限位销配合的限位槽(4-8)。
3.根据权利要求2所述的一种基于软体驱动的茶叶单芽采摘机械手，其特征在于：所述传感器包括设置在主动手指上的第一传感器(4-4)、设置在主动手指与从动手指上的第二传感器(4-5)以及设置在输气管上的气压传感器与气体质量流量器。
4.根据权利要求3所述的一种基于软体驱动的茶叶单芽采摘机械手，其特征在于：所述从动手指内部设有连通气囊的夹爪通道(4-31)，从动手指上设有连通气流通道并对接输气管的夹爪接头(4-7)。
5.根据权利要求4所述的一种基于软体驱动的茶叶单芽采摘机械手，其特征在于：所述旋转轴上设有旋转接头结构，输气管依次连通旋转接头结构与夹爪接头；所述旋转接头结构包括与电机转轴固定的转接管(5-1)、设置在转接管端部设有前接头(5-2)以及设置在转接管外壁上的后接头(5-3)；所述前接头与后接头均连通转接管内部的转接通道(5-11)。
6.根据权利要求5所述的一种基于软体驱动的茶叶单芽采摘机械手，其特征在于：所述夹爪接头、前接头与后接头均为气动旋转快速接头。
7.根据权利要求6所述的一种基于软体驱动的茶叶单芽采摘机械手，其特征在于：所述输气管上还设有电磁阀与三通阀；所述控制器电连接电磁阀；所述输气管中，气泵通过第一输气管(6-1)依次连通电磁阀、气体质量流量器与三通阀的进口，三通阀的一个出口通过第二输气管(6-2)连通气压传感器，三通阀的另一个出口通过第三输气管(6-3)连通旋转接头结构的前接头，旋转接头结构的后接头通过第四输气管(6-4)连通夹爪接头。
8.根据权利要求7所述的一种基于软体驱动的茶叶单芽采摘机械手，其特征在于：所述第一传感器为旋转角度传感器；所述第二传感器为对射型光电传感器。
9.根据权利要求8所述的一种基于软体驱动的茶叶单芽采摘机械手，其特征在于：所述机架包括前支撑板(1)、后支撑板(2)以及固定在前支撑板与后支撑板之间的若干支撑杆(5)。
10.根据权利要求9所述的一种基于软体驱动的茶叶单芽采摘机械手，其特征在于：所述夹爪设置在前支撑板与后支撑板之间；所述电机与收集盒固定在后支撑板上。
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