CN111406512A - 一种茶园芽茶采摘机器人及采摘方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于园林采茶设备技术领域，具体涉及一种茶园芽茶采摘机器人及采摘方法，包括机架、驱动机构及采茶机构，驱动机构设于机架之上，所述采茶机构包括滚筒、螺旋采集杆及固定采摘臂，固定采摘臂与机架固定连接，固定采摘臂套设于滚筒内且与滚筒贴合；螺旋采集杆设于固定采摘臂之内，螺旋采集杆并与驱动机构连接，用于传送芽茶；固定采摘臂为四分之三圆环形，滚筒具有筛孔，驱动机构驱动滚筒转动，滚筒与固定采摘臂相对运动，由上至下将芽茶经筛孔筛入固定采摘臂之内，以实现采摘芽茶；通过滚筒的旋转由上至下将嫩芽局部区域通过筛孔筛选至滚筒内，随着滚筒的旋转通过与固定采摘臂之间的摩擦力将嫩芽摘下，提高了采摘效率和采摘速度。

Description

一种茶园芽茶采摘机器人及采摘方法

技术领域

本发明属于园林采茶设备技术领域，具体涉及一种茶园芽茶采摘机器人及采摘方法。

背景技术

中国是茶的故乡，中国人最先发现并利用茶。我国传统的采茶方式采用手工进行，但是手工采茶劳动强度大、工作效率低，随着科技的发展，机械化采茶的方式被越来越多的茶农所接受。以机换人的成效显著，为茶产业持续健康发展提供强有力的保障。由于茶业属于劳动密集型产业，人工采茶对于体力和技术有着很大的要求，近年来，用工难、用工贵的问题日益凸显，成为制约茶产业提升壮大的重要因子，促进茶业机械化水平是破解难题关键。

最早开展机械化采茶研究的国家是日本，但英国、法国、印度、澳大利亚、阿根廷等国也曾先后不同程度地开展了采茶机的研制工作。常用的采茶机有手持式和乘用式两种形式，它们都是基于切割式工作原理。目前往复切割式采茶机较广泛地应用于生产中，但这种采茶方法虽然采摘效率很高，但是在切割过程中将嫩芽与老叶一同割下，茶叶叶片破损严重，只能制作价格较低的大宗茶，而品质较高的茶叶在采茶过程中对芽叶形态要求较高，其鲜叶标准一般为一芽一叶、一芽二叶，而且需要保证叶片完整。这样的新梢嫩叶，目前国内外只能依靠手工采摘。

申请号为CN201820650482.9的专利文献公开了一种采茶机器人，包括框架、三维移动机构、采茶机构、负压吸管以及收集器，采茶机构经由所述三维移动机构可移动地设置在框架上，收集器固定设置于框架上，负压吸管的一端连接于所述收集器内，负压吸管的另一端置于所述采茶机构内。但是，该专利文献的采茶机器人通过负压吸管进行茶叶的采摘，效率依然较低，采摘速度较慢。为此，有必要在此基础之上进行改进。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述所存在的缺陷问题，提供一种茶园芽茶采摘机器人及采摘方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种茶园芽茶采摘机器人，包括机架、驱动机构及采茶机构，驱动机构设于机架之上，所述采茶机构包括滚筒、螺旋采集杆及固定采摘臂，固定采摘臂与机架固定连接，固定采摘臂套设于滚筒内且与滚筒贴合；螺旋采集杆设于固定采摘臂之内，螺旋采集杆并与驱动机构连接，用于传送芽茶；固定采摘臂为四分之三圆环形，滚筒具有筛孔，驱动机构驱动滚筒转动，滚筒与固定采摘臂相对运动，滚筒旋转状态下将芽茶经筛孔进入固定采摘臂之内，以实现采摘芽茶。

作为优选方案，所述滚筒与固定采摘臂之间设有弹簧组件，用于调节滚筒与固定采摘臂之间的间隙及折采力度。

作为优选方案，所述滚筒与固定采摘臂均自端部至中部呈缩颈结构。

作为优选方案，所述固定采摘臂的开口端设有剪切坡面，剪切坡面选取橡胶等摩擦力较大的材料。

作为优选方案，所述筛孔阵列分布于滚筒之上。

作为优选方案，所述机架上安装有吹风机构，吹风机构包括鼓风机，鼓风机通过管道连接有进风管，进气管连接于滚筒之上，以使芽茶倾斜进入固定采摘臂。

作为优选方案，所述驱动机构包括电机、传送带及带轮，电机固定安装于机架之上，带轮设于滚筒的端部，电机驱动传送带、带轮运动，以联动滚筒转动。

作为优选方案，所述机架包括伸缩杆，伸缩杆的一端设有操作台，另一端设有转动配合的行走轮。

作为优选方案，所述行走轮上设有伺服电机，以驱动行走轮运动。

本发明还提供一种茶园芽茶采摘方法，包括如下步骤：

驱动机构驱动滚筒转动，芽茶通过孔径不同的筛孔进入滚筒，并通过滚筒与固定采摘臂的相对运动实现剪切，用于采摘芽茶。

本发明与现有技术相比，有益效果是：

1、本发明通过滚筒的旋转由上至下将嫩芽局部区域通过滚筒上带有的阵列排布的筛孔筛选至滚筒内，将茶芽尖伴随着下面的茶叶老叶筛选至滚筒内部，随着滚筒的旋转通过与固定采摘臂之间的摩擦力将嫩芽摘下。通过调节摩擦力的大小筛选芽茶与老叶，从而达到只采摘嫩芽的目的，提高了茶鲜叶的品质。

2、通过调节滚筒采摘的深度，在采摘过程中最大程度保护嫩芽的完整性，提高了采摘的效率。通过弧形滚筒的形状结构设计，根据不同茶种设置最佳滚筒转速区间，调节滚筒的转速，提高了单次芽茶采摘率。根据不同的含水量、潮湿度、天气、不同的风力等实际情况进行调整，以达到最好的收获效果，提高采摘效率。

3、通过在机架上设置伸缩杆及行走轮，在行走轮上单独设置的伺服电机进行驱动，实现自动行走。行走轮的升降通过伸缩杆进行控制，选择合适的高度对茶叶进行采摘，可适应不同的茶园地形，在茶垄两侧地面高度不同等情况下进行茶叶采摘。

附图说明

图1是本发明实施例1的一种茶园芽茶采摘机器人的整体结构示意图；

图2是本发明实施例1的一种茶园芽茶采摘机器人的机架的结构示意图；

图3是本发明实施例1的一种茶园芽茶采摘机器人的采茶机构示意图；

图4是本发明实施例1的一种茶园芽茶采摘机器人的固定采摘臂的结构示意图；

图5是本发明实施例1的一种茶园芽茶采摘机器人的螺旋采集杆的机构示意图；

图6是本发明实施例1的一种茶园芽茶采摘机器人的螺旋采集杆与固定采摘臂的连接示意图；

图7是本发明实施例1的一种茶园芽茶采摘方法的芽茶采摘示意图；

图中：1伸缩杆、2操作台、3采茶机构、31滚筒、311筛孔、32固定采集臂、33螺旋采集杆、4吹风机构、41鼓风机、42进风管、5行走轮、51伺服电机、6收集箱。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。

实施例1：

本实施例提供一种茶园芽茶采摘机器人，包括机架、驱动机构及采茶机构3，驱动机构设于机架之上，所述采茶机构3包括滚筒31、螺旋采集杆33及固定采摘臂32，固定采摘臂32与机架固定连接，固定采摘臂32套设于滚筒31内且与滚筒31贴合；螺旋采集杆33设于固定采摘臂32之内，螺旋采集杆33并与驱动机构连接，用于输送芽茶；滚筒31与固定采摘臂32均自两端部至中部呈缩颈结构，固定采摘臂32为四分之三圆环形，滚筒31具有筛孔311，筛孔311具有数个，阵列设置于滚筒31之上，驱动机构驱动滚筒31转动，滚筒31与固定采摘臂32相对运动，滚筒旋转状态下由上至下将芽茶经筛孔311筛入固定采摘臂32之内，以实现采摘芽茶。

机架上设有操作台1，操作台1上安装有吹风机构4，吹风机构4包括鼓风机41，鼓风机41通过管道连接有进风管42，进气管42连接于滚筒31之上，以使芽茶倾斜进入固定采摘臂32，可将茶叶枝条吹向采茶机构3并形成一定弧度便于滚筒31对芽茶进行筛选。

进气管42呈线性排列由左至右共分布9个，通过管道与固定在操作台上的鼓风机41相连。茶叶采茶机构3的滚筒31通过筛孔311对茶叶进行嫩芽与老叶的筛选，由滚筒31、固定采摘臂32中的空隙通过摩擦力进行嫩芽的采摘，滚筒31上阵列排布数个圆形筛孔311，通过螺旋采集杆33将采下的茶叶进行收集，收集至采茶机构3一侧的收集箱6中。

驱动机构包括电机、传送带及带轮，电机固定安装于机架之上，带轮设于滚筒31的端部，电机驱动传送带、带轮运动，以联动滚筒31转动。滚筒31通过传动带与电机连接，电机固定在机架上，通过带轮联动传动带运动，以实现对滚筒31的驱动。

采茶机构3设有固定采摘臂32、滚筒31、螺旋采集杆33，滚筒31位于采茶机构3最外部，形状为圆弧形，其上阵列分布大小相等的圆形筛孔311，固定采摘臂32在滚筒内部，为半圆环形态与外部滚筒31贴紧，与滚筒31接触部位为橡胶等摩擦力较大材料。

固定采摘臂32与机架相固定，始终保持同一位置，固定采摘臂32具有开口，开口末端边缘平滑过渡形成剪切坡面，剪切坡面采用橡胶等摩擦力较大的材料，形成类似剪刀原理的中间区域，便于剪切芽茶。固定采摘臂32与滚筒31之间设置有弹簧组件，分布于滚筒31两侧，用于调节滚筒31与固定采摘臂32之间的间隙，同时调整折采力度，使固定采摘臂32与滚筒31贴紧。收集箱6位于采茶机构3一侧，收集采摘的嫩芽。螺旋采集杆33通过电机驱动，螺旋采集杆33带动采茶机构3采摘的茶叶嫩芽向收集箱6移动，当收集箱6收集满后，将采摘的茶叶嫩芽取出。

螺旋采集杆33在固定采摘臂32的内部，采用螺旋状叶片，通过旋转叶片转动将采集到的芽茶由向收集箱6内运输。利用电机带动螺旋采集杆33回转，推移物料以实现输送目的，可以水平、倾斜或垂直输送，结构简单、横截面积小、密封性好、操作方便、维修容易、便于封闭运输。

机架包括伸缩杆1，伸缩杆1的一端设有操作台2，另一端设有转动配合的行走轮5，行走轮5上设有伺服电机51，以驱动行走轮5运动。四条伸缩杆1对称分布在机架上，行走轮5上的伺服电机51经齿轮或蜗轮蜗杆减速后，带动一对丝杆螺母，把伺服电机51的旋转运动变成直线运动，利用伺服电机51正反转完成推杆动作，可通过调节伸缩杆1的伸缩以适应不同茶园地形。

行走轮5分别独立设有伺服电机51，伺服电机51的数量为四个，分别均匀分布在伸缩杆1的内侧，且左侧两个伺服电51机构成左伺服电机，右侧两个伺服电机51构成右伺服电机，左伺服电机和右伺服电机的控制系统相互独立。行走轮5通与伸缩杆1固定连接，可根据地形与茶垄高度进行调节伸缩杆1的高度，改变采茶机构3的高度。

与本实施例提供的一种茶园芽茶采摘机器人相对应的采摘方法，包括如下步骤：

首先根据不同地区茶园茶垄形状和茶叶品种进行采摘机器人预设值调节，根据不同地区的含水量、潮湿度、天气、不同的风力等实际情况对吹风机构4进行风力调整，根据茶种不同所对应茶园地形的不同对伸缩杆1进行整机高度进行调节，以达到最好的收获效果。滚筒31转速可调，设置滚筒31最佳转速区间，滚筒31上带有阵列排布的筛孔311，将茶芽尖以及枝条筛选至滚筒31内部。

然后在采摘过程中，根据采茶技巧从茶树新梢上摘取芽叶的手段，有手采和机采。手工采茶要求提手采，保持芽叶完整、新鲜、匀净，不夹带鳞片，鱼叶，茶果与老枝叶。手采茶方法有三种，一是掐采，又称折采，二是提手采，这是适中标准采摘的手法，提手采保证了茶叶的质量与品质。仿照手工提采的方法，滚筒31由电机带动带轮不断旋转，依靠滚筒31与固定采摘臂32之间的摩擦力提取芽茶，部分带入芽茶下面的老叶相较于芽茶不易提断，可通过弹簧组件调节摩擦力大小，筛别芽茶与老茶，提高单次芽茶采摘率。另外吹风机构4通过鼓风机41鼓风和进风管42之间的管道连接，进风管42由外向滚筒31内鼓风，使得茶枝呈一定弧度更易伸入滚筒31内，滚筒31滚动将茶芽部分筛选至固定采摘臂32内部，其中的固定采摘臂32与滚筒31形成类似剪刀原理的中间区域，脆嫩的茶芽将被挤压掐断。

最后由电机带动螺旋采集杆33旋转将采摘的嫩芽传送至采茶机构3一侧的茶叶收集箱6中，部分进入滚筒31的木质化的老叶随着滚筒31的旋转自动随茶枝推出固定采集臂32。由于采茶机构3的筛孔311呈阵列式分布，筛孔311的位置固定存在部分芽茶未能顺利伸入滚筒31中，存在个别嫩芽漏采情况，因此，对于同一茶垛的采摘过程可反复重复数次，通过反复行走采摘实现最大程度的芽茶采摘。

实施例2：

本实施例提供一种茶园芽茶采摘机器人，与实施例1的不同之处在于：

本实施例的采茶机构不需要安装行走轮及伸缩杆，将采茶机构单独手持式使用，直接由人工手持进行采摘，结构简单。

其它结构及具体实施步骤可以参照实施例1。

上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种茶园芽茶采摘机器人，其特征在于，包括机架、驱动机构及采茶机构，驱动机构设于机架之上，所述采茶机构包括滚筒、螺旋采集杆及固定采摘臂，固定采摘臂与机架固定连接，固定采摘臂套设于滚筒内且与滚筒贴合；螺旋采集杆设于固定采摘臂之内，螺旋采集杆并与驱动机构连接，用于传送芽茶；固定采摘臂为四分之三圆环形，滚筒具有筛孔，驱动机构驱动滚筒转动，滚筒与固定采摘臂相对运动，由上至下将芽茶经筛孔筛入固定采摘臂之内，以实现采摘芽茶。

2.根据权利要求1所述的一种茶园芽茶采摘机器人，其特征在于，所述滚筒与固定采摘臂之间设有弹簧组件，用于调节滚筒与固定采摘臂之间的间隙和折采力度。

3.根据权利要求1所述的一种茶园芽茶采摘机器人，其特征在于，所述滚筒与固定采摘臂均自两端部至中部呈缩颈结构。

4.根据权利要求1所述的一种茶园芽茶采摘机器人，其特征在于，所述固定采摘臂的开口端设有剪切坡面，剪切坡面为橡胶材料。

5.根据权利要求1所述的一种茶园芽茶采摘机器人，其特征在于，所述筛孔阵列分布于滚筒之上。

6.根据权利要求1所述的一种茶园芽茶采摘机器人，其特征在于，所述机架上安装有吹风机构，吹风机构包括鼓风机、管道及进风管，鼓风机通过管道连接有进风管，进气管连接于滚筒之上，以使芽茶倾斜进入固定采摘臂。

7.根据权利要求1所述的一种茶园芽茶采摘机器人，其特征在于，所述驱动机构包括电机、传送带及带轮，电机固定安装于机架之上，带轮设于滚筒的端部，电机驱动传送带、带轮运动，以联动滚筒转动。

8.根据权利要求1所述的一种茶园芽茶采摘机器人，其特征在于，所述机架包括伸缩杆，伸缩杆的一端设有操作台，另一端设有转动配合的行走轮。

9.根据权利要求8所述的一种茶园芽茶采摘机器人，其特征在于，所述行走轮上设有伺服电机，以驱动行走轮运动。

10.基于权利要求1-9任一项所述的一种茶园芽茶采摘机器人的采摘方法，其特征在于，包括如下步骤：

驱动机构驱动滚筒转动，芽茶通过孔径不同的筛孔进入滚筒，并通过滚筒与固定采摘臂的相对运动实现剪切，用于采摘芽茶。

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