CN111527882A - 一种并联式自动名优茶采摘机器人 - Google Patents

一种并联式自动名优茶采摘机器人 Download PDF

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钟岩
马智斌
邓芳
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Abstract

本发明涉及名优茶采摘技术领域，具体为一种并联式自动名优茶采摘机器人，包括行走机构、采茶机机架、并联机械臂、总控系统、视觉识别装置以及叶芽收集装置；行走机构为电动橡胶履带式行走机构，顶部固定连接有采茶机机架；机架顶部吊装有并联机械臂，机架右侧固定连接收集装置；并联机械臂包括末端旋转电机、支链旋转电机、动平台、静平台、末端旋转平台及采摘手指；视觉识别装置包括全局定位相机与特征识别相机，全局定位相机固定安装在机架右侧顶部，特征识别相机固定连接于并联机械臂的末端旋转平台上。本发明结合人工采摘动作与机械采摘动作，采用视觉识别方法精准定位，结构合理可行，具有采摘范围大、工作效率与自动化程度高的优势。

Description

一种并联式自动名优茶采摘机器人
技术领域
本发明涉及名优茶采摘技术领域，具体为一种并联式自动名优茶采摘机器人。
背景技术
随着经济的发展，人民的生活水平不断提高，茶产业的规模不断的扩大。名优茶具有较高的饮用价值和经济效益，是茶产业的支柱。茶叶采摘具有很强的季节性，采摘周期短，劳动强度高，属于劳动密集型作业。名优茶对采摘时机及新梢质量要求最为严苛。
随着城镇化建设的发展，劳动力紧缺现象导致采茶人工费用不断上升，机械化采摘能有效解决劳动力不足的问题，更能促进茶产业发展的现代化，是实现茶产业可持续发展的必由之路。但现在机械采茶大多采用通过一刀切的方式切割茶叶，存在无选择性的缺点，同时采摘后鲜叶匀整度差，仅能生产大宗茶，而对于茶叶嫩度要求高、采摘要求严格的名优茶，现有采茶机无法满足其采摘要求，甚至会损伤茶树树冠与叶芽，影响了采茶机在茶叶采摘领域的进一步推广使用。目前大部分采茶机不具备识别叶芽的功能，有识别功能的采茶机工作状况也不尽如人意，采茶机仅安装一个视觉识别相机，仅能得到叶芽的二维坐标点，准确率较低，不能很好的对叶芽进行采摘。
所以如何设计一种可行性更高的、区分老嫩叶芽能力强从而进行针对性精确采摘的名优茶采摘设备，成为我们当前要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于设计一种并联式自动名优茶采摘机器人。从而解决人力成本过高造成的鲜叶采摘不及时而导致的浪费，同时改良现有采茶机不具有选择性或选择能力弱的缺点。
为了达到以上目的，本发明提供如下设计方案：一种并联式自动名优茶采摘机器人，其特征在于：包括采茶机机架，以及安装在所述采茶机机架上的行走机构、并联机械臂、叶芽收集装置和总控系统，其中所述采茶机机架底部固定连接有行走机构，所述采茶机机架顶部固定吊装有并联机械臂，所述采茶机机架右侧固定连接有叶芽收集装置，所述叶芽收集装置为网状箱体结构，所述采茶机支架左侧固定安装有总控系统。
进一步的，所述行走机构为电动橡胶履带式行走机构，所述行走机构两侧固定安装有驱动轮、导向轮、承重轮，组成履带轮系来驱动并联式自动名优茶采摘机器人平移；
进一步的，所述并联机械臂包括静平台、末端旋转电机、伸缩杆、采摘手指、动平台、末端旋转平台以及支链旋转电机A、支链A、支链旋转电机B、支链B、支链旋转电机C、支链C，其中所述静平台顶部中心固定安装有末端旋转电机，所述静平台底部固定按照有支链旋转电机A、支链旋转电机B、支链旋转电机C，所述末端旋转电机通过万向节铰接有伸缩杆，所述伸缩杆能够能够在变长度的同时传递扭矩，所述支链旋转电机A连接有支链A，所述支链旋转电机B连接有支链B，所述支链旋转电机C连接有支链C，所述动平台活动连接有支链A、支链B以及支链C，所述伸缩杆末端穿过动平台固定连接有末端旋转平台，所述末端旋转平台固定连接有采摘手指。
进一步的，所述采摘手指包括直线电磁铁、推拉杆、磁力伸缩杆、安装座、连杆、刀杆、刀头、橡胶夹片，所述安装座顶部与末端旋转平台固定连接，所述安装座铰接有刀杆，所述安装座底部固定连接有直线电磁铁，所述直线电磁铁连接有磁力伸缩杆，所述磁力伸缩杆固定连接有推拉杆，所述推拉杆与安装座滑槽连接，所述推拉杆铰接有连杆，所述连杆与刀杆活动铰接，所述刀杆安装有刀头用于剪切茶梗，所述刀头顶部胶接有橡胶夹片用于夹持采摘后的叶芽。
进一步的，所述采茶机机架顶部焊接有左悬臂梁与右悬臂梁，所述左悬臂梁与右悬臂梁与所述并联机械手的动平台固定连接。
进一步的，所述采茶机机架顶部右侧固定连接有全局定位相机，所述全局定位相机用于识别工作空间内的宜采叶芽，所述全局定位相机为单目相机，所述末端旋转平台活动连接有特征识别相机用于识别待采叶芽的采摘位置，所述特征识别相机为双目相机。
进一步的，所述总控系统包括行走控制模块、采摘控制模块以及视觉识别模块，所述行走机构与行走控制模块相连接，所述并联机械臂与采摘控制模块相连接，所述视觉识别模块连接有特征识别相机，所述视觉识别模块连接有全局定位相机。
与现有的采茶机械相比，本发明的有益效果是：该并联式自动名优茶采摘机器人，能够识别待采叶芽的空间位置采摘点，对茶叶进行有选择的采摘，对鲜叶损伤较低，采摘效率高而又保证茶叶质量，具有重要的研究意义和实际价值，不仅可以减轻劳动强度、提高生产效率，而且具有广阔的市场应用前景，对推进我国农业机械化水平、进一步提高农业经济有重大意义。
附图说明
图1是本发明的并联式自动名优茶采茶机器人的整体结构主视图；
图2是本发明的并联式自动名优茶采茶机器人的整体结构左视图；
图3是本发明的并联式自动名优茶采茶机器人的整体结构俯视图；
图4是本发明的并联式自动名优茶采茶机器人的采摘手指的主视图；
图5是本发明的并联式自动名优茶采茶机器人的采摘手指的俯视图；
图中：1.行走机构2.主控系统3.采茶机机架4.并联机械臂5.末端旋转电机6.伸缩杆7.全局定位相机8.叶芽收集装置9.采摘手指10.静平台11.末端旋转平台12.特征识别相机13.导向轮14.支链B 15.支链C 16.支链A17.驱动轮18.支链旋转电机A 19.左悬臂梁20.静平台21.支链旋转电机B 22.右悬臂梁23.支链旋转电机C 24.直线电磁铁25.推拉杆26.磁力伸缩杆27.刀头28.刀杆29.连杆30.安装座31.橡胶夹片
具体实施方式
如图1-图5所示，行走机构(1)在主控系统(2)的控制下承载设备行走于茶园中，到达指定采摘茶垄的起始段时停车。并联机械臂(4)进行初始调零程序，具体为在主控系统(2)的控制下支链旋转电机A(18)旋转带动支链A(16)回归设定机构零点，支链旋转电机B(21)旋转带动支链B(14)回归设定机构零点，支链旋转电机C(23)旋转带动支链C(15)回归设定机构零点，末端旋转电机(5)旋转带动末端旋转平台(11)回归设定机构零点。此时，全局定位相机(7)启动采集当前工作区域的茶叶图像传输至主控系统(2)的视觉识别模块得出宜采叶芽的空间位置，然后将所得空间位置传输到主控系统(2)的采摘控制模块进行采摘路径以及采摘轨迹规划，之后主控系统(2)将运动参数传递到并联机械臂(4)从而控制末端旋转平台(11)到达指点采摘点上方。此时特征识别相机(12)启动采集待采叶芽的形态特征图像传输至主控系统(2)的视觉识别模块得出待采叶芽的实际采摘点，之后主控系统(2)的运动控制采摘控制模块驱动末端旋转电机(5)带动末端旋转平台(11)旋转到合适位置，采摘手指(9)的直线电磁铁(24)启动，磁力伸缩杆(26)带动推拉杆(25)与连杆(29)同时运动使刀杆(28)闭合，此时刀头(27)完成夹断采摘动作，通过橡胶夹片(31)保证叶芽不掉落并送至叶芽收集装置(8)中完成一次采摘动作，依次采摘工作空间内的所有宜采叶芽直至当前工作空间内的嫩芽采摘完毕。之后主控系统(2)控制行走机构(1)行走至下一采摘区域进行采摘工作。

Claims (5)

1.一种并联式自动名优茶采摘机器人，其特征在于：包括采茶机机架(3)，以及安装在所述采茶机机架(3)上的行走机构(1)、并联机械臂(4)、叶芽收集装置(8)和总控系统(2)，其中，所述采茶机机架(3)底部固定连接有行走机构(1)，所述采茶机机架(3)顶部固定吊装有并联机械臂(4)，所述采茶机机架(3)右侧固定连接有叶芽收集装置(8)，述采茶机支架(3)左侧固定安装有总控系统(8)；
所述行走机构(1)为电动橡胶履带式行走机构，所述行走机构(1)两侧固定安装有驱动轮(17)、导向轮(13)，组成履带轮系；
所述叶芽收集装置(8)为网状箱体结构；
所述并联机械臂(4)包括静平台(20)、末端旋转电机(5)、伸缩杆(6)、采摘手指(9)、动平台(10)、末端旋转平台(11)以及支链旋转电机A(18)、支链A(16)、支链旋转电机B(21)、支链B(14)、支链旋转电机C(23)、支链C(15)，其中所述静平台(20)顶部中心固定安装有末端旋转电机(5)，所述静平台(20)底部固定按照有支链旋转电机A(18)、支链旋转电机B(21)、支链旋转电机C(23)，所述末端旋转电机(5)通过万向节铰接有伸缩杆(6)，所述支链旋转电机A(18)连接有支链A(16)，所述支链旋转电机B(21)连接有支链B(14)，所述支链旋转电机C(23)连接有支链C(15)，所述动平台(10)活动连接有支链A(16)，所述动平台(10)活动连接有支链B(14)，所述动平台(10)活动连接有支链C(15)，所述伸缩杆(6)穿过动平台(10)固定连接有末端旋转平台(11)，所述末端旋转平台(11)固定连接有采摘手指(9)。
2.根据权利要求1所述的一种并联式自动名优茶采摘机器人，其特征在于：所述采茶机机架(3)顶部焊接有左悬臂梁(19)，所述采茶机机架(3)顶部焊接有右悬臂梁(22)。
3.根据权利要求1所述的一种并联式自动名优茶采摘机器人，其特征在于：所述采摘手指(9)包括直线电磁铁(24)、推拉杆(25)、磁力伸缩杆(26)、安装座(30)、连杆(29)、刀杆(28)、刀头(27)、橡胶夹片(31)；
所述安装座(30)顶部与末端旋转平台(11)固定连接，所述安装座(30)铰接有刀杆(28)，所述安装座(30)底部固定连接有直线电磁铁(24)，所述直线电磁铁(24)连接有磁力伸缩杆(26)，所述磁力伸缩杆(26)固定连接有推拉杆(25)，所述推拉杆(25)与安装座(30)滑槽连接，所述推拉杆(25)铰接有连杆(29)，所述连杆(29)与刀杆(28)活动铰接，所述刀杆(28)安装有刀头(27)用于剪切茶梗，所述刀头(27)顶部胶接有橡胶夹片(31)用于夹持采摘后的叶芽。
4.根据权利要求1所述的一种并联式自动名优茶采摘机器人，其特征在于：所述采茶机机架(3)顶部右侧固定连接有全局定位相机(7)，所述全局定位相机(7)用于识别工作空间内的宜采叶芽，所述全局定位相机(7)为单目相机，所述末端旋转平台(11)活动连接有特征识别相机(12)用于识别待采叶芽的采摘位置，所述特征识别相机(12)为双目相机。
5.根据权利要求1或4所述的一种并联式自动名优茶采摘机器人，其特征在于：所述总控系统(2)包括行走控制模块、采摘控制模块以及视觉识别模块，所述行走机构(1)与行走控制模块相连接，所述并联机械臂(4)与采摘控制模块相连接，所述视觉识别模块连接有特征识别相机(12)，所述视觉识别模块连接有所述全局定位相机(7)。
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