CN111713257A

CN111713257A - 一种球形刀式自走名优茶采茶机

Info

Publication number: CN111713257A
Application number: CN202010631039.9A
Authority: CN
Inventors: 张雷; 毛明; 武传宇; 陈建能
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT; Zhejiang Sci Tech University ZSTU; Zhejiang University of Science and Technology ZUST
Priority date: 2020-07-03
Filing date: 2020-07-03
Publication date: 2020-09-29
Anticipated expiration: 2040-07-03
Also published as: CN111713257B

Abstract

本发明涉及农业机械设备领域。目的是提供一种球形刀式自走名优茶采茶机，该采茶机可根据不同地形的茶园进行适当调整，能够准确定位并采摘茶叶，不会对茶叶造成损坏，具有适应性好、选择性强、采摘茶叶完整率高的特点。技术方案是：一种球形刀式自走名优茶采茶机，其特征在于：包括机架、安装在机架底部的履带式行进机构、在第一驱动机构的驱动下可沿前后方向滑动地定位在机架上的横梁、在第二驱动机构的驱动下可沿左右方向滑动地定位在横梁上的滑块、可竖直滑动地定位在滑块上以采摘茶叶的采摘机构、安装在滑块上以驱动采摘机构的动力机构、固定在机架上以收集茶叶的收集机构以及控制所有机构配合工作的控制器。

Description

一种球形刀式自走名优茶采茶机

技术领域

本发明涉及农业机械设备领域，具体是一种球形刀式自走名优茶采茶机。

背景技术

目前市场上较为流行的采茶机有螺旋滚刀式、水平圆盘刀式、往复切割式等，这些采茶机虽然效率得以提高，但不具有选择性，即采取“一刀切”形式对茶叶进行采摘和收集，其中会混有杂叶、碎叶等，无法满足名优茶的高品质要求。

名优茶与大宗茶不同，对茶叶的品质要求较高，不仅在采摘过程中要求力度不能过大，而且在收集、运输、后期加工、存储过程都不能对茶叶结构进行破坏。目前通过往复切割式采茶机采摘的茶叶完整率一般可以控制在70％左右，大于钩刀切割式采茶机的50％和螺旋滚刀式的30％。但总体上来说，现有采茶机采摘的茶叶完整率仍有待提高。因此，研究一种可以提高茶叶完整率的名优茶采茶机很有必要。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种球形刀式自走名优茶采茶机，该采茶机可根据不同地形的茶园进行适当调整，能够准确定位并采摘茶叶，不会对茶叶造成损坏，具有适应性好、选择性强、采摘茶叶完整率高的特点。

本发明提供的技术方案是：

一种球形刀式自走名优茶采茶机，其特征在于：包括机架、安装在机架底部的履带式行进机构、在第一驱动机构的驱动下可沿前后方向滑动地定位在机架上的横梁、在第二驱动机构的驱动下可沿左右方向滑动地定位在横梁上的滑块、可竖直滑动地定位在滑块上以采摘茶叶的采摘机构、安装在滑块上以驱动采摘机构的动力机构、固定在机架上以收集茶叶的收集机构以及控制所有机构配合工作的控制器。

所述动力机构包括可绕竖直轴线转动地定位在滑块上的丝杆以及安装在滑块上并通过链轮组驱动丝杆转动的动力电机。

所述采摘机构包括底部开设有空口的箱体、沿左右方向布置并可转动地定位在箱体内的第一转轴、安装在箱体内壁以驱动第一转轴的采摘电机、沿前后方向布置并可转动地定位在箱体内的第二转轴、连接在第一转轴与第二转轴之间的锥齿轮组、固定在第一转轴上的第一凸轮和第二凸轮、固定在第二转轴上的第三凸轮和第四凸轮、平行于第一转轴并可转动地定位在箱体内的第一中间轴、平行于第二转轴并可转动地定位在箱体内的第二中间轴、中部可摆动地定位在第一中间轴上的第一采摘杆和第二采摘杆以及中部可摆动地定位在第二中间轴上的第三采摘杆和第四采摘杆；每根采摘杆分别连接有一根固定在箱体内壁的锁紧弹簧，以保证每根采摘杆始终与一个凸轮抵顶连接。

所述第一采摘杆一端与第一凸轮抵顶连接，另一端穿过空口并固定有第一刀具；所述第二采摘杆一端与第二凸轮抵顶连接，另一端穿过空口并固定有第二刀具；所述第三采摘杆一端与第三凸轮抵顶连接，另一端穿过空口并固定有第三刀具；所述第四采摘杆一端与第四凸轮抵顶连接，另一端穿过空口并固定有第四刀具；四个刀具的端面均设置成便于切割茶叶的刃口；四个刀具聚拢后形成底面封闭的半球形，此时第一刀具、第三刀具、第二刀具和第四刀具依次首尾相连。

所述第一凸轮和第二凸轮在第一转轴的带动下，分别驱动第一采摘杆和第二采摘杆沿相反方向同步摆动，以保证第一刀具和第二刀具张开或聚拢；所述第三凸轮和第四凸轮在第二转轴的带动下，分别驱动第三采摘杆和第四采摘杆沿相反方向同步摆动，以保证第三刀具和第四刀具张开或聚拢。

所述滑块上竖直固定有与箱体滑动配合的滑杆，以限制箱体在丝杆的带动下产生周向转动。

所述机架侧面固定有侧板；所述收集机构固定在侧板靠近采摘机构的一侧；所述收集机构包括水平固定在侧板上的带式输送机以及固定在侧板上并位于带式输送机末端下方的茶叶收集盒。

所述侧板上安装有用于监测外部环境的全局相机；所述箱体底面安装有用于识别和定位茶叶的局部相机。

所述履带式行进机构、第一驱动机构、第二驱动机构、动力电机、采摘电机、带式输送机、全局相机和局部相机分别与控制器电连接。

所述机架为可竖直升降的伸缩机架；所述第一驱动机构和第二驱动均为气缸。

本发明的有益效果是：

1)由于采用履带式行进机构，不仅可以适应陡峭的坡地，提高采茶机在工作中的平稳性，而且可对茶园地面的破坏降至最小。

2)本发明通过全局相机和局部相机对茶叶的具体采摘位置进行识别，然后控制器通过第一驱动机构调节采摘机构的前后位置，通过第二驱动机构调节采摘机构的左右位置，通过动力机构调节采摘机构的竖直位置，从而保证采摘机构对空间任意位置的茶叶选择性地进行准确切割，提高茶叶的切割质量。

3)采摘机构中，每根采摘杆均连接一根锁紧弹簧，使得采摘杆始终与对应的凸轮抵顶连接，当凸轮转动时，可带动对应的采摘杆进行摆动，进而实现刀具的张开或聚拢，完成茶叶的采摘。

4)刀具切断茶叶后处于聚拢状态，此时可以将采摘后的茶叶安全平稳送至收集机构上方，然后采摘杆在凸轮的带动下使刀具张开，茶叶掉落至带式输送机上并被平稳运送至茶叶收集盒中，保证茶叶在整个运送过程中不会被破坏，提高茶叶的完整率。

5)机架采用可竖直升降的伸缩机架，可以依据茶树的高度手动调整伸缩机架的高度，从而对采摘机构的竖直位置进行调整，弥补了丝杆传动精度高而行程慢的缺点，可有效降低丝杆运动行程，从而提高整体采茶效率。

6)本发明操作简单，能够选择性地对茶叶进行准确切割，提高茶叶的采摘质量，保证茶叶采摘的完整率，适合推广使用。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明所述采摘机构的立体结构示意图。

图3为本发明所述采摘机构除去箱体后的立体结构示意图。

图4为本发明所述采摘机构的内部结构俯视图。

图5为本发明中各凸轮的轮廓曲线示意图。

图6为本发明所述收集机构的立体机构示意图。

图7为本发明中各刀具的立体结构示意图。

附图标记：

1、机架；1-1、侧板；2、履带式行进机构；3、横梁；4、滑块；4-1、滑杆；5、采摘机构；5-1、箱体；5-2、采摘电机；5-3、第一转轴；5-4、第二转轴；5-5、锥齿轮组；5-6、第一凸轮；5-7、第二凸轮；5-8、第三凸轮；5-9、第四凸轮；5-10、第一中间轴；5-11、滚轮；5-12、第二中间轴；5-13、第一采摘杆；5-14、第二采摘杆；5-15、第三采摘杆；5-16、第四采摘杆；5-17、联轴器；5-18、第一刀具；5-19、第二刀具；5-20、第三刀具；5-21、第四刀具；6、收集机构；6-1、带式输送机；6-2、茶叶收集盒；6-3、挡板；7、控制器；8-1、丝杆；8-2、链轮组；8-3、动力电机；9、全局相机。

具体实施方式

以下结合附图所示的实施例进一步说明。

如图1所示的球形刀式自走名优茶采茶机，包括机架1、安装在机架底部的履带式行进机构2、在第一驱动机构(图中未显示)的驱动下可沿前后方向(即图3的上下方向，下同)滑动地定位在机架上的横梁3、在第二驱动机构(图中未显示)的驱动下可沿左右方向(即图3的左右方向，下同)滑动地定位在横梁上的滑块4、可竖直滑动地定位在滑块上以采摘茶叶的采摘机构5、安装在滑块上以驱动采摘机构的动力机构、固定在机架上以收集茶叶的收集机构6以及控制所有机构配合工作的控制器7。所述机架采用可竖直升降的伸缩机架，以便操作人员手动调节采摘机构的竖直位置。作为优选，本实施例中第一驱动机构和第二驱动均采用气缸作为驱动源，其中第一驱动机构的底座固定在机架上并且推杆末端与横梁固定连接；第二驱动机构的底座固定在横梁上并且推杆末端与滑块固定连接。

如图1所示，所述动力机构包括丝杆8-1、链轮组8-2和动力电机8-3。所述丝杆可绕竖直轴线转动地定位在滑块上；所述动力电机安装在滑块上，动力电机通过链轮组驱动丝杆转动。

如图2至图4所示，所述采摘机构包括箱体5-1、采摘电机5-2、第一转轴5-3、第二转轴5-4、锥齿轮组5-5、第一凸轮5-6和第二凸轮5-7、第三凸轮5-8和第四凸轮5-9、第一中间轴5-10、第二中间轴5-12、第一采摘杆5-13和第二采摘杆5-14以及第三采摘杆5-15和第四采摘杆5-16。所述箱体为方形且底部开设有空口(以利于四根采摘杆伸展到箱体外部进行采摘作业)；箱体外壁与丝杆螺纹配合，当丝杆转动时带动箱体沿丝杆竖直运动，并且为了限制箱体在丝杆的带动下产生周向转动，所述滑块上竖直固定有与箱体滑动配合的滑杆4-1。所述第一转轴沿左右方向布置并通过轴承可转动地定位在箱体内。所述采摘电机安装在箱体内壁并且通过联轴器5-17与第一转轴固定连接，以便驱动第一转轴转动。所述第二转轴沿前后方向布置并通过轴承可转动地定位在箱体内。所述锥齿轮组连接在第一转轴与第二转轴之间，使得第一转轴通过锥齿轮组带动第二转轴同步转动。所述第一凸轮和第二凸轮均固定在第一转轴上；所述第三凸轮和第四凸轮均固定在第二转轴上。所述第一中间轴平行于第一转轴布置并通过轴承可转动地定位在箱体内；所述第二中间轴平行于第二转轴布置并通过轴承可转动地定位在箱体。上述所有轴承均采用角接触球轴承，以抵消锥齿轮的轴向力。

所述第一采摘杆和第二采摘杆的中部可摆动地定位在第一中间轴上；所述第三采摘杆和第四采摘杆的中部可摆动地定位在第二中间轴上。每根采摘杆分别连接有一根固定在箱体内壁的锁紧弹簧(图中未显示)，以保证每根采摘杆始终与一个凸轮抵顶连接。其中，所述第一采摘杆一端与第一凸轮抵顶连接，另一端穿过空口并固定(优选焊接固定，下同)有第一刀具5-18；所述第二采摘杆一端与第二凸轮抵顶连接，另一端穿过空口并固定有第二刀具5-19；所述第三采摘杆一端与第三凸轮抵顶连接，另一端穿过空口并固定有第三刀具5-20；所述第四采摘杆一端与第四凸轮抵顶连接，另一端穿过空口并固定有第四刀具5-21。四个刀具的端面均设置成便于切割茶叶的刃口。本实施例中的四个采摘杆、四个凸轮以及四个刀具分别结构相同。每根采摘杆与对应凸轮抵顶连接的一端均安装有滚轮5-11，以减小采摘杆与凸轮之间的摩擦，保护凸轮。当凸轮转动时，凸轮可带动对应抵顶连接的采摘杆进行摆动，进而实现四个刀具相互张开或聚拢。为了保证球形刀在张开或聚拢时有一定的缓冲过程，在凸轮设计中各设有一段休止角(见图6)。四个刀具聚拢后形成底面封闭的半球形(即每个刀具均为八分之一球面，见图7)，此时第一刀具、第三刀具、第二刀具和第四刀具依次首尾相连。

为了保证四个刀具可以相互张开或聚拢，所述第一凸轮和第二凸轮在第一转轴的带动下，分别驱动第一采摘杆和第二采摘杆沿相反方向同步摆动；所述第三凸轮和第四凸轮在第二转轴的带动下，分别驱动第三采摘杆和第四采摘杆沿相反方向同步摆动。作为优选，各凸轮带动采摘杆摆动的最大角度均为30°。

如图1所示，所述机架侧面固定有侧板1-1；所述收集机构固定在侧板靠近采摘机构的一侧。如图5所示，所述收集机构包括带式输送机6-1和茶叶收集盒6-2。所述带式输送机的传送带侧面设置有沿茶叶的输送方向布置的挡板6-3，以防止茶叶在输送过程中掉落。所述茶叶收集盒固定在侧板上并位于带式输送机末端下方，用于收集茶叶。上述带式输送机为现有技术，可外购获得。

如图1所示，所述侧板上还安装有用于监测外部环境的全局相机9，以初步确定茶叶的采摘位置。所述箱体底面安装有用于识别和定位茶叶的局部相机(图中未显示)，以确定茶叶的具体位置和姿态。全局相机与局部相机的配合使用，能够准确识别出符合条件的茶叶，并对茶叶进行准确定位，大大提高茶叶的采摘质量。

所述履带式行进机构、第一驱动机构、第二驱动机构、动力电机、采摘电机、带式输送机和局部相机分别与控制器电连接。所述控制器安装在侧板上；控制器采用PLC控制器或单片机。

上述所有部件均可通过外购获得。

本发明的工作方式如下：

采茶机走到指定位置后，全局相机将拍摄的外部环境照片传入控制器进行图像处理，初步确定茶叶的采摘位置。采摘机构在第一驱动机构、第二驱动机构和动力机构的驱动下靠近茶叶的采摘位置后，局部相机进行工作，将捕捉的单个茶叶图像进行拍摄和处理，确定待采摘茶叶的具体位置和姿态；然后对采摘机构的位置进行微调，使刀具对准待采摘茶叶。采摘电机工作，通过各凸轮带动采摘杆末端的刀具收拢(刀具在初始状态时张开)，从而将茶叶切断，此时茶芽处于半球形刀具中；之后驱动采摘机构将茶叶运送至带式输送机上方，各刀具张开，茶叶掉落至带式输送机上并被输送至茶叶收集盒中，完成一次采茶工作。

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

1.一种球形刀式自走名优茶采茶机，其特征在于：包括机架(1)、安装在机架底部的履带式行进机构(2)、在第一驱动机构的驱动下可沿前后方向滑动地定位在机架上的横梁(3)、在第二驱动机构的驱动下可沿左右方向滑动地定位在横梁上的滑块(4)、可竖直滑动地定位在滑块上以采摘茶叶的采摘机构(5)、安装在滑块上以驱动采摘机构的动力机构、固定在机架上以收集茶叶的收集机构(6)以及控制所有机构配合工作的控制器(7)。

2.根据权利要求1所述的球形刀式自走名优茶采茶机，其特征在于：所述动力机构包括可绕竖直轴线转动地定位在滑块上的丝杆(8-1)以及安装在滑块上并通过链轮组(8-2)驱动丝杆转动的动力电机(8-3)。

3.根据权利要求2所述的球形刀式自走名优茶采茶机，其特征在于：所述采摘机构包括底部开设有空口的箱体(5-1)、沿左右方向布置并可转动地定位在箱体内的第一转轴(5-3)、安装在箱体内壁以驱动第一转轴的采摘电机(5-2)、沿前后方向布置并可转动地定位在箱体内的第二转轴(5-4)、连接在第一转轴与第二转轴之间的锥齿轮组(5-5)、固定在第一转轴上的第一凸轮(5-6)和第二凸轮(5-7)、固定在第二转轴上的第三凸轮(5-8)和第四凸轮(5-9)、平行于第一转轴并可转动地定位在箱体内的第一中间轴(5-10)、平行于第二转轴并可转动地定位在箱体内的第二中间轴(5-12)、中部可摆动地定位在第一中间轴上的第一采摘杆(5-13)和第二采摘杆(5-14)以及中部可摆动地定位在第二中间轴上的第三采摘杆(5-15)和第四采摘杆(5-16)；每根采摘杆分别连接有一根固定在箱体内壁的锁紧弹簧，以保证每根采摘杆始终与一个凸轮抵顶连接。

4.根据权利要求3所述的球形刀式自走名优茶采茶机，其特征在于：所述第一采摘杆一端与第一凸轮抵顶连接，另一端穿过空口并固定有第一刀具(5-18)；所述第二采摘杆一端与第二凸轮抵顶连接，另一端穿过空口并固定有第二刀具(5-19)；所述第三采摘杆一端与第三凸轮抵顶连接，另一端穿过空口并固定有第三刀具(5-20)；所述第四采摘杆一端与第四凸轮抵顶连接，另一端穿过空口并固定有第四刀具(5-21)；四个刀具的端面均设置成便于切割茶叶的刃口；四个刀具聚拢后形成底面封闭的半球形，此时第一刀具、第三刀具、第二刀具和第四刀具依次首尾相连。

5.根据权利要求4所述的球形刀式自走名优茶采茶机，其特征在于：所述第一凸轮和第二凸轮在第一转轴的带动下，分别驱动第一采摘杆和第二采摘杆沿相反方向同步摆动，以保证第一刀具和第二刀具张开或聚拢；所述第三凸轮和第四凸轮在第二转轴的带动下，分别驱动第三采摘杆和第四采摘杆沿相反方向同步摆动，以保证第三刀具和第四刀具张开或聚拢。

6.根据权利要求5所述的球形刀式自走名优茶采茶机，其特征在于：所述滑块上竖直固定有与箱体滑动配合的滑杆(4-1)，以限制箱体在丝杆的带动下产生周向转动。

7.根据权利要求6所述的球形刀式自走名优茶采茶机，其特征在于：所述机架侧面固定有侧板；所述收集机构固定在侧板靠近采摘机构的一侧；所述收集机构包括水平固定在侧板上的带式输送机(6-1)以及固定在侧板上并位于带式输送机末端下方的茶叶收集盒(6-2)。

8.根据权利要求7所述的球形刀式自走名优茶采茶机，其特征在于：所述侧板上安装有用于监测外部环境的全局相机；所述箱体底面安装有用于识别和定位茶叶的局部相机。

9.根据权利要求8所述的球形刀式自走名优茶采茶机，其特征在于：所述履带式行进机构、第一驱动机构、第二驱动机构、动力电机、采摘电机、带式输送机、全局相机和局部相机分别与控制器电连接。

10.根据权利要求9所述的球形刀式自走名优茶采茶机，其特征在于：所述机架为可竖直升降的伸缩机架；所述第一驱动机构和第二驱动均为气缸。