CN111758389A - 茶叶嫩芽采摘装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于茶叶采集装置技术领域，具体涉及茶叶嫩芽采摘装置及方法。包括采摘箱壳体、设于采摘箱壳体内的卷料器、设于采摘箱壳体上的若干个随控键、设于采摘箱壳体一侧上的电控模块和电机；所述卷料器包括法兰联轴器、法兰盘、设于法兰盘上的采摘杆和转动主轴；所述采摘杆与各个随控键之间留有用于采摘茶叶的间隙。本发明利用卷料器中的采摘杆将茶叶嫩芽揽到采摘接触底面，进而让采摘杆将茶叶嫩芽往采摘杆运动方向进行提采，依靠静摩擦仿人工提采法完成一次嫩芽嫩叶的采摘过程。本发明具有使采茶装置更加节能高效，能够更好的保护茶叶嫩芽不被破损的特点。

Description

茶叶嫩芽采摘装置及方法

技术领域

本发明属于茶叶采集装置技术领域，具体涉及茶叶嫩芽采摘装置及方法。

背景技术

现有茶叶的采摘方式以手工采摘为主，以西湖龙井茶为例，手工采摘茶叶的做法大致是通过食指和拇指捏住茶树的嫩芽茎部，然后借助“拇指指头”与“食指指头到食指第二关节之间部位”抵靠在嫩芽茎部上，弯一下嫩芽，轻轻往上提拉，茶叶会在最嫩处断裂，实现嫩芽的采摘过程。受限于茶叶的季节性和时效性，嫩芽的人工采摘面临着工作环境恶劣、劳动强度大、劳动力紧缺和成本高昂等众多问题。而市场上现有采茶机通常基于茶叶茎的剪切原理，对嫩芽破坏严重，从而影响茶叶的品质，仅适用于低品质茶叶的批量采摘，导致目前茶叶嫩芽的采摘仍完全依赖人工。

例如，申请号为CN201720167696.6的中国实用新型专利所述的一种采茶机械手，由夹持臂、舵机、小齿轮、夹持指、机架、定位螺钉、步进电机、联轴器、主轴、压紧螺钉组成；其中，所述夹持臂的末端均固定有所述舵机及两枚相互啮合的所述小齿轮，其中一枚小齿轮在所述舵机的驱动下带动另一枚小齿轮；两枚所述小齿轮均刚性连接有所述夹持指；所述机架上开有平行通槽可固定多个夹持臂，每个所述夹持臂的外壳上端开孔通过所述定位螺钉固定于机架上；所述步进电机通过所述联轴器连接所述主轴，所述主轴穿过每个所述夹持臂内的主动齿轮的轴心孔，通过所述压紧螺钉与每个所述夹持臂内的主动齿轮刚性连接并固定在所述机架上。虽然可以针对不同形状茶垄进行茶叶嫩芽采摘，但是其缺点在于在用于批量操作时，在保证全面覆盖茶垄表面的情况下，容易造成对嫩芽的破坏严重，从而影响茶叶的品质。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中，现有的采茶装置由于基于茶叶茎的剪切原理，容易造成对嫩芽的破坏严重，从而影响茶叶的品质，仅适用于低品质茶叶的批量采摘的问题，提供了一种能够使采茶机更加节能高效，能够更好的保护茶叶嫩芽不被破损的茶叶嫩芽采摘装置及方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

茶叶嫩芽采摘装置，其特征在于，包括采摘箱壳体、设于采摘箱壳体内的卷料器、设于采摘箱壳体上的若干个随控键、设于采摘箱壳体一侧上的电控模块和电机；所述卷料器包括法兰联轴器、法兰盘、设于法兰盘上的采摘杆和转动主轴；所述转动主轴通过法兰联轴器与电机连接，所述随控键与电机均与电控模块电连接；所述采摘杆与各个随控键之间留有用于采摘茶叶的间隙。

作为优选，所述卷料器还包括设于法兰盘上的防卡死模块。

作为优选，所述法兰盘上设有若干个等距的用于安装采摘杆的长槽孔。

作为优选，所述随控键包括随控键底部件、随控键转动部件、设于随控键底部件上的随控机械开关、分别设于随控键底部件上表面和设于随控键转动部件下表面的电磁铁、销钉和转轴；所述随控键转动部件通过销钉和转轴与随控键底部件转动连接。

作为优选，所述随控机械开关包括随控机械开关推杆、设于随控机械开关推杆两侧的导电接脚、设于随控机械开关推杆内的弹簧和设于随控机械开关推杆外侧上的导电金属片。

作为优选，所述电磁铁通过导线分别与随控机械开关推杆两侧的导电接脚电连接。

作为优选，所述电控模块包括开机旋钮、单片机、电机驱动模块，所述开机旋钮与电机驱动模块均与单片机电连接，所述电机与电机驱动模块电连接，所述随控键与单片机电连接。

作为优选，所述采摘箱壳体表面设有网栅型进料口，所述网栅型进料口包括若干个小口，每个小口处均设有一个键槽池；所述键槽池用于放置随控键。

本发明还提供了茶叶嫩芽采摘方法，包括如下步骤：

利用卷料器中的采摘杆将茶叶嫩芽揽到采摘接触底面，即随控键转动部件上表面；

采摘杆将茶叶嫩芽往采摘杆运动方向进行提采，同时随控机械开关推杆不断受迫运动，电磁铁的电路由断路状态逐渐转变为通电状态；

随控机械开关推杆受迫运动到最低点时，采摘杆在下一个时刻与随控键转动部件上表面脱离，随控机械开关推杆受弹簧推力影响，随控键转动部件恢复到初始位置，完成一次采摘过程。

作为优选，茶叶嫩芽采摘方法还包括如下步骤：

当采摘杆未揽到茶叶时，采摘杆沿随控键转动部件上表面向后运动，随控机械开关推杆受迫运动，电磁铁始终处于断路状态。

本发明与现有技术相比，有益效果是：(1)本发明创造性的对采茶接触底盘进行模块单元化设计，通过机械结构完成对茶叶是否存在于采摘杆、采摘接触底面的筛选和判断；(2)本发明中设计的随控键，解决了采茶机的采摘杆、采摘接触底面全局受力的不理想状态，减小了无茶叶处的采摘接触底面对采摘杆的作用力，同时减小了电机扭矩的输入，使得输入的每个单位的力都作用到茶叶上；(3)通过机械结构设计来实现采摘杆与采摘接触底面二者的完美配合，实现采摘接触底面对采摘杆适时提供合适的力，提高了力以及能量的利用率，使采茶机更加节能高效，间接的控制茶叶嫩芽所受到的力，更好的保护茶叶嫩芽不被破损。

附图说明

图1为本发明中茶叶嫩芽采摘装置的一种结构示意图；

图2为本发明中茶叶嫩芽采摘装置的一种背面结构示意图；

图3为本发明中茶叶嫩芽采摘装置的一种剖视图；

图4为本发明中随控键的一种结构示意图；

图5为本发明中随控键转动部件的一种结构示意图；

图6为本发明中电磁铁的一种结构示意图；

图7为本发明中随控键底部件的一种结构示意图；

图8为本发明中随控机械开关的一种结构爆炸图；

图9为本发明中随控机械开关推杆的一种结构示意图；

图10为本发明在带有茶叶的工作状态下的一种剖视图；

图11为图10的一种局部放大图。

图中：法兰盘1、采摘杆2、随控键3、电机4、电控模块5、把手6、采摘箱壳体7、键槽池8、转动主轴9、防卡死模块10、采茶机出料口11、茶叶12、随控键底部件31、随控机械开关32、电磁铁33、电磁铁导线331、运动限制槽孔34、销钉35、转轴36、随控键转动部件37、导电接脚321、弹簧322、随控机械开关推杆323、导电金属槽3231、导电金属片324。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

实施例1：

如图1和图2所示，茶叶嫩芽采摘装置，包括采摘箱壳体7、设于采摘箱壳体内的卷料器、设于采摘箱壳体上的十一个随控键3、设于采摘箱壳体右侧上的电控模块5和电机4。本发明中的采摘箱壳体顶部靠近电机处，还安装有两幅把手6，两幅把手的安装方向相互垂直，符合人体工程学，使用更加方便。

另外，在采茶机出料口11处突出一部分安装预留位置，且留有10个安装固定孔，手持版采茶机宜使用储物袋，储物袋的开口捆绑固定在采茶机出料口处的10个安装固定孔上，采摘下的茶叶进入储物袋，能够方便完成嫩芽的传输与存储。

如图3所示，采摘箱壳体内的卷料器包括四个法兰盘1，四个法兰盘将卷料器分成三组，每组卷料器均有采摘杆2均匀安装在法兰盘的一周，每个法兰盘上都设有六个长槽孔，六个长槽孔均匀等距的分布在法兰盘边缘上一周，使相邻卷料器组之间的采摘杆交错均匀的安装在法兰盘上。同时，所述长槽孔配合弹簧的使用，组成防卡死模块10，起到防止采摘杆因塞入异物而卡死的作用。卷料器还包括法兰联轴器和设于法兰盘上的转动主轴9；所述转动主轴通过法兰联轴器与电机连接。所述电机通过法兰联轴器带动转动主轴转动，进而带动法兰盘以及安装在法兰盘上的采摘杆。

另外，采摘箱壳体表面设有网栅型进料口，所述网栅型进料口包括若干个小口，每个小口处均设有一个键槽池8。图3中共有十一个键槽池，十一个键槽池依次编号为S1、S2、S3、…、S11。随控键等距线性分布在键槽池内组成随控键组。

如图4至图7所示，所述随控键包括随控键底部件31、随控机械开关32、电磁铁33、销钉35、转轴36和随控键转动部件37，所述随控键底部件四周设有四个螺钉孔，用于将随控键安装定位在键槽池的合适位置。在运动限制槽孔34的限制下，随控键底部件与随控键转动部件之间能够发生一定程度的转动运动。

如图8和图9所示，所述随控机械开关内由导电接脚321、弹簧322、导电金属片324、随控机械开关推杆323组成，所述电磁铁分别固定安装在随控键底部件的上表面和随控键转动部件的下表面，所述电磁铁通过电磁铁导线331与随控机械开关的导电接脚相连。所述导电金属片安插在随控机械开关推杆外部设有的导电金属槽3231内。

此外，电控模块包括开机旋钮、单片机和电机驱动模块，所述开机旋钮与电机驱动模块均与单片机电连接，所述电机与电机驱动模块电连接，所述随控键与单片机电连接。所述随控键全部都并联于电源，随控键内的电磁铁有电需要同时满足两点：一是电控模块的单片机能够向随控键的引脚发送高、低电平指令；二是随控机械开关内的随控机械开关推杆在图9中的点B′到点C′之间。本发明装置机工作时，电控模块内单片机是持续输出高电平的，即此时只需满足第二点就可以让电磁铁工作。图9中，点A′、点B′和点C′分别表示三个关键位置点。

而当随控键处于非工作状态时，随控键转动部件保持最大的开合角度，其支撑力由随控机械开关内部弹簧提供，弹簧提供给随控键转动部件的力主要用于保持随控键转动部件和随控机械开关推杆的复位状态。

如图10和图11所示，中间一组采摘杆处于采摘茶叶12的某一时刻状态，其中键槽池S5和键槽池S7处有茶叶，键槽池S6和键槽池S8处无茶叶，因茶叶有体积，所以键槽池S5和键槽池S7处的随控键转动部件向下的位移量大于键槽池S6和键槽池S8处的随控键转动部件向下的位移量。

本发明的原理是：当键槽池S5和键槽池S7处的随控键转动部件向下运动时，随控机械开关内的随控机械开关推杆受迫向下运动，随控键转动部件位移量达到指定位移时，导电接脚的导电片与导电金属片相互接触，此时上下两个电磁铁通电，产生磁场，为随控键提供斥力F_磁，即：F_磁出现，F_N增大，茶叶与采摘杆、采摘接触底面(随控键转动部件)的摩擦力f＝μF_N增大。又因采摘杆、采摘接触底面(随控键转动部件)摩擦系数分别为μ₁、μ₂，且μ₁>μ₂，所以实现采摘杆将茶叶嫩芽往运动方向提采的动作。

由于嫩芽嫩叶相比于老叶的茎和叶比较的嫩脆，同时茶叶还受到茶树的反方向的阻抗拉力F_树，此时茶叶会在其维管(植物茎部存在维管束)最薄弱(横截面较细)位置断裂，进而完成一次依靠静摩擦仿人工提采法的嫩芽嫩叶采摘过程。

所述仿人工提采嫩芽法，是需要一定的摩擦力f＝μF_N才能完成对嫩芽嫩叶提采过程。这就需要采摘杆与采摘接触面有较为合适的相互作用，二者之间工作间隙的大小至关重要，间隙过小时阻力很大，间隙过大时采摘杆所需静摩擦力又太小不足以将茶叶采摘下来，间隙合适时，又因采摘杆与采摘接触面分别是圆柱曲面以及平面，二者接触时为面或者线面的接触，而茶叶不会同时存在整条接触线或者接触面上，即采摘杆与采摘底面无论有茶叶与否，二者总会全面的接触，使采摘杆与采摘接触底面之间全局受力。本发明利用可控的采摘接触底面(随控键转动部件)来自动配合采摘杆，有茶叶的接触面提供合适的F_N,即加大采摘杆、茶叶、采摘接触底面之间的摩擦力f，其它采摘杆、采摘接触底面之间没有茶叶处，则F_N、f减小或趋于零。因此，减少了无用力的输入以及输出，使得输入的每个单位的力都作用到茶叶上，更好的保护嫩芽不被破损。

基于实施例1，本发明还提供了茶叶嫩芽采摘方法，包括以下步骤：

利用卷料器中的采摘杆将茶叶嫩芽揽到采摘接触底面，即随控键转动部件上表面；

采摘杆将茶叶嫩芽往采摘杆运动方向进行提采，同时随控机械开关推杆不断受迫运动，电磁铁的电路由断路状态逐渐转变为通电状态；

随控机械开关推杆受迫运动到最低点时，采摘杆在下一个时刻与随控键转动部件上表面脱离，随控机械开关推杆受弹簧推力影响，随控键转动部件恢复到初始位置，完成一次采摘过程。

当采摘杆未揽到茶叶时，采摘杆沿随控键转动部件上表面向后运动，随控机械开关推杆受迫运动，电磁铁始终处于断路状态。

具体的如图9和图11所示，图11中点A、点B和点C同样分别表示三个关键位置点。所述采摘杆将茶叶揽到采摘接触底面(随控键转动部件)时，如键槽池S5和键槽池S7所示，此时有三种状态：

(1)采摘杆将茶叶往后从A到B运动，随控机械开关推杆受迫运动从A′到B′，此区间段内，电磁铁的电路处于断路状态，采摘杆所受到的采摘接触底面的作用力非常小；

(2)采摘杆将茶叶往后从B到C运动，随控机械开关推杆受迫运动在B′到C′之间运动，此时电磁铁处于通电，提供斥力，F_磁出现，F_N增大，茶叶与采摘杆、采摘接触底面(随控键转动部件)的摩擦力f＝μF_N增大；

(3)当随控机械开关推杆受迫运动在B′到C′之间运动到(当前运动周期的)最低点时：采摘杆在下一个时刻将与采摘接触底面(随控键转动部件)脱离，随控机械开关推杆受弹簧推力运动到A′，随控键转动部件恢复到初始位置，一次茶叶采摘过程完成。

而当所述采摘杆未揽到茶叶时，如键槽池S6，此时采摘杆从A到B到C运动，而随控机械开关推杆受迫运动只在A′到B′之间运动，并未超过B′点，即电磁铁一直处于断路状态。

上述方法极大的减小了采摘接触底面(随控键转动部件)对采摘杆的无关作用力。使得卷料器的转动更加顺畅，减小了采摘杆、采摘接触底面所受的冲击力，提高了力和能量的利用率，使采茶装置更加节能高效。

以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.茶叶嫩芽采摘装置，其特征在于，包括采摘箱壳体、设于采摘箱壳体内的卷料器、设于采摘箱壳体上的若干个随控键、设于采摘箱壳体一侧上的电控模块和电机；所述卷料器包括法兰联轴器、法兰盘、设于法兰盘上的采摘杆和设于法兰盘上的转动主轴；所述转动主轴通过法兰联轴器与电机连接，所述随控键与电机均与电控模块电连接；所述采摘杆与各个随控键之间留有用于采摘茶叶的间隙。

2.根据权利要求1所述的茶叶嫩芽采摘装置，其特征在于，所述卷料器还包括设于法兰盘上的防卡死模块。

3.根据权利要求2所述的茶叶嫩芽采摘装置，其特征在于，所述法兰盘上设有若干个等距的用于安装采摘杆的长槽孔。

4.根据权利要求1-3任一项所述的茶叶嫩芽采摘装置，其特征在于，所述随控键包括随控键底部件、随控键转动部件、设于随控键底部件上的随控机械开关、分别设于随控键底部件上表面和设于随控键转动部件下表面的电磁铁、销钉和转轴；所述随控键转动部件通过销钉和转轴与随控键底部件转动连接。

5.根据权利要求4所述的茶叶嫩芽采摘装置，其特征在于，所述随控机械开关包括随控机械开关推杆、设于随控机械开关推杆两侧的导电接脚、设于随控机械开关推杆内的弹簧和设于随控机械开关推杆外侧上的导电金属片。

6.根据权利要求5所述的茶叶嫩芽采摘装置，其特征在于，所述电磁铁通过导线分别与随控机械开关推杆两侧的导电接脚电连接。

7.根据权利要求1-3任一项所述的茶叶嫩芽采摘装置，其特征在于，所述电控模块包括开机旋钮、单片机、电机驱动模块，所述开机旋钮与电机驱动模块均与单片机电连接，所述电机与电机驱动模块电连接，所述随控键与单片机电连接。

8.根据权利要求7所述的茶叶嫩芽采摘装置，其特征在于，所述采摘箱壳体表面设有网栅型进料口，所述网栅型进料口包括若干个小口，每个小口处均设有一个键槽池；所述键槽池用于放置随控键。

9.基于权利要求6的茶叶嫩芽采摘方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用卷料器中的采摘杆将茶叶嫩芽揽到采摘接触底面，即随控键转动部件上表面；

采摘杆将茶叶嫩芽往采摘杆运动方向进行提采，同时随控机械开关推杆不断受迫运动，电磁铁的电路由断路状态逐渐转变为通电状态；

随控机械开关推杆受迫运动到最低点时，采摘杆在下一个时刻与随控键转动部件上表面脱离，随控机械开关推杆受弹簧推力影响，随控键转动部件恢复到初始位置，完成一次采摘过程。

10.基于权利要求9的茶叶嫩芽采摘方法，其特征在于，还包括以下步骤：

当采摘杆未揽到茶叶时，采摘杆沿随控键转动部件上表面向后运动，随控机械开关推杆受迫运动，电磁铁始终处于断路状态。

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