CN112005720B - 基于虹膜机构的茶叶采摘机械手整机 - Google Patents
基于虹膜机构的茶叶采摘机械手整机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及农业机械领域。目的是提供一种基于虹膜机构的茶叶采摘机械手整机,该机械手整机能够准确定位和采摘茶叶,大大提高茶叶的采摘品质,从而实现茶叶嫩叶的无损、高效采摘,具有动作简单、结构稳定可靠的特点。技术方案是:基于虹膜机构的茶叶采摘机械手整机,其特征在于:包括机架、水平固定在机架底部以过滤茶叶的梳子、一一对应地设置于梳子的相邻两梳齿之间上方以采摘茶叶的若干组机械手以及安装在机架上并一一对应地驱使各机械手竖直运动的若干驱动机构;所述梳子的每个梳齿上均安装有用于识别茶叶的微型摄像头。
Description
技术领域
本发明涉及农业机械领域,具体是一种基于虹膜机构的茶叶采摘机械手整机。
背景技术
近年来,随着农业劳动力的流失,农业生产中的人工成本逐年提高,在每年采茶期全国各大茶园都会出现用人荒,茶叶采摘具有很强的季节性,采茶工的短缺无疑制约了茶叶生产。因此实现机械化采茶是必须面对的问题,也是未来茶叶采摘的一种趋势,而且能否实现机械化采茶已经成为目前制约茶叶生产发展的一个瓶颈。
目前市面上比较常见的采茶机多是以自动锯齿采茶的自动采茶机,虽然能提高采茶效率,但对茶树生长点伤害较大,茶叶破损率较高,采的茶并不能确保相同的标准,应用范围小,只适用于低档次的茶叶采摘。因此,从茶叶无损采摘的角度出发,研制一种茶叶采摘机械手,不仅能解决茶叶采摘工作中劳动力短缺的问题,且可保持茶叶采摘品质,满足各大茶园采摘工作的需求。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中的不足,提供一种基于虹膜机构的茶叶采摘机械手整机,该机械手整机能够准确定位和采摘茶叶,大大提高茶叶的采摘品质,从而实现茶叶嫩叶的无损、高效采摘,具有动作简单、结构稳定可靠的特点。
本发明提供的技术方案是:
基于虹膜机构的茶叶采摘机械手整机,其特征在于:包括机架、水平固定在机架底部以过滤茶叶的梳子、一一对应地设置于梳子的相邻两梳齿之间上方以采摘茶叶的若干组机械手以及安装在机架上并一一对应地驱使各机械手竖直运动的若干驱动机构;所述梳子的每个梳齿上均安装有用于识别茶叶的微型摄像头。
所述驱动机构包括安装在机架上的第一电机、竖直固定在第一电机的电机轴末端的丝杠以及可竖直滑动地定位在机架上并与丝杠配合传动的螺块。
所述机械手包括轴向贯通并通过气管连接件竖直固定在螺块上的负压气管、安装在负压气管下端以挤断茶梗的虹膜机构以及设置在负压气管外壁以驱动虹膜机构动作的绳驱机构。
所述虹膜机构包括固定在负压气管下端的基座、由绳驱机构驱动并可转动地定位在基座下部的旋转槽口以及设置在基座与旋转槽口之间并沿基座的圆周方向均匀布置的若干花瓣;所述基座和旋转槽口的中部均设置成通孔,以便负压气管将茶叶吸入管内;各花瓣分别与基座滑动配合,并且旋转槽口分别通过若干销轴带动各花瓣运动,以实现各花瓣的收拢或分开。
所述基座的下表面开设有与各花瓣一一对应的基座滑槽,并且相邻基座滑槽之间的角度相同;各花瓣的上表面固定有与对应的基座滑槽滑动配合的滑块。
所述旋转槽口上开设有与各花瓣一一对应的导向孔;各花瓣的下表面均开设有花瓣滑槽;所述销轴的一端可滑动地定位在花瓣滑槽中,另一端穿过对应的导向孔;所述花瓣滑槽中还设置有预紧弹簧,所述预紧弹簧的两端分别与销轴和花瓣滑槽侧壁抵顶连接。
所述花瓣滑槽的侧壁开设有沿花瓣滑槽的长度方向布置的卡槽;所述销轴伸入花瓣滑槽的一端设置有与卡槽滑动配合的凸块,从而限制销轴的轴向运动。
所述绳驱机构包括依次连接的第一绳索、第二绳索和第三绳索、安装在气管连接件上以驱动各绳索一体运动的第二电机以及安装在负压气管外壁和旋转槽口外壁上并对各绳索进行导向的若干滚轮;所述第一绳索的两端分别通过拉伸弹簧与第二绳索和第三绳索固定连接,并且第一绳索的中部绕设在第二电机的电机轴上;所述第二绳索的另一端以及第三绳索的另一端分别固定在旋转槽口外壁的不同位置。
本发明的有益效果是:
1)本发明由多组机械手同时进行茶叶采摘作业,扩大了茶叶采摘范围,提高了茶叶采摘效率。
2)本发明通过微型摄像头识别梳齿之间的茶叶图像信息,当微型摄像头识别到梳齿之间有茶叶时,驱动机构带动机械手定位至茶叶的相应高度,从而对机械手的采摘位置进行准确定位,实现茶叶的准确采摘。
3)本发明的花瓣滑槽中设置有预紧弹簧;当旋转槽口带动各花瓣收拢挤压茶梗时,预紧弹簧被压缩(由于绳驱机构中的电机转速是恒定的,绳驱机构拉动旋转槽口匀速转动,因此预紧弹簧受到的压缩力也是恒定的);若待采摘茶叶为老叶,则预紧弹簧受到的压缩力小于茶叶的断梗力,茶叶不会被挤断;若待采摘茶叶为嫩叶,则预紧弹簧受到的压缩力大于茶叶的断梗力,茶叶被挤断,从而实现只采摘嫩叶而不采摘老叶,提高了茶叶的采摘品质。
4)本发明的绳驱机构中,第一绳索的两端分别通过拉伸弹簧与第二绳索和第三绳索一体连接,可使三根绳索始终处于绷紧状态,避免了第二电机带动绳索运动时,绳索出现松弛现象,保证旋转槽口顺利转动。
5)本发明结构简单,工作可靠,能够对嫩叶和老叶进行区别采摘,提高了茶叶采摘品质,适合推广应用。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明所述机械手的立体结构示意图。
图3是本发明所述机械手的爆炸结构示意图。
图4是本发明所述虹膜机构的爆炸结构示意图。
图5是本发明所述销轴的放大结构示意图。
图6是本发明的采茶过程示意图之一(各机械手处于待机状态)。
图7是本发明的采茶过程示意图之二(茶叶叶芽聚拢在负压气管内)。
图8是本发明的采茶过程示意图之三(茶叶被挤断并进入负压气管进行收集)。
图9是本发明所述机械手在待机状态下的仰视结构示意图。
图10是本发明所述机械手在采摘嫩叶时的仰视结构示意图。
图11是本发明所述机械手在采摘老叶时的仰视结构示意图。
附图标记:
1-1、支撑板;1-2、横杆;1-3、电机固定架;1-4、机架连接件;2、梳子;3、机械手;3-1、负压气管;3-2、虹膜机构;3-2-1、基座;3-2-2、旋转槽口;3-2-3、花瓣;3-2-4、基座滑槽;3-2-5、导向孔;3-2-6、滑块;3-2-7、花瓣滑槽;3-2-8、卡槽;3-2-9、凸块;3-2-10、预紧弹簧;3-2-19、销轴;3-3、绳驱机构;3-2-11、第一绳索;3-2-12、第二绳索;3-2-13、第三绳索;3-2-14、第二电机;3-2-15、滚轮;3-2-16、拉伸弹簧;3-2-17、外伸轴;3-2-18、螺帽;3-4、气管连接件;4-1、第一电机;4-2、丝杠;4-3、螺块;5、微型摄像头;6、茶叶。
具体实施方式
以下结合附图所示的实施例进一步说明。
如1图所示的基于虹膜机构的茶叶采摘机械手整机,包括机架、梳子2、若干机械手3以及若干驱动机构。所述机械手与驱动机构的数量相同(本实施例中,机械手和驱动机构均为十组),各驱动机构一一对应地驱使各机械手竖直运动。各机械手相互独立并可同时进行茶叶采摘作业,从而扩大茶叶的采摘范围,提高茶叶采摘效率。
如图1所示,所述机架包括两根支撑板1-1、横杆1-2和电机固定架1-3。两根支撑板间隔距离且竖直布置;所述横杆水平布置且两端分别通过机架连接件1-4与两个支撑板固定连接;所述电机固定架固定在横杆上,并且电机固定架上开设有竖直布置的凹槽,以便对驱动机构中的螺块进行导向。所述梳子水平固定在两个支撑板的底部,用于过滤茶叶6;工作时,梳子(梳子由排列成一行且相互平行布置的若干个梳齿2-1组成,两两梳齿之间设有利于茶叶通行的通道)将茶叶聚拢到相邻梳齿之间的通道中,从而方便机械手采摘茶叶。所述梳子的每个梳齿上均安装有微型摄像头5,以采集梳齿之间的图像信息,识别茶叶位置。
如图1所示,所述驱动机构用于驱使对应的机械手竖直运动,包括第一电机4-1、丝杠4-2和螺块4-3。所述第一电机安装在机架上;所述丝杠竖直固定在第一电机的电机轴末端;所述螺块可竖直滑动地定位在电机固定架的凹槽中,并且螺块与丝杠配合传动,以便在丝杠的带动下在凹槽中竖直运动。工作时,驱动机构与微型摄像头配合作业,当微型摄像头识别到梳齿之间有茶叶时,驱动机构带动机械手定位至茶叶的相应高度,从而对机械手的采摘位置进行准确定位,实现茶叶的准确采摘。
如图1所示,各机械手一一对应地设置于梳子的相邻两梳齿之间上方,用于采摘茶叶。如图2、图3所示,每组机械手均包括负压气管3-1、虹膜机构3-2和绳驱机构3-3。所述负压气管轴向贯通并通过气管连接件3-4竖直固定在螺块上。所述虹膜机构安装在负压气管的下端,用于挤断茶梗。所述绳驱机构设置在负压气管外壁,以驱动虹膜机构动作。工作时,外部负压机(图中未显示)向负压气管内通入负压,从而使梳齿之间处于展开状态的茶叶聚拢,方便虹膜机构挤断茶梗,断梗后的茶叶在负压作用下进入负压气管内进行收集。
如图4所示,所述虹膜机构包括基座3-2-1、旋转槽口3-2-2和若干(本实施例中为六个)花瓣3-2-3。所述基座固定在负压气管的下端;所述旋转槽口由绳驱机构驱动并可转动地定位在基座下部;各花瓣设置在基座与旋转槽口之间并沿基座的圆周方向均匀布置。所述基座和旋转槽口的中部均设置成通孔,以便负压气管将茶叶吸入管内。各花瓣分别与基座滑动配合,并且各花瓣的下表面均安装有销轴3-2-19,旋转槽口可推动销轴进而带动各花瓣运动,实现各花瓣的收拢或分开。其中,基座、旋转槽口和花瓣的具体结构如下:
所述基座的下表面开设有与各花瓣一一对应的基座滑槽3-2-4,并且相邻基座滑槽之间的角度相同(本实施例中相邻基座滑槽之间的角度均为120°,各基座滑槽依次首尾连接形成正六边形)。所述旋转槽口上开设有与各花瓣一一对应的导向孔3-2-5。各花瓣的上表面均固定有滑块3-2-6,滑块与对应的基座滑槽滑动配合;各花瓣的下表面均开设有花瓣滑槽3-2-7,花瓣滑槽的侧壁还开设有沿花瓣滑槽的长度方向布置的卡槽3-2-8。所述销轴的一端可滑动地定位在花瓣滑槽中,另一端穿过对应的导向孔;其中,销轴伸入花瓣滑槽的一端设置有凸块3-2-9(见图5),凸块插入卡槽中并与卡槽滑动配合,从而限制销轴的轴向运动。所述花瓣滑槽中还设置有预紧弹簧3-2-10,预紧弹簧的两端分别与销轴和花瓣滑槽侧壁抵顶连接,在预紧弹簧的预紧力作用下,销轴紧贴花瓣滑槽侧壁。
如图3所示,所述绳驱机构包括第一绳索3-2-11、第二绳索3-2-12、第三绳索3-2-13、第二电机3-2-14和若干滚轮3-2-15。所述第一绳索、第二绳索和第三绳索依次连接,其中第一绳索的两端分别通过拉伸弹簧3-2-16与第二绳索和第三绳索固定连接,并且第一绳索的中部绕设在第二电机的电机轴上;第二绳索的另一端以及第三绳索的另一端分别固定在旋转槽口外壁的不同位置。所述第二电机安装在气管连接件上,以驱动各绳索一体运动,进而拉动旋转槽口转动。若干滚轮安装在负压气管外壁和旋转槽口外壁上(负压气管外壁和旋转槽口外壁上分别沿径向方向向外延伸有外伸轴3-2-17,滚轮可转动地穿套在外伸轴上,外伸轴的延伸端固定有限制滚轮轴向移动的螺帽3-2-18),以便对各绳索进行导向。工作时,第二电机转动,电机轴两端的绳索一端伸长另一端缩短并保持总长度不变,在拉伸弹簧的拉伸作用下,各绳索始终处于绷紧状态,从而避免绳索在运动过程出现松弛现象,保证绳索拉松旋转槽口顺利转动。
本发明的工作原理如下:
初始状态时,各机械手的花瓣处于分开状态,位于花瓣滑槽中的销轴在预紧弹簧的预紧力作用下紧贴花瓣滑槽侧壁,预紧弹簧处于预紧状态(见图9),各驱动机构中的螺块处于任意高度,梳子将茶叶聚拢到各梳齿之间的通道中(见图6),各微型摄像头采集相应通道中的茶叶图像信息,此时各机械手处于待机状态;
当任一微型摄像头根据采集的图像信息识别出该过道中有茶叶时,相应的机械手在驱动机构的驱动下向下运动,同时该机械手的负压气管中通入负压,在负压气流的吸附作用下,位于机械手正下方处于展开状态的茶叶叶芽聚拢至负压气管中(见图7),以方便虹膜机构挤压茶梗;
在机械手末端到达合适的采摘高度时,第二电机转动,通过绳驱机构带动旋转槽口匀速转动一定角度(旋转槽口的转动角度能够使各花瓣正好完全闭合),进而通过销轴带动各花瓣收拢。在旋转槽口的转动过程中,当各花瓣接触到茶梗后,旋转槽口继续转动,此时旋转槽口推动销轴在卡槽中滑动,预紧弹簧受力压缩;当采摘的茶叶为嫩叶时,预紧弹簧受到的压缩力大于茶叶的断梗力,花瓣尖端挤断茶梗,茶叶顺利断梗并通过负压气管收集起来(见图8),之后预紧弹簧回复至预紧状态,销轴回到初始位置,各花瓣完全收拢(见图10);当采摘的茶叶较老时,预紧弹簧受到的压缩力小于茶叶的断梗力,花瓣尖端无法挤断茶梗,花瓣停止运动,茶叶没有断梗,此时预紧弹簧被压缩,各花瓣没有完全收拢闭合(见图11);
采摘完成后,第二电机反转并通过绳驱机构带动旋转槽口反向转动(当采摘的是较老的茶叶,此时销轴回到初始位置,预紧弹簧回到预紧状态),旋转槽口反向推动销轴使各花瓣张开,虹膜机构回到初始状态,同时驱动机构带动机械手向上运动至初始位置进入待机状态,等待下一次的采摘。
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 (3)
1.基于虹膜机构的茶叶采摘机械手整机,其特征在于:包括机架、水平固定在机架底部以过滤茶叶(6)的梳子(2)、一一对应地设置于梳子的相邻两梳齿之间上方以采摘茶叶的若干组机械手(3)以及安装在机架上并一一对应地驱使各机械手竖直运动的若干驱动机构;所述梳子的每个梳齿上均安装有用于识别茶叶的微型摄像头(5);
所述驱动机构包括安装在机架上的第一电机(4-1)、竖直固定在第一电机的电机轴末端的丝杠(4-2)以及可竖直滑动地定位在机架上并与丝杠配合传动的螺块(4-3);
所述机械手包括轴向贯通并通过气管连接件(3-4)竖直固定在螺块上的负压气管(3-1)、安装在负压气管下端以挤断茶梗的虹膜机构(3-2)以及设置在负压气管外壁以驱动虹膜机构动作的绳驱机构(3-3);
所述虹膜机构包括固定在负压气管下端的基座(3-2-1)、由绳驱机构驱动并可转动地定位在基座下部的旋转槽口(3-2-2)以及设置在基座与旋转槽口之间并沿基座的圆周方向均匀布置的若干花瓣(3-2-3);所述基座和旋转槽口的中部均设置成通孔,以便负压气管将茶叶吸入管内;各花瓣分别与基座滑动配合,并且旋转槽口分别通过若干销轴(3-2-19)带动各花瓣运动,以实现各花瓣的收拢或分开;
所述基座的下表面开设有与各花瓣一一对应的基座滑槽(3-2-4),并且相邻基座滑槽之间的角度相同;各花瓣的上表面固定有与对应的基座滑槽滑动配合的滑块(3-2-6);
所述旋转槽口上开设有与各花瓣一一对应的导向孔(3-2-5);各花瓣的下表面均开设有花瓣滑槽(3-2-7);所述销轴的一端可滑动地定位在花瓣滑槽中,另一端穿过对应的导向孔;所述花瓣滑槽中还设置有预紧弹簧(3-2-10),所述预紧弹簧的两端分别与销轴和花瓣滑槽侧壁抵顶连接。
2.根据权利要求1所述的基于虹膜机构的茶叶采摘机械手整机,其特征在于:所述花瓣滑槽的侧壁开设有沿花瓣滑槽的长度方向布置的卡槽(3-2-8);所述销轴伸入花瓣滑槽的一端设置有与卡槽滑动配合的凸块(3-2-9),从而限制销轴的轴向运动。
3.根据权利要求2所述的基于虹膜机构的茶叶采摘机械手整机,其特征在于:所述绳驱机构包括依次连接的第一绳索(3-2-11)、第二绳索(3-2-12)和第三绳索(3-2-13)、安装在气管连接件上以驱动各绳索一体运动的第二电机(3-2-14)以及安装在负压气管外壁和旋转槽口外壁上并对各绳索进行导向的若干滚轮(3-2-15);所述第一绳索的两端分别通过拉伸弹簧(3-2-16)与第二绳索和第三绳索固定连接,并且第一绳索的中部绕设在第二电机的电机轴上;所述第二绳索的另一端以及第三绳索的另一端分别固定在旋转槽口外壁的不同位置。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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