CN113906902A - 茶叶采集机及茶叶采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种茶叶采集机及其采集方法；其中茶叶采集机包括机座、聚焦系统、收集系统和控制器；聚焦系统包括底板，底板上铰接有支架和A电动推杆；支架上设有摄像机和激光发射模块；底板由B伺服电机驱动；收集系统包括采集箱，采集箱上设有抽风口和进料口；抽风口与抽风机相连；进料口与采集软管的一端相连，采集软管另一端与导向管相连；导向管上设有伸缩管，伸缩管与B电动推杆连接；A电动推杆、A伺服电机、B电动推杆、B伺服电机及摄像机均与控制器相连。本申请的茶叶采集机通过采用激光聚焦切割茶梗的方式以及采用气流吸取茶叶的收集方式，实现了对茶叶的自动化采摘和无损伤收集，大大降低了采茶工人的劳动强度，而且采摘效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种茶叶采集机及茶叶采集方法，属于茶叶采集设备技术领域。
背景技术
从茶树新梢上采摘芽叶，制成各种成品茶是茶树栽培的最终目的。茶叶采摘好坏，不仅关系到茶叶质量、产量和经济效益，而且还关系到茶树的生长发育和寿命的长短，所以，在茶叶生产过程中，茶叶采摘具有特别重要的意义。茶叶采摘，其方法主要有两种，即手工采茶和机械采茶。
手工采茶容易掌握，但是劳动量大、成本高，工作效率较低，难以做到及时采摘，特别是在天气较为炎热的时候，采茶工人们要在太阳在风吹日晒一整天，非常辛苦。机械采茶能够减少采茶劳动力，降低生产成本。目前的采茶机种类繁多，但大多是由一片静刀、一片动刀组成的半自动化的往复式切割器或切割机械手。例如，中国专利CN202022775327.X公开了一种适用云南山地使用的便携式自动采茶机，包括自动采茶机主体、采摘盒与小型二冲程发动机，所述采摘盒一侧与自动采茶机主体固定连接，所述采摘盒底部固定安装有上刮刀，所述自动采茶机主体一侧传动连接有下刮刀，还包括：挡板，所述挡板固定安装在采摘盒内腔上表面。该便携式自动采茶机采茶机工作时需要采茶工人长时间举着，劳动强度较大。此外，机械结构在采摘时会对非目标茶叶造成破坏，导致茶叶破损率较大，采摘的茶叶质量得不到保证，还会对茶树枝干造成折损，不利于茶树的健康成长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种茶叶采集机，用以克服现有技术中存在的上述的缺陷。本发明的茶叶采集机可以实现对茶叶的自动化采摘，大大降低了采茶工人的劳动强度，而且采摘效率高。对应的，本发明还提供了一种茶叶采集方法。
对于茶叶采集机而言，本发明的技术方案为：茶叶采集机，包括机座、聚焦系统、收集系统和控制器；所述聚焦系统包括底板，底板上铰接有支架和A电动推杆；所述A电动推杆的上端与支架的中部铰接，可以推动支架相对底板摆动；所述支架上设有摄像机和激光发射模块；所述激光发射模块包括A伺服电机和可由A伺服电机驱动作转动来改变发射方向的激光器；所述底板设于机座上方，可由设于机座上的B伺服电机驱动相对机座转动；所述收集系统包括设于机座侧部的采集箱，采集箱上设有抽风口和进料口；所述采集箱内部，在抽风口和进料口之间，设有隔离网；所述抽风口与抽风机相连；所述进料口与采集软管的一端相连，采集软管另一端与导向管相连；所述导向管固定于所述支架上，导向管上设有与其通过滑动副配合的伸缩管，伸缩管与设于所述支架上的B电动推杆连接；所述激光器发射的激光线与所述导向管的轴线相交；所述A电动推杆、A伺服电机、B电动推杆、B伺服电机及摄像机均与控制器相连。
与现有技术相比，本申请的茶叶采集机通过采用激光聚焦切割茶梗的方式以及采用气流吸取茶叶的收集方式，实现了对茶叶的自动化采摘和无损伤收集，大大降低了采茶工人的劳动强度，而且采摘效率高；此外，通过激光切割的方式避免了在茶叶采摘过程中与茶叶的接触，可以防止在采摘过程中对茶叶和茶树造成损伤。
作为优化，所述支架上成组设有激光发射模块，各激光发射模块分布于同一圆周上，且各激光发射模块发射的激光线聚焦到同一点；所述导向管的轴线经过所述圆周的圆心，且垂直于所述圆周所在的平面。此时，多个激光发射模块发射的激光线在目标茶梗上会发生汇聚，割断茶梗，但在其它地方不会发生汇聚，单个激光发射模块发射的单条激光线的能量不会对茶叶造成伤害。进一步的，单个激光器的发射功率可以为1-2w。
作为优化，所述支架的外轮廓可以呈圆形，所述激光发射模块安装于支架的外周。圆形的支架制造方便，有利于控制生产成本，此外，支架呈圆形有利于安装激光发射模块，连接较为牢固。
作为优化，所述B伺服电机可以通过齿轮减速机构与所述底板传动连接。齿轮减速机构降低了B伺服电机的转速，在相同功率的情况下，电机转速减小，电机的扭矩增大。
作为优化，所述控制器固联于所述机座上。此时，控制器与A电动推杆、B电动推杆、A伺服电机、B伺服电机和摄像机之间的连接更加方便，而且有利于控制器控制它们的运动。
作为优化，所述底板与所述机座可以通过平面推力轴承联接。本发明的茶叶采集机，负荷要求大、空间尺寸小，而平面推力轴承在很小的空间下也可以保证很高的轴向载荷和高的刚度，是一个比较适合的连接方式。
作为优化，所述抽风机可以为DF-6低噪声离心式鼓风机。DF-6低噪声离心式鼓风机噪声低，安装方便，易于维修，性能稳定，使用寿命长。
作为优化，所述隔离网可以倾斜设于所述采集箱内。隔离网的作用是为了将采集到的茶叶隔离，防止过多的茶叶被吸到抽风口后堵住抽风口，进而导致抽风机停止工作。此外，隔离网倾斜设置，可以使隔离网上的茶叶沿着斜面下滑，最终堆积在采集箱的底部。
对于茶叶采集方法而言，本发明的技术方案为：茶叶采集方法，该方法使用前述本发明的茶叶采集机采集茶叶；采集茶叶时，摄像机采集茶叶图像信息并发送到控制器，控制器接收采集到的图像信息，通过无线传输模块发送至计算机，并通过计算机的显示屏进行显示；工作人员观察显示屏上的图像信息进行判断是否有可采摘的茶叶，当发现有可采摘的茶叶时，标记为目标茶叶；计算机通过无线传输模块将标记信息发送至控制器；然后控制器发送指令至A电动推杆以及B伺服电机，驱动支架和底板运动，调整支架以及底板的位置，使目标茶叶茶梗的位置位于导向管的轴线上；控制器根据目标茶叶的位置判断出其茶梗与支架的垂直距离L，激光器的旋转中心与导向管轴线的垂直距离H根据结构已知，通过三角函数可计算出激光器所需要调整的角度a；控制器发送相应的指令到A伺服电机上，A伺服电机驱动激光器进行旋转，使其调整相应的角度，使激光器的激光可以聚焦到茶梗上；当调整好角度后，激光器发射激光，各激光器发射的激光在目标茶梗上汇聚，对目标茶梗进行切割；在激光器调整的同时，控制器发送指令到B电动推杆，B电动推杆驱动伸缩管移动，将伸缩管移至目标茶叶的有效吸取范围内，待茶梗被切断后将茶叶吸入到采集箱内。
与现有技术相比，本申请的茶叶采集方法实现了对茶叶的自动化采摘；工作人员不需要去到茶园进行实地采摘，只需要坐在计算机前观察并标记可采摘茶叶即可，大大降低了工人的劳动强度。
附图说明
图1是本发明的茶叶采集机的结构主视图；
图2是本发明的茶叶采集机的结构右视图；
图3是本发明的茶叶采集机的机座的结构示意图；
图4是本发明的茶叶采集机的底板的结构示意图；
图5是本发明的茶叶采集机的支架的结构示意图；
图6是本发明的茶叶采集机的激光器的工作原理图；
图7是本发明中的滑动轨道与移动小车的配合示意图。
附图中的标记为：1-机座；2-聚焦系统，21-底板，22-支架，23-A电动推杆，24-激光发射模块，241-A伺服电机、242-激光器，25-摄像机，26-B伺服电机；3-收集系统，31-采集箱，32-隔离网，33-抽风机，34-采集软管，35-导向管，36-伸缩管，37-B电动推杆；4-控制器；5-滑动轨道；6-移动小车。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
参见图1至图6，本发明的茶叶采集机，包括机座1、聚焦系统2、收集系统3和控制器4；所述聚焦系统2包括底板21，底板21上铰接有支架22和A电动推杆23；所述A电动推杆23的上端与支架22的中部铰接，可以推动支架22相对底板21摆动；所述支架22上设有摄像机25(本实施例中，支架22上设有两台摄像机25，且两台摄像机25分别设于支架22的中心线两侧)和激光发射模块24；所述激光发射模块24包括A伺服电机241和可由A伺服电机241驱动作转动来改变发射方向的激光器242；所述底板21设于机座1上方，可由设于机座1上的B伺服电机26驱动相对机座1转动；所述收集系统3包括设于机座侧部的采集箱31，采集箱31上设有抽风口和进料口；所述采集箱31内部，在抽风口和进料口之间，设有隔离网32；所述抽风口与抽风机33相连；所述进料口与采集软管34的一端相连，采集软管34另一端与导向管35相连；所述导向管35固定于所述支架22上，导向管35上设有与其通过滑动副配合的伸缩管36，伸缩管36与设于所述支架22上的B电动推杆37连接；所述激光器242发射的激光线与所述导向管35的轴线相交；所述A电动推杆23、A伺服电机241、B电动推杆37、B伺服电机26及摄像机25均与控制器4相连。
激光器242可以选用一手光电店铺出售的功率为15W的蓝光模组大功率激光器，实现对茶梗的切割。
实施例：
本实施例中，所述支架22上成组设有激光发射模块24，各激光发射模块24分布于同一圆周上，且各激光发射模块24发射的激光线聚焦到同一点；所述导向管35的轴线经过所述圆周的圆心，且垂直于所述圆周所在的平面。此时，多个激光发射模块24发射的激光线在目标茶梗上会发生汇聚，割断茶梗，但在其它地方不会发生汇聚，单个激光发射模块24发射的单条激光线的能量不会对茶叶造成伤害。
进一步的，单个激光器242的发射功率为2w。
本实施例中，所述支架22的外轮廓呈圆形，所述激光发射模块24安装于支架22的外周。圆形的支架22制造方便，有利于控制生产成本，此外，支架22呈圆形有利于安装激光发射模块，连接较为牢固，而且整体结构较为美观。
本实施例中，所述B伺服电机26通过齿轮减速机构与所述底板21传动连接。齿轮减速机构降低了B伺服电机26的转速，在相同功率的情况下，电机转速减小，电机的扭矩增大。
本实施例中，所述控制器4固联于所述机座1上。此时，控制器4与A电动推杆23、B电动推杆37、A伺服电机241、B伺服电机26和摄像机25之间的连接更加方便，而且有利于控制器4控制它们的运动。
本实施例中，所述底板21与所述机座1通过平面推力轴承联接。本发明的茶叶采集机，负荷要求大、空间尺寸小，而平面推力轴承在很小的空间下也可以保证很高的轴向载荷和高的刚度，是一个比较适合的连接方式。
本实施例中，所述抽风机33为DF-6低噪声离心式鼓风机。DF-6低噪声离心式鼓风机噪声低，安装方便，易于维修，性能稳定，使用寿命长。
本实施例中，所述隔离网32倾斜设于所述采集箱31内。隔离网32的作用是为了将采集到的茶叶隔离，防止过多的茶叶被吸到抽风口后堵住抽风口，进而导致抽风机33停止工作。此外，隔离网32倾斜设置，可以使隔离网32上的茶叶沿着斜面下滑，最终堆积在采集箱31的底部。
参见图7，使用本发明中的茶叶采集机采集茶叶时，可以在茶园中按照茶行方向，搭建安装滑动轨道5，并在滑动轨道5上放置移动小车6；移动小车6与滑动轨道5配合，可沿滑动轨道5来回移动。移动小车6用于放置茶叶采集机，带动其在滑动轨道5上移动。
采集茶叶时，调整茶叶采集机的位置，使激光器242面向待采摘的茶树，并将茶叶采集机上的控制器4通过无线传输模块连接至室内的计算机，然后进行茶叶采集；移动小车6为可升降小车，由电动推杆驱动，采集茶叶过程中，移动小车6在电动推杆的作用下实现升降，从而带动茶叶采集机升高或降低，实现对茶树的全方位采摘；当一棵茶树上的可采摘茶叶采集完后，茶叶采集机在移动小车6的带动下，移动至下一棵待采摘的茶树前。
本实施例中的茶叶采集机的茶叶采集方法，采集茶叶时，摄像机25采集茶叶图像信息并发送到控制器4，控制器4接收采集到的图像信息，通过无线传输模块发送至计算机，并通过计算机的显示屏进行显示；工作人员观察显示屏上的图像信息进行判断是否有可采摘茶叶，当发现有可采摘茶叶时，标记为目标茶叶；计算机通过无线传输模块将标记信息发送至控制器(可以一边标记一边采集，效率较高)；然后控制器4发送指令至A电动推杆23以及B伺服电机26，驱动支架22和底板21运动，调整支架22以及底板21的位置，使目标茶叶茶梗的位置正对于支架22的圆心处；控制器4根据目标茶叶的位置判断出其茶梗与支架22圆心的位置距离L，激光器242的旋转中心与支架22圆心的距离H根据结构已知，通过三角函数可计算出每个激光器242所需要调整的角度a；控制器4发送相应的指令到每个A伺服电机241上，A伺服电机241驱动激光器242以相同的转速进行旋转，使其调整相应的角度，使激光器242的激光可以聚焦到目标茶梗上；当调整好角度后，激光器242发射激光，各激光器242发射的激光在目标茶梗上汇聚，能量增加，对目标茶梗进行切割；在激光器242调整的同时，控制器4发送指令到B电动推杆37，B电动推杆37驱动伸缩管36移动，使伸缩管36移至目标茶叶的有效吸取范围内，待茶梗被切断后将茶叶吸入到采集箱31内。
上述对本申请中涉及的发明的一般性描述和对其具体实施方式的描述不应理解为是对该发明技术方案构成的限制。本领域所属技术人员根据本申请的公开，可以在不违背所涉及的发明构成要素的前提下，对上述一般性描述或/和具体实施方式(包括实施例)中的公开技术特征进行增加、减少或组合，形成属于本申请保护范围之内的其它的技术方案。
Claims (10)
1.茶叶采集机，其特征在于：包括机座(1)、聚焦系统(2)、收集系统(3)和控制器(4)；
所述聚焦系统(2)包括底板(21)，底板(21)上铰接有支架(22)和A电动推杆(23)；所述A电动推杆(23)的上端与支架(22)的中部铰接，可以推动支架(22)相对底板(21)摆动；所述支架(22)上设有摄像机(25)和激光发射模块(24)；所述激光发射模块(24)包括A伺服电机(241)和可由A伺服电机(241)驱动作转动来改变发射方向的激光器(242)；所述底板(21)设于机座(1)上方，可由设于机座(1)上的B伺服电机(26)驱动相对机座(1)转动；
所述收集系统(3)包括设于机座侧部的采集箱(31)，采集箱(31)上设有抽风口和进料口；所述采集箱(31)内部，在抽风口和进料口之间，设有隔离网(32)；所述抽风口与抽风机(33)相连；所述进料口与采集软管(34)的一端相连，采集软管(34)另一端与导向管(35)相连；所述导向管(35)固定于所述支架(22)上，导向管(35)上设有与其通过滑动副配合的伸缩管(36)，伸缩管(36)与设于所述支架(22)上的B电动推杆(37)连接；
所述激光器(242)发射的激光线与所述导向管(35)的轴线相交；
所述A电动推杆(23)、A伺服电机(241)、B电动推杆(37)、B伺服电机(26)及摄像机(25)均与控制器(4)相连。
2.根据权利要求1所述的茶叶采集机，其特征在于：所述支架(22)上成组设有激光发射模块(24)，各激光发射模块(24)分布于同一圆周上，且各激光发射模块(24)发射的激光线聚焦到同一点；所述导向管(35)的轴线经过所述圆周的圆心，且垂直于所述圆周所在的平面。
3.根据权利要求2所述的茶叶采集机，其特征在于：所述支架(22)的外轮廓呈圆形，所述激光发射模块(24)安装于支架(22)的外周。
4.根据权利要求2或3所述的茶叶采集机，其特征在于：单个激光器(242)的发射功率为1-2w。
5.根据权利要求1所述的茶叶采集机，其特征在于：所述B伺服电机(26)通过齿轮减速机构与所述底板(21)传动连接。
6.根据权利要求1所述的茶叶采集机，其特征在于：所述控制器(4)固联于所述机座(1)上。
7.根据权利要求1所述的茶叶采集机，其特征在于：所述底板(21)与所述机座(1)通过平面推力轴承联接。
8.根据权利要求1所述的茶叶采集机，其特征在于：所述抽风机(33)为DF-6低噪声离心式鼓风机。
9.根据权利要求1所述的茶叶采集机，其特征在于：所述隔离网(32)倾斜设于所述采集箱(31)内。
10.茶叶采集方法，其特征在于：该方法使用权利要求1所述的茶叶采集机采集茶叶；采集茶叶时，摄像机(25)采集茶叶图像信息并发送到控制器(4)，控制器(4)接收采集到的图像信息，通过无线传输模块发送至计算机，并通过计算机的显示屏进行显示；工作人员观察显示屏上的图像信息进行判断是否有可采摘的茶叶，当发现有可采摘的茶叶时，标记为目标茶叶；计算机通过无线传输模块将标记信息发送至控制器(4)；然后控制器(4)发送指令至A电动推杆(23)以及B伺服电机(26)，驱动支架(22)和底板(21)运动，调整支架(22)以及底板(21)的位置，使目标茶叶茶梗的位置位于导向管(35)的轴线上；控制器(4)根据目标茶叶的位置判断出其茶梗与支架(22)的垂直距离L，激光器(242)的旋转中心与导向管(35)轴线的垂直距离H根据结构已知，通过三角函数可计算出每个激光器(242)所需要调整的角度a，计算出激光器(242)所需要调整的角度a；控制器(4)发送相应的指令到A伺服电机(241)上，A伺服电机(241)驱动激光器(242)进行旋转，使其调整相应的角度，使激光器(242)的激光可以聚焦到目标茶梗上；当调整好角度后，激光器(242)发射激光，各激光器(242)发射的激光在目标茶梗上汇聚，对目标茶梗进行切割；在激光器(242)调整的同时，控制器(4)发送指令至B电动推杆(37)，B电动推杆(37)驱动伸缩管(36)移动，使伸缩管(36)移至目标茶叶的有效吸取范围内，待茶梗被切断后将茶叶吸入到采集箱(31)内。
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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 | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20220111 |