CN115280970B - 一种负压吸附竖直拉提式仿人手茶叶采摘装置及采摘方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负压吸附竖直拉提式仿人手茶叶采摘装置及采摘方法；采摘装置包括直动件、负压吸附管道组件和采摘机构；通过直动件推动采摘机构在负压吸附管道上滑动，通过采摘机构对茶叶进行夹取，通过齿轮与齿条一和齿条二的配合实现采摘机构的上提动作，实现对茶叶的摘取；通过在负压管道进口处形成负压场，使被摘取的茶叶被吸入至负压管道内实现对茶叶的收集。本发明结构简单，便于操作，通过模拟人手采摘的“捏”、“扯”两大采摘动作对茶叶进行摘取，保证了茶叶品质的同时保护茎叶，且相比与传统机械式茶叶采摘方法，提高了茶叶采摘的效率。

Description

一种负压吸附竖直拉提式仿人手茶叶采摘装置及采摘方法

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种负压吸附竖直拉提式仿人手茶叶采摘装置及采摘方法。

背景技术

名优茶主要是指精工细作，特色突出，品质上乘的茶叶。制作名优茶需要有优越的地理环境、优良的茶树品种、精细的采摘标准和精湛的工艺技术。对名优茶进行采摘，一般我们只取其一芽一叶、一芽两叶，这对采摘的精度要求及采摘方式要求较高。

目前采摘名优茶主要有三种方式：第一种是人工采摘，凭借着人脑对采摘目标的判断并用手摘取，其优点是采摘成功率接近100％并且人手采摘不会对芽叶产生损害，缺点则是效率低下、人工成本高。第二种是机械采摘，市面上的机械采摘普遍为非选择性采摘的自动锯齿采茶的自动采茶机，“一刀切”的采摘方式虽然效率较高，但是后续名优茶的择选工序较复杂，并且会对茎叶产生不可逆的损伤。第三种是智能采摘，智能采摘能够融合前两者的优点，取长补短，为未来采茶业的热点。智能采摘的末端现在主要又分为“剪断式”和“提拉式”两种采摘方式，其中“剪断式”因为两把刀之间存在间隙误差且芽叶韧性较高，剪切失败率尚存，轻则茶叶未剪下，重则芽叶卡刀并对后续剪切有着严重影响。而现研究的“提拉式”主要采用旋转折断采摘，而嫩芽的芽头韧性十足，因其施力方向垂直于茎叶导致折断采摘的方式成功率无法达到采摘需求，并且采摘后的茎叶断面产生一定角度的变形扭曲，对后续茶叶的再生产有着一定阻碍。因此设计一种仿人手的竖直提拉式智能采摘末端已成为我国茶叶领域发展的迫切需求了。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种负压吸附竖直拉提式仿人手茶叶采摘装置及采摘方法，以提高名优茶的采摘效率。

本发明采用的技术方案如下：

本发明一种负压吸附竖直拉提式仿人手茶叶采摘装置，包括直动件、负压吸附管道组件和采摘机构；所述的采摘机构装配在负压吸附管道组件上。

所述的负压吸附管道组件包括负压管道和齿轮；所述齿轮与负压管道的输出端位置处构成转动副。

所述的采摘机构包括压杆、弹簧一、压板、连杆、滑动轴、弹簧二、固定套管一、滑动管、移动管套和指型摆杆；所述的压杆上端与齿条一固定连接；所述的齿条一与直动件固定连接，且齿条一处于底部工位时与齿轮构成齿轮副；所述的弹簧一套置在压杆上；所述弹簧一的上端与齿条一固定连接；所述压杆、齿条一和直动件的推杆同轴线布置；所述的滑动管套置在负压管道外壁面上，并与负压管道构成滑动副；所述固定套管一固定在滑动管的底部，并由固定在负压管道下端的限位环一轴向限位；所述移动套管位于滑动管的上部，且与滑动管构成滑动副；所述的弹簧二套置在滑动管上，且一端与移动套管固定连接，另一端与滑动管的下部固定连接；所述的滑动管上部开设有矩形槽，齿条二固定在矩形槽内，并与齿轮构成齿轮副；所述的压板扣合固定在移动套管上，且与滑动管构成滑动副；所述的压板上固定有圆形滑道，压杆与圆形滑道构成滑动副；两个连杆内端均与移动套管固定连接，且两个连杆沿滑动管周向均布；所述的指型摆杆上端开设有通槽一，并在通槽一侧壁开设通槽二；每个连杆外端嵌入一个指型摆杆上的通槽一内；每个连杆外端固定的滑动轴与对应侧指型摆杆上的通槽二构成滑动副；两个指型摆杆的中部均与固定套管一铰接。

优选地，所述齿轮与固定在负压管道输出端位置处的限位环二构成转动副，限位环二对滑动管上端进行轴向限位。

优选地，所述限位环一的上部固定有橡胶圈。

优选地，所述弹簧二与滑动管的下部通过固定套管二固定连接。

优选地，两个指型摆杆的夹持端上均固定有柔性指尖。

更优选地，所述柔性指尖通过销轴一与指型摆杆的夹持端固定连接。

优选地，所述的固定套管一和固定套管二均由两个半圆型结构相对连接组成，且两个半圆型结构均通过螺栓以及销轴二固定连接。

优选地，所述的负压管道与气泵之间还安装有茶叶收集箱；所述茶叶收集箱的输入端与负压管道的输出端连接；所述茶叶收集箱的输出端与真空泵连接。

更优选地，所述茶叶收集箱的输出端口处还设置有分隔网。

本发明一种负压吸附竖直拉提式仿人手茶叶采摘装置采摘茶叶的方法，具体如下：

将直动件与移动端固定连接，负压吸附管道组件的负压管道与移动端固定连接，负压管道的输出端与真空泵连接；初始状态下，采摘机构的底部与限位环一的上部贴合；移动管套受弹簧二弹力支撑，处于静止状态，两个指型摆杆上的夹持端为分离状态；当采摘机构运动到待采摘茶叶上方时，直动件伸长，推动压杆向下运动；当套置在压杆上的弹簧一下端接触到压板上的圆形滑道时，压板受弹簧一压力影响随压杆向下运动，压板向下运动带动移动管套向下运动，并压缩弹簧二；两个连杆带动两侧的两个指型摆杆沿铰接点摆动，使两个指型摆杆的夹持端夹紧茶叶的茎部；此时，移动管套已经运动至最低处并在弹簧二弹力作用下停止运动，而压杆持续下降，当压杆上的齿条一与齿轮啮合时，带动齿轮转动，同时，齿轮又带动齿条二向上运动，齿条二带动与之固定连接的滑动管沿负压管道的外壁面向上滑动，从而带动整个采摘机构向上运动，使得茶叶从茎干上摘取下来；同时，启动与负压管道输出端连接的真空泵，在负压管道的输入端处形成负压场，且此时直动件收缩，停止抵压移动管套并使移动管套受弹簧二的弹力回复至初始位置，使两个指型摆杆的夹持端松开并复位；茶叶受负压场的作用被吸入负压管道中，最终进入茶叶收集箱中。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明针对名优茶采摘效率低、采摘难度高的问题，提出了一种负压吸附竖直拉提式仿人手茶叶采摘装置及采摘方法；通过直动件推动采摘机构在负压吸附管道上滑动，通过采摘机构对茶叶进行夹取，通过齿轮与齿条一和齿条二的配合实现采摘机构的上提动作，同时实现对茶叶的摘取，从而模拟人手采摘的“捏”、“扯”两大采摘动作，保证了茶叶品质的同时保护茎叶；通过在负压管道进口处形成负压场，使被摘取的茶叶被吸入至负压管道内实现对茶叶的收集。

2、本发明区别于其他剪切式和扭断式的采摘末端，并结合其两者的优点，在嫩芽无法直接被夹断的时候，可以进一步通过夹持提拉的方式断茎，采摘方向与茎叶共线且竖直向上，最有利于断茎，最大程度上还原了人工采摘时芽叶的运动形式，且采摘过程稳定、可靠、高速、高效，可无损采摘茶叶单芽，进而提高了采摘茶叶的成功率；同时，大幅度减小了水平方向的占用体积，减小对周围茶叶的误操作。

3、本发明基于负压吸附的收集方式，相比于传统的收集盒的方式，可以将真空泵和茶叶收集箱均与本发明分离放置在行走机构上，只通过气管与本发明的负压管道连接，从而能够尽可能减少本发明的体积和重量。

4、本发明只采用一个直动件的正反输入，即可完成指型摆杆的夹紧、提升和复位功能，结构简单，便于操作，可靠性高。

附图说明

图1为本发明的整体结构立体图；

图2为本发明中负压吸附管道组件的结构立体图；

图3为本发明中采摘机构的结构立体图；

图4为本发明中采摘机构的爆炸图；

图5为本发明初始状态与待采茶叶的位置关系示意图及其侧面剖视图；

图6为本发明夹持住待采茶叶时的工作状态示意图及其侧面剖视图；

图7为本发明上提时的工作状态示意图及其侧面剖视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。本发明一种负压吸附竖直拉提式仿人手茶叶采摘装置，是装配在机械臂末端(移动端)的采摘装备，相关的移动及定位可以依靠现有成熟技术中的机械臂系统完成，本发明只涉及定位后对茶叶进行采摘。

本发明一种负压吸附竖直拉提式仿人手茶叶采摘装置，如图1所示，包括气缸1、负压吸附管道组件2和采摘机构3；采摘机构3装配在负压吸附管道组件2上。

如图2所示，负压吸附管道组件2包括负压管道2-1和齿轮2-2；齿轮2-2与负压管道2-1的输出端位置处构成转动副。

如图3和4所示，采摘机构3包括压杆3-1、弹簧一3-2、压板3-3、连杆3-4、滑动轴3-5、弹簧二3-6、固定套管一3-7、滑动管3-10、移动管套3-11和指型摆杆3-12；压杆3-1上端与齿条一固定连接；齿条一又与直动件(可以采用气缸或电动缸等)固定连接；本实施例中采用气缸1，齿条一与气缸1的推杆固定连接，且齿条一处于底部工位时与齿轮2-2构成齿轮副；弹簧一3-2套置在压杆3-1上；弹簧一3-2的上端与齿条一固定连接；压杆3-1、齿条一和气缸1的推杆同轴线布置；滑动管3-10套置在负压管道2-1外壁面上，并与负压管道2-1构成滑动副；固定套管一3-7固定在滑动管3-10的底部，并由固定在负压管道2-1下端的限位环一2-5轴向限位；移动套管3-11位于滑动管3-10的上部，且与滑动管3-10构成滑动副；弹簧二3-6套置在滑动管3-10上，且一端与移动套管3-11固定连接，另一端与滑动管3-10的下部固定连接；滑动管3-10上部开设有矩形槽，齿条二固定在矩形槽内，并与齿轮2-2构成齿轮副；压板3-3扣合固定在移动套管3-11上，且与滑动管3-10构成滑动副；压板3-3上固定有圆形滑道，压杆3-1与圆形滑道构成滑动副；两个连杆3-4内端均与移动套管3-11固定连接，且两个连杆3-4沿滑动管3-10周向均布；指型摆杆3-12上端开设有通槽一，并在通槽一侧壁开设通槽二；每个连杆3-4外端嵌入一个指型摆杆3-12上的通槽一内；每个连杆3-4外端固定的滑动轴3-5与对应侧指型摆杆3-12上的通槽二构成滑动副；两个指型摆杆3-12的中部均与固定套管一3-7铰接。

作为一个优选实施例，齿轮2-2与固定在负压管道2-1输出端位置处的限位环二2-3构成转动副，限位环二2-3对滑动管3-10上端进行轴向限位。

作为一个优选实施例，限位环一2-5的上部固定有橡胶圈2-4；橡胶圈2-4能起到缓冲作用。

作为一个优选实施例，弹簧二3-6与滑动管3-10的下部通过固定套管二3-13固定连接。

作为一个优选实施例，两个指型摆杆3-12的夹持端上均固定有柔性指尖3-8；柔性指尖3-8使得指型摆杆3-12在夹持茶叶时更加稳定。

作为一个更优选实施例，柔性指尖3-8通过销轴一3-9与指型摆杆3-12的夹持端固定连接。

作为一个更优选实施例，固定套管一3-7和固定套管二3-13均由两个半圆型结构相对连接组成，且两个半圆型结构均通过螺栓以及销轴二3-14固定连接。

作为一个优选实施例，负压管道2-1与气泵之间还安装有茶叶收集箱；茶叶收集箱的输入端与负压管道2-1的输出端连接；茶叶收集箱的输出端与真空泵连接。

作为一个更优选实施例，茶叶收集箱的输出端口处还设置有分隔网；分隔网能防止茶叶被真空泵吸出。

在上述各项实施例均具备的情况下，本发明一种负压吸附竖直拉提式仿人手茶叶采摘装置采摘茶叶的方法，具体如下：

将气缸1与移动端固定连接，负压吸附管道组件2的负压管道2-1与移动端固定连接，气缸1与气泵连接，负压管道2-1的输出端与真空泵连接；气泵和真空泵均与控制器连接，受控制器控制。初始状态下，采摘机构3的底部与限位环一的上部贴合；移动管套3-11受弹簧二3-6弹力支撑，处于静止状态，两个指型摆杆3-12上的夹持端为分离状态(如图5所示)。当采摘机构3运动到待采摘茶叶上方时，气缸1启动，气缸1的推杆伸出，推杆推动压杆3-1向下运动；当套置在压杆3-1上的弹簧一3-2下端接触到压板3-3上的圆形滑道时，压板3-3受弹簧一3-2压力影响随压杆3-1向下运动，压板3-3向下运动带动移动管套3-11向下运动，并压缩弹簧二3-6；两个连杆3-4带动两侧的两个指型摆杆3-12沿铰接点摆动，使两个指型摆杆3-12的夹持端夹紧茶叶的茎部(如图6所示)；此时，移动管套3-11已经运动至最低处并在弹簧二3-6弹力作用下停止运动，而压杆3-1持续下降，当压杆3-1上的齿条一与齿轮2-2啮合时，带动齿轮2-2转动，同时，齿轮2-2又带动齿条二向上运动，齿条二带动与之固定连接的滑动管3-10沿负压管道2-1的外壁面向上滑动，从而带动整个采摘机构3向上运动，使得茶叶从茎干上摘取下来(如图7所示)；同时，启动与负压管道2-1输出端连接的真空泵，在负压管道2-1的输入端处形成负压场，且此时气缸1收缩推杆，停止抵压移动管套3-11并使移动管套3-11受弹簧二3-6的弹力回复至初始位置，使两个指型摆杆3-12的夹持端松开并复位；茶叶受负压场的作用被吸入负压管道2-1中，最终进入茶叶收集箱中。

Claims (10)

1.一种负压吸附竖直拉提式仿人手茶叶采摘装置，包括直动件和采摘机构，其特征在于：还包括负压吸附管道组件；所述的采摘机构装配在负压吸附管道组件上；

所述的负压吸附管道组件包括负压管道和齿轮；所述齿轮与负压管道的输出端位置处构成转动副；

所述的采摘机构包括压杆、弹簧一、压板、连杆、滑动轴、弹簧二、固定套管一、滑动管、移动管套和指型摆杆；所述的压杆上端与齿条一固定连接；所述的齿条一与直动件固定连接，且齿条一处于底部工位时与齿轮构成齿轮副；所述的弹簧一套置在压杆上；所述弹簧一的上端与齿条一固定连接；所述压杆、齿条一和直动件的推杆同轴线布置；所述的滑动管套置在负压管道外壁面上，并与负压管道构成滑动副；所述固定套管一固定在滑动管的底部，并由固定在负压管道下端的限位环一轴向限位；所述移动套管位于滑动管的上部，且与滑动管构成滑动副；所述的弹簧二套置在滑动管上，且一端与移动套管固定连接，另一端与滑动管的下部固定连接；所述的滑动管上部开设有矩形槽，齿条二固定在矩形槽内，并与齿轮构成齿轮副；所述的压板扣合固定在移动套管上，且与滑动管构成滑动副；所述的压板上固定有圆形滑道，压杆与圆形滑道构成滑动副；两个连杆内端均与移动套管固定连接，且两个连杆沿滑动管周向均布；所述的指型摆杆上端开设有通槽一，并在通槽一侧壁开设通槽二；每个连杆外端嵌入一个指型摆杆上的通槽一内；每个连杆外端固定的滑动轴与对应侧指型摆杆上的通槽二构成滑动副；两个指型摆杆的中部均与固定套管一铰接。

2.根据权利要求1所述的一种负压吸附竖直拉提式仿人手茶叶采摘装置，其特征在于：所述齿轮与固定在负压管道输出端位置处的限位环二构成转动副，限位环二对滑动管上端进行轴向限位。

3.根据权利要求2所述的一种负压吸附竖直拉提式仿人手茶叶采摘装置，其特征在于：所述限位环一的上部固定有橡胶圈。

4.根据权利要求2所述的一种负压吸附竖直拉提式仿人手茶叶采摘装置，其特征在于：所述弹簧二与滑动管的下部通过固定套管二固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种负压吸附竖直拉提式仿人手茶叶采摘装置，其特征在于：两个指型摆杆的夹持端上均固定有柔性指尖。

6.根据权利要求5所述的一种负压吸附竖直拉提式仿人手茶叶采摘装置，其特征在于：所述柔性指尖通过销轴一与指型摆杆的夹持端固定连接。

7.根据权利要求4所述的一种负压吸附竖直拉提式仿人手茶叶采摘装置，其特征在于：所述的固定套管一和固定套管二均由两个半圆型结构相对连接组成，且两个半圆型结构均通过螺栓以及销轴二固定连接。

8.根据权利要求4所述的一种负压吸附竖直拉提式仿人手茶叶采摘装置，其特征在于：所述的负压管道与气泵之间还安装有茶叶收集箱；所述茶叶收集箱的输入端与负压管道的输出端连接；所述茶叶收集箱的输出端与真空泵连接。

9.根据权利要求8所述的一种负压吸附竖直拉提式仿人手茶叶采摘装置，其特征在于：所述茶叶收集箱的输出端口处还设置有分隔网。

10.根据权利要求8所述的一种负压吸附竖直拉提式仿人手茶叶采摘装置采摘茶叶的方法，其特征在于：具体如下：

将直动件与移动端固定连接，负压吸附管道组件的负压管道与移动端固定连接，负压管道的输出端与真空泵连接；初始状态下，采摘机构的底部与限位环一的上部贴合；移动管套受弹簧二弹力支撑，处于静止状态，两个指型摆杆上的夹持端为分离状态；当采摘机构运动到待采摘茶叶上方时，直动件伸长，推动压杆向下运动；当套置在压杆上的弹簧一下端接触到压板上的圆形滑道时，压板受弹簧一压力影响随压杆向下运动，压板向下运动带动移动管套向下运动，并压缩弹簧二；两个连杆带动两侧的两个指型摆杆沿铰接点摆动，使两个指型摆杆的夹持端夹紧茶叶的茎部；此时，移动管套已经运动至最低处并在弹簧二弹力作用下停止运动，而压杆持续下降，当压杆上的齿条一与齿轮啮合时，带动齿轮转动，同时，齿轮又带动齿条二向上运动，齿条二带动与之固定连接的滑动管沿负压管道的外壁面向上滑动，从而带动整个采摘机构向上运动，使得茶叶从茎干上摘取下来；同时，启动与负压管道输出端连接的真空泵，在负压管道的输入端处形成负压场，且此时直动件收缩，停止抵压移动管套并使移动管套受弹簧二的弹力回复至初始位置，使两个指型摆杆的夹持端松开并复位；茶叶受负压场的作用被吸入负压管道中，最终进入茶叶收集箱中。