CN110842894B - 提拉式仿生茶叶单芽采摘机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及仿生机械、农业机械领域。目的是提供一种提拉式仿生茶叶单芽采摘机械手，该机械手通过模仿人手采摘茶叶的动作实现茶叶采摘，确保茶叶的无损采摘，在解决劳动力短缺问题的同时提高茶叶质量和经济效益。技术方案是：提拉式仿生茶叶单芽采摘机械手，其特征在于：所述提拉式仿生茶叶单芽采摘机械手包括支撑架、固定在支撑架下侧茶叶收集盒以及固定在支撑架中的采茶机构。
Description
技术领域
本发明涉及仿生机械、农业机械领域，通过模拟人手采摘茶叶的动作实现茶叶的无损采摘。
背景技术
随着近年来农业劳动力短缺，劳动力成本不断上升，给茶叶采摘带来了不小的困难。机械化采摘已成为未来茶叶采摘的的趋势，但目前市面上常见的茶叶采摘机多采用电动锯齿，以剪切的方式获得茶叶，虽然采茶效率高，但采得的茶叶破损率高品质差且对茶树的伤害较大，无法大规模普及。因此针对现有茶叶采摘机的不足，研制一种提拉式茶叶单芽采摘机械手，不仅可以解决茶叶采摘劳动力短缺的问题，还保证茶叶采摘的品质。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种提拉式仿生茶叶单芽采摘机械手，该机械手通过模仿人手采摘茶叶的动作实现茶叶采摘，确保茶叶的无损采摘，在解决劳动力短缺问题的同时提高茶叶质量和经济效益。
本发明采用了以下技术方案：
提拉式仿生茶叶单芽采摘机械手，其特征在于：所述提拉式仿生茶叶单芽采摘机械手包括支撑架、固定在支撑架下侧茶叶收集盒以及固定在支撑架中的采茶机构；
所述采茶机构包括固定在支撑架上的电机、可转动地定位在支撑架上的主轴、前后间隔距离地对应固定在支撑架上且分别环绕主轴布置的前背板导轨与后背板导轨、固定在主轴上且与电机输出轴上的主动小齿轮相啮合的从动大齿轮、分别固定在主轴上的主动手指和固定有拨柱的拨片安装板、两端分别通过轴承可滑动地定位在前背板导轨与后背板导轨中的旋转轴、通过从动指固定块固定在旋转轴上且可与主动手指配合的被动手指、固定在从动指固定块上且与所述拨柱配合的旋转片、固定在后支撑板上的第一磁钢、固定在从动指固定块上且可与第一磁钢对应配合的第二磁钢、分别安装在被动手指和主动手指上且可相互接发信号的一对对射型光电传感器、固定在支撑架上以与安装在从动大齿轮上的传感器挡板作用的光电传感器以及分别固定在主动手指和被动手指末端且可相互夹紧配合的夹紧块。
所述支撑架的周向架体由左侧板、前支撑板、右侧板、后支撑板依序首尾连接形成，顶端为通过连接块与前后支撑板固定的顶板。
所述前背板导轨与后背板导轨均为半径相同的弧形导轨，弧形导轨的圆心均与主轴的轴线重合。
所述夹紧块为柔软度如人手指的软体材料制成，以在夹紧块夹紧后达到模拟人手采摘茶叶时的效果。
所述主动手指和被动手指中下部的同一高度均设有对射型光电传感器对射孔，对射型光电传感器安装在对射孔部位，以透过对射孔发射并接收信号。
所述被动手指底部设有卡料凹槽。
本发明的有益效果是：本发明中的主动手指和被动手指末端固定有软体材料制成的夹紧块，采茶过程中可模拟人手的提拉动作采摘茶叶，从而实现茶叶单芽的无损采摘；结构简单，稳定可靠，并且能够取代人工，同时提高茶叶质量和经济效益。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明去掉前支撑板、右侧板和顶板后的立体结构示意图。
图3是本发明中的采茶机构去掉前背板导轨和前挡板后的立体结构示意图。
图4是本发明中的采茶机构的***示意图。
图5是本发明中的被动指立体结构示意图。
图6是本发明中的主动指立体结构示意图。
图7是本发明采茶过程示意图。
具体实施方式
以下结合附图所示的实施例，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如所示的提拉式仿生茶叶单芽采摘机械手，包括支撑架、固定在支撑架下侧茶叶收集盒4以及固定在支撑架中的采茶机构；所述支撑架的周向架体由左侧板5、前支撑板1、右侧板3、后支撑板8依序首尾连接形成，顶端为通过连接块7与前后支撑板固定的顶板2。
所述采茶机构中(参见图3、图4)：电机6-7(优选步进电机)固定在后支撑板上；主轴6-29的两端分别通过轴承可转动地定位在支撑架上(主轴的后端通过后端轴承6-25安装在后支撑板上，主轴的前端穿过前挡板后再通过前端轴承6-19安装在前支撑板上，前挡板6-18还嵌入在前背板导轨6-22的下方并与前背板导轨一起固定在前支撑板的内侧)；前背板导轨与后背板导轨6-9前后间隔距离地对应固定在支撑架上(后背板导轨固定在后支撑板的内侧且与前背板导轨相互对应布置)且分别环绕主轴布置；所述前背板导轨与后背板导轨为半径相同的弧形导轨，弧形导轨的圆心与均主轴的轴线重合(即两个背板导轨环绕主轴布置)。从动大齿轮6-10固定在主轴上并且与电机输出轴上的主动小齿轮6-8相啮合；主动手指6-12和固定有拨柱6-27的拨片安装板6-31分别通过主动手指固定块6-11固定在主轴上；旋转轴6-21的两端分别通过轴承(前端轴承6-13、后端轴承6-24)定位在前背板导轨与后背板导轨中且可沿着导轨滑动；可与主动手指进行夹紧配合的被动手指6-4，通过从动指固定块6-16固定在旋转轴上；主动手指和被动手指末端分别固定一夹紧块6-6(夹紧块为柔软度如人手指的软体材料制成；例如硅胶、软橡胶)，两个夹紧块可相互夹紧配合，从而进行茶叶采摘。旋转片6-1也固定在从动指固定块上并且与所述拨柱配合(旋转片贴近着拨片安装板安装，旋转片上开设有弧形槽，拨片安装板上的拨柱嵌入在弧形槽中)。此外，第一磁钢6-20通过磁钢安装块6-14固定在后支撑板上，第二磁钢6-3通过磁钢安装板6-17固定在从动指固定块上，并且可与第一磁钢对应配合；被动手指中下部开设有对射型光电传感器对射孔6-11-1，主动手指中下部的同一高度开设有对射型光电传感器对射孔6-17-1，对射孔部位分别安装着可相互接发信号配合的两个对射型光电传感器6-5；传感器在孔中的位置可调(可根据茶叶采摘长度标准的不同调节传感器在孔中的位置)，对射型光电传感器可透过对射孔，发射并接受信号。支撑架上还通过光电传感器垫板6-26固定一个光电传感器6-30(可以是对射型光电传感器，或者是反射型光电传感器)，从动大齿轮的一侧端面上则固定一个与光电传感器作用的传感器挡板6-28；本发明采用反射型光电传感器，当反射型光电传感器受到传感器挡板阻挡时，即发出主动手指已复位信号。
进一步地，所述被动手指底部设有卡料凹槽6-11-2(参见图5)。
从动指固定块还固定有与旋转片配合安装的后挡板6-2。后挡板在茶叶采摘过程中挡住主动手指和被动手指后部形成的漏洞，防止茶叶在采摘过程中从后部漏出，后挡板和前挡板在茶叶采摘及运送过程中与两手指形成一个相对密封的空腔，保证在采摘和运送过程中茶叶不会漏出。
本发明的工作原理是：机械启动，该机械手的主动手指和被动手指处于打开状态(如图7的A所示)，固定在从动指上的磁钢和固定在后支撑板上的磁钢吸附在一起，固定在后支撑板上的反射型光电传感器受到传感器挡板的阻挡，发出已复位信号，此时该机械手处于待机状态，此时拨柱位于旋转片中的初始位置。当外部设备控制机械手采摘茶叶单芽时，茶叶位于主动手指与被动手指之间，主动手指和被动手指上的对射型光电传感器在茶叶阻挡作用下不产生光电信号，此时该机械手处于采摘状态(如图7的B所示)；电机在脉冲信号的控制下驱动主动手指顺时针转动，开始时被动手指在磁钢的作用下保持不动(而跟随大齿轮转动的传感器挡板离开反射型光电传感器后，反射型光电传感器的信号即断开)；接着，主动手指和被动手指中下部的夹紧块将茶叶夹紧并使之发生弯曲(如图7的C所示)，如同人手采摘茶叶时手指捏紧茶叶梗并先使茶叶梗转动一定角度产生弯折一样(软体材料制成的夹紧块和人手指一样柔软，避免在夹紧过程中对茶叶产生损坏)；主动手指和被动手指夹紧茶叶梗后，电机继续驱动主动手指顺时针转动，拨柱移动到旋转片中弧形槽的右极限位置，从而使被动手指在主动手指以及拨柱的带动下沿前、后背板导轨与主轴做同心转动，通过提拉动作使茶叶梗断裂(如同人手采摘茶叶时的动作)。电机驱动主动手指继续顺时针转动，当转过一定角度后，而被动手指在惯性的作用下继续顺时针转动；此时主动手指与被动手指松开，夹在主动手指与被动手指夹紧块上的茶叶沿抛物线掉落到茶叶收集盒中(如图7的D所示)，完成茶叶单芽的拟人化采摘。当拨柱移动到旋转片中弧形槽的左极限位置时，电机反向转动；主动手指带动被动手指逆时针旋转，再转过一定角度后，被动手指上的磁钢和后支撑板上的磁钢吸附在一起，被动手指回到初始位置并固定不动；主动手指继续转动，直到固定在从动大齿轮上的传感器挡板阻挡固定在后支撑板上的反射型光电传感器，反射型光电传感器即发出已复位信号；此时电机停止转动，机械手回到7的A所示的待机状态；如此循环往复，即可重复进行茶叶单芽的采摘。
以上各机构的动作，均由控制器根据各传感器发出的信号进行统一控制。控制器为茶叶采收设备整机配置，本发明无需单独设置。
本发明能够完成茶叶单芽的无损采摘，采摘过程稳定高效，在解决劳动力短缺问题的同时提高茶叶质量和经济效益，对今后茶叶采摘的现代化发展具有重要意义。
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。
显然，本发明不限于以上事例，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想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (4)
1.提拉式仿生茶叶单芽采摘机械手，其特征在于：所述提拉式仿生茶叶单芽采摘机械手包括支撑架（4）、固定在支撑架下侧的茶叶收集盒以及固定在支撑架中的采茶机构；所述支撑架的周向架体由左侧板（5）、前支撑板（1）、右侧板（3）、后支撑板（8）依序首尾连接形成，支撑架的顶端为通过连接块（7）与前、后支撑板固定的顶板（2）；
所述采茶机构包括固定在支撑架上的电机（6-7），可转动地定位在支撑架上的主轴（6-29）、前后间隔距离地对应固定在支撑架上且分别环绕主轴布置的前背板导轨（6-22）与后背板导轨（6-9）、固定在主轴上且与电机输出轴上的主动小齿轮（6-8）相啮合的从动大齿轮（6-10）、分别固定在主轴上的主动手指（6-12）和拨片安装板（6-31）、固定在拨片安装板上的拨柱（6-27）、两端分别通过轴承可滑动地定位在前背板导轨与后背板导轨中的旋转轴（6-2）、通过从动指固定块（6-16）固定在旋转轴上且可与主动手指配合的被动手指（6-4）、固定在从动指固定块上的旋转片（6-1）、开设在旋转片上且可与所述拨柱配合的弧形槽、固定在后支撑板上的第一磁钢（6-20）、固定在从动指固定块上且可与第一磁钢对应配合的第二磁钢（6-3）、分别安装在被动手指和主动手指上且可相互接发信号的一对对射型光电传感器（6-5）、固定在支撑架上以与安装在从动大齿轮上的传感器挡板（6-28）作用的光电传感器（6-30）以及分别固定在主动手指和被动手指末端且可相互夹紧配合的夹紧块（6-6）；
所述前背板导轨与后背板导轨均为半径相同的弧形导轨，弧形导轨的圆心均与主轴的轴线重合。
2.根据权利要求1所述的提拉式仿生茶叶单芽采摘机械手，其特征在于：所述夹紧块为软体材料制成，以在夹紧块夹紧后达到模拟人手采摘茶叶时的效果。
3.根据权利要求2所述的提拉式仿生茶叶单芽采摘机械手，其特征在于：所述主动手指和被动手指中下部的同一高度均设有对射型光电传感器对射孔，对射型光电传感器安装在对射孔部位，以透过对射孔发射并接收信号。
4.根据权利要求3所述的提拉式仿生茶叶单芽采摘机械手，其特征在于：所述被动手指底部设有卡料凹槽（6-11-2）。
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