一种茶叶分离采摘一体装置的制作方法

1.本发明涉及智能视觉识别技术领域，具体涉及一种茶叶分离采摘一体装置。


背景技术：

2.茶叶做为中国的重要文化标志之一，其制成的茶饮料，作为世界三大饮料之一，深受各国人们的喜爱。因此全世界对茶叶具有巨大的需求，而中国作为世界上最大的茶叶生产国，也拥有着全世界最大的茶叶生产产业。
3.虽然中国拥有巨大的茶叶产量，但生产出的茶叶多是供给国内消费，又因为国内的茶叶消费者受到源远流长的茶文化的影响，所以对茶叶有着严苛的标准，这就使中国的茶叶生产仍然以人工采摘为主。
4.现在一些茶叶生产企业采用了采茶机器人执行采茶这一操作，希望能够减少人力成本的消耗，但目前市场上的采茶机器人的采摘模块需要在目标茶叶与茶斗之间移动较长的距离，消耗大量时间才能将采摘到的茶叶放入茶斗中，采摘效率低下，而且采摘较为粗放，无法精准定位目标茶叶，采集的茶叶中经常混杂茶梗和老叶，严重影响茶叶品质，这也是中国茶企仍然采用人工采摘茶叶的原因，但人工采茶需要消耗大量的人力成本，且采茶效率低下，不利于茶叶生产企业扩大生产规模。


技术实现要素：

5.为解决现有技术不足，本发明提供一种茶叶分离采摘一体装置。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种茶叶分离采摘一体装置，固定在采茶机器人的行走机构上，用于收集采摘茶叶，其包括支撑架、视觉识别模块、分离模块、采摘模块、茶斗和控制模块，所述支撑架包括竖架和横架，所述竖架下端垂直于横架设置，上端与采茶机器人的行走机构连接，所述茶斗设置在横架的一端，所述分离模块和采摘模块均设置在横架的另一端，所述分离模块能够将非目标茶叶拨开，所述采摘模块能够将拔断目标茶叶与其茎的连接，所述采摘模块与横架之间还设置有翻转电机，所述翻转电机与控制模块通讯连接，由控制模块控制，所述采摘模块能够通过翻转电机，朝向茶斗转动，将分离采摘下来的茶叶放入茶斗中，行程短，动作快，有效提高了采茶效率。
8.进一步的，所述视觉识别模块包括若干识别相机，所述识别相机均与控制模块通讯连接，并朝向分离模块和采摘模块，所述识别相机能够对分离模块和采摘模块附近的画面进行识别，并将识别到的信息传回到控制模块进行处理。
9.进一步的，所述分离模块由分离电机提供动力，所述分离电机与控制模块通讯连接，所述分离模块还包括两组对称布置的拨离杆机构，两组拨离杆机构分别包括传动齿轮和拨离杆，每组传动齿轮均与一组间歇齿轮组啮合连接，两组间歇齿轮组通过一个或多个分离电机异步动作，能够带动与之啮合的两组拨离杆机构的拨离杆做间歇运动，从而使两组拨离杆做异步的前伸动作，间歇拨动目标茶叶与非目标茶叶分离，从而使采摘机构避免
采摘到非目标茶叶，同时也为目标茶叶的识别、定位、采摘提供的良好的空间环境。
10.进一步的，所述采摘模块由采摘电机提供动力，所述采摘电机与控制模块通讯连接，所述采摘模块还包括夹爪部，所述夹爪部为平行四边形四杆传动机构，所述采摘电机能够驱动夹爪部的传动机构，使夹爪部能够向前伸出采摘目标茶叶。
11.如上所述的一种茶叶分离采摘一体装置，所述分离模块还包括安装台，所述采摘模块设置在安装台的上方，方便分离模块从下方拨开非目标茶叶。
12.进一步的，所述拨离杆机构还包括曲柄摇杆部，所述曲柄摇杆部安装在安装台的下部，通过曲柄部与传动齿轮同轴连接，能够将分离电机的持续转动转换为两曲柄部相反方向的间歇转动。
13.进一步的，所述曲柄部平行于安装台设置，其末端设有同向布置的伸缩杆，所述伸缩杆的伸出端与拨离杆后端通过转动轴转动连接，所述安装台在转动轴上端的相对位置设置有导轨槽，使转动轴的上端能够插入导轨槽中，只能沿导轨槽进行移动。
14.进一步的，所述安装台的下方设置转动连接有定位环，所述拨离杆的前端从定位环中穿过，所述导轨槽的形状包括大写英文字母“d”形，由直线段和曲线段组成，且曲线段靠近安装台中心方向，使拨离杆的运动轨迹能够以定位环为中点与导轨槽的形状呈中心对称。
15.如上所述的一种茶叶分离采摘一体装置，所述安装台的上方还设置有安装板，所述安装板朝向茶斗一侧与翻转电机的输出轴转动连接，所述翻转电机能够通过翻转安装板，带动采摘模块进行翻转，所述安装板的另一侧固定有采摘电机，为采摘电机提供固定位置。
16.进一步的，所述采摘模块的夹爪部还包括固定板，所述固定板垂直连接在安装板远离茶斗的一侧，所述夹爪部的传动机构活动连接在固定板上，并通过齿轮与采摘电机的输出轴啮合连接。
17.进一步的，所述传动机构包括镜像对称设置的左夹部和右夹部，所述左夹部和右夹部均由主动杆、从动杆和夹爪杆组成，所述夹爪杆的头部设置有夹爪头，用于拔断茶叶，尾端与主动杆的一端转动连接，所述从动杆一端转动连接在夹爪杆的头部与尾端之间，另一端与固定板转动连接，所述左夹部和右夹部的主动杆相邻端通过齿轮啮合连接，并且与采摘电机的输出轴之间也通过齿轮啮合连接，使采摘电机能够驱动左夹部和右夹部的主动杆沿相反方向进行同步转动。
18.进一步的，所述主动杆的长度与从动杆的长度相同，使所述主动杆、从动杆、固定板和夹爪杆之间能够形成平行四边形，从而使夹爪头能够拔断目标茶叶。
19.作为优选的，所述夹爪头的内侧设置有弹性夹紧单元和拔断单元，所述弹性夹紧单元能够对目标茶叶进行预夹紧，所述拔断单元能够通过拉扯的方式将目标茶叶从茎上拔断。
20.如上所述的一种茶叶分离采摘一体装置，所述视觉识别模块包括两台识别相机，分别为上识别相机和下识别相机，所述上识别相机设置在竖架顶端，朝下朝向采摘模块的夹爪头位置，所述下识别相机设置在安装台上方，并也朝向夹爪头位置，通过上识别相机和下识别相机对目标茶叶进行精准的立体定位。
21.本发明的有益效果在于：
22.1.本发明一种茶叶分离采摘一体装置，所述装置的采摘模块通过翻转电机，能够直接将采摘到的目标茶叶，翻转放入茶斗中，减少了采摘茶叶之后进行转移的所需时间，采茶流程加快，采茶效率有效提高，有利于茶企扩大生产规模；
23.2.本发明一种茶叶分离采摘一体装置，所述装置设置了专门用于分离目标茶叶与非目标茶叶的分离模块，能够将非目标茶叶分离出去，避免采摘到非目标茶叶，同时也为目标茶叶的识别、定位、采摘提供的良好的空间环境；
24.3.本发明一种茶叶分离采摘一体装置，所述装置设置了上识别相机和下识别相机对目标茶叶进行立体精准定位识别，使采摘能够精准的采摘目标茶叶，避免茶叶中混入杂物，影响茶叶质量；
25.4.本发明一种茶叶分离采摘一体装置，所述装置的分离模块，能够将拨离杆插入目标茶叶与非目标茶叶之间，将非目标茶叶拨开，避免采摘模块采摘到非目标茶叶，导致茶叶质量受到影响。
26.5.本发明一种茶叶分离采摘一体装置，所述装置的采摘模块的弹性夹紧单元和拔断单元能够对目标茶叶进行预夹紧，然后再拔断的方式将目标茶叶从茶树上分离，从而相比剪断的方式减少目标茶叶中汁水的流出和氧化，提高被采摘茶叶的商品价值。
附图说明
27.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，本技术的方案和优点对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
28.在附图中：
29.图1为本实施例1中一种茶叶分离采摘一体装置的结构示意图；
30.图2为本实施例1中采摘模块处于默认状态的结构示意图；
31.图3为本实施例1中采摘模块处于倾倒状态的结构示意图；
32.图4为本实施例1中分离模块的结构示意图；
33.图5为本实施例1中分离模块的俯视图；
34.图6为本实施例1中采摘模块的结构示意图；
35.图7为本实施例1中夹爪头张开状态的结构示意图；
36.图8为本实施例1中夹爪头夹紧状态的结构示意图；
37.图中各附图标记所代表的组件为：
38.1、支撑架；11、竖架；12、横架；13、安装板；15、翻转电机；2、视觉识别模块；21、上识别相机；22、下识别相机；3、分离模块；31、分离电机；32、安装台；33、拨离杆；34、间歇齿轮组；35、曲柄摇杆部；36、伸缩杆；37、定位环；38、导轨槽；39、转动轴；4、采摘模块；41、采摘电机；42、固定板；43、主动杆；44、从动杆；45、夹爪杆；46、夹爪头；47、弹性夹紧块；48、拔断插条；49、拔断槽；5、茶斗。
具体实施方式
39.下面结合具体实施方式和进一步的实施例对本发明作进一步的描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
40.具体实施方式：
41.实施例1
42.参见图1-图8，一种茶叶分离采摘一体装置，固定在采茶机器人的行走机构上，用于收集采摘茶叶，其包括支撑架1、视觉识别模块2、分离模块3、采摘模块4、茶斗5和控制模块，所述支撑架1包括竖架11和横架12，所述竖架11下端垂直于横架12设置，上端与采茶机器人的行走机构连接，所述茶斗5设置在横架12的一端，所述分离模块3和采摘模块4设置在横架12的另一端，所述分离模块3能够将非目标茶叶拨开，所述采摘模块4能够将拔断分离模块3分离出的目标茶叶与其茎的连接，所述采摘模块4与横架12之间还设置有翻转电机15，所述翻转电机15与控制模块通讯连接，由控制模块控制，所述采摘模块4能够通过翻转电机15，朝向茶斗5转动，将分离采摘下来的茶叶放入茶斗5中，行程短，动作快，大大缩短了移动茶叶放入茶斗5中的所需时间，有效提高了采茶效率。
43.作为优选的，本实施例所述行走机构采用但不仅限于本技术人在实用新型专利cn216930920u中公开的行走机构，该专利中有对行走机构的具体描述，又因为行走机构的结构并非本技术所保护的重点且为公知技术，此处不再赘述。
44.作为优选的，所述竖架11采用电动伸缩杆，并与控制模块通讯连接，通过控制模块可以发出信号控制竖架11伸长或收缩，从而带动分离模块3、采摘模块4和茶斗5下降或上升。
45.进一步的，所述视觉识别模块2包括若干识别相机，所述识别相机均与控制模块通讯连接，并朝向分离模块3和采摘模块4，所述识别相机能够对分离模块3和采摘模块4附近的画面进行识别，并将识别到的信息传回到控制模块进行处理，以此来正确的识别目标茶叶。
46.进一步的，所述分离模块3由分离电机31提供动力，所述分离电机31与控制模块通讯连接，由控制模块控制，所述分离模块3还包括两组对称布置的拨离杆机构，两组拨离杆机构分别包括传动齿轮和拨离杆33，每组传动齿轮均与一组间歇齿轮组34啮合连接，两组间歇齿轮组34通过一个或多个分离电机(31)异步动作，能够带动与之啮合的两组拨离杆机构的拨离杆33做间歇运动，从而使两组拨离杆33做异步的前伸动作，使其中一组拨离杆机构的拨离杆33先插入目标茶叶与非目标茶叶之间，拨动非目标茶叶与目标茶叶分离，再驱动另一组拨离杆机构的拨离杆33做相同动作，从而使采摘机构避免采摘到非目标茶叶。
47.参见图4，所述分离模块3还包括安装台32，所述采摘模块4设置在安装台32的上方，方便分离模块3从下方拨开非目标茶叶，仅留下目标茶叶供采摘模块4采摘，避免采摘模块4采到非目标茶叶影响茶叶品质。
48.进一步的，所述拨离杆机构还包括曲柄摇杆部35，所述曲柄摇杆部35安装在安装台32的下部，通过曲柄部与传动齿轮同轴连接，能够将分离电机31的持续转动转换为两曲柄部相反方向的间歇转动。
49.进一步的，所述曲柄部平行于安装台32设置，其末端设有同向布置的伸缩杆36，所述伸缩杆36的伸出端与拨离杆33的后端通过转动轴39转动连接，所述安装台32在转动轴39上端的相对位置设置有导轨槽38，使转动轴39的上端能够插入导轨槽38中，只能沿导轨槽38进行转动。
50.参见图5，所述安装台32的下方转动连接有定位环37，所述拨离杆33前端从定位环
37中穿过，所述导轨槽38的形状为大写英文字母“d”形，由直线段和曲线段组成，且曲线段靠近安装台32中心方向，能够使拨离杆33的运动轨迹以定位环37为中点与导轨槽38的形状呈中心对称，当转动轴39的上端在导轨槽38的直线段移动时，所述拨离杆33斜向插入目标茶叶与非目标茶叶之间，然后转动轴39继续沿导轨槽38移动，从直线段进入到曲线段，所述拨离杆33从而将非目标茶叶继续向外拨离，此时曲柄摇杆部35上端的齿轮与间歇齿轮的无齿部分啮合，因此拨离杆33此时处于固定不动状态，待曲柄摇杆部35上端的齿轮重新与间歇齿轮的有齿部分啮合，开始下次的分离操作。
51.参见图1-图3和图6，所述安装台32的上方还设置有安装板13，所述安装板13与朝向茶斗5一侧与翻转电机15的输出轴转动连接，所述翻转电机15能够通过翻转安装板13，带动采摘模块4进行翻转，所述安装板13的另一侧固定有采摘电机41，为采摘电机41提供固定位置。
52.进一步的，所述采摘模块4由采摘电机41提供动力，所述采摘电机41与控制模块通讯连接，由控制模块控制，所述采摘模块4还包括夹爪部，所述夹爪部为平行四边形四杆传动机构，所述采摘电机41能够驱动夹爪部的传动机构，使夹爪部能够向前伸出拔断分离模块3分离剩下的目标茶叶。
53.进一步的，所述采摘模块4的夹爪部还包括固定板42，所述固定板42垂直连接在安装板13远离茶斗5的一侧，所述夹爪部的传动机构活动连接在固定板42上，并通过齿轮与采摘电机41的输出轴啮合连接，所述固定板42为传动机构提供位置进行安装，所述采摘电机41通过齿轮啮合驱动传动机构进行运动，从而完成拔断茶叶的动作。
54.进一步的，所述传动机构包括镜像对称设置的左夹部和右夹部，所述左夹部和右夹部均由主动杆43、从动杆44和夹爪杆45组成，所述夹爪杆45的头部设置有夹爪头46，用于拔断茶叶，尾端与主动杆43的一端转动连接，所述从动杆44一端转动连接在夹爪杆45的头部与尾端之间，另一端与固定板42转动连接，所述左夹部和右夹部的主动杆43相邻端通过齿轮啮合连接，并且与采摘电机41的输出轴之间也通过齿轮啮合连接，使采摘电机41能够驱动左夹部和右夹部的主动杆43沿相反方向进行同步转动，使夹爪杆45之间的距离增加或减小，从而使夹爪头46能够执行松开或夹紧操作。
55.进一步的，所述夹爪杆45的长度与分离模块3的拨离杆33长度相配合，使分离模块3的拨离杆33能够拨开夹爪头46下方的非目标茶叶，从而使采摘模块4能够精准的摘取分离模块3拨开剩下的目标茶叶。
56.进一步的，所述主动杆43的长度与从动杆44的长度相同，使所述主动杆43、从动杆44、固定板42和夹爪杆45之间能够形成平行四边形，从而使左夹部和右夹部的夹爪杆45之间能够平行移动，让左夹部和右夹部的夹爪头46能够拔断茶叶。
57.作为优选的，参见图7和图8，所述夹爪头46的内侧设置有弹性夹紧单元和拔断单元，所述弹性夹紧单元包括夹爪头46内侧对称设置的弹性夹紧块47，所述弹性夹紧块47能够在两侧夹爪头46互相靠近时，对目标茶叶进行预夹紧，所述拔断单元包括分别设置在两侧夹爪头46内侧的拔断槽49和拔断插条48，所述拔断插条48能够插入拔断槽49中，在弹性夹紧单元预夹紧的作用下，通过拉扯的方式将目标茶叶从茎上拔断，相比传统采茶机器人切断目标茶叶的操作，拔断的方式能够减少茶叶中汁水的流出，保证被采摘茶叶的风味和质量。
58.参见图1-图3，所述视觉识别模块2包括两台识别相机，分别为上识别相机21和下识别相机22，所述上识别相机21设置在竖架11顶端，朝下朝向采摘模块4的夹爪头46位置，从竖直方向对夹爪头46所采摘的目标茶叶进行识别定位，所述下识别相机22设置在安装台32上方，并也朝向夹爪头46位置，从横向方向对目标茶叶进行识别定位，通过上识别相机21和下识别相机22对目标茶叶进行精准的立体定位，避免茶叶中混入茶梗或老叶影响茶叶品质。
59.作为优选的，本实施例所述别相机采用测距双目相机，测距双目相机识别精度更高，并能够精准测量目标茶叶与相机之间的距离，对目标茶叶进行定位，有效提高所述分离采摘一体装置分离采摘的精准程度。
60.如上所述的一种茶叶分离采摘一体装置，其工作原理如下所述：
61.1)上识别相机21对茶田的茶叶进行识别，筛选出将要采摘的目标茶叶，确定目标茶叶距离上识别相机21的距离，并将信号传递给控制模块，控制模块发出信号控制行走机构将所述分离采摘一体装置移动到目标茶叶上方；
62.2)控制模块通过上识别相机21获取的距离数据，控制竖架11向下伸长，带动分离模块3、采摘模块4和茶斗5下降到与目标茶叶同一高度；
63.3)下识别相机22从水平方向对目标茶叶进行识别定位，并发送信号给控制模块，控制模块控制分离电机31启动转动；
64.4)分离电机31通过间歇齿轮组34先驱动一组拨离杆机构的拨离杆33插入目标茶叶与一侧非目标茶叶之间，将该侧非目标茶叶拨开，再驱动另一组拨离杆机构的拨离杆33插入目标茶叶与另一侧非目标茶叶之间，将另一侧的非目标茶叶拨开，仅留下目标茶叶；
65.5)控制模块控制采摘电机41驱动采摘模块4的传动机构，使夹爪杆45向前伸出，让夹爪杆45头部的夹爪头46拔断目标茶叶与茎的连接，并夹住目标茶叶；
66.6)控制模块控制翻转电机15带动采摘模块4朝向茶斗5翻转，使夹爪头46夹持着被采下的目标茶叶来到茶斗5上方；
67.7)控制模块控制采摘电机41反向转动，夹爪杆45缩回，夹爪头46也松开对目标茶叶的夹持，目标茶叶落入茶斗5中；
68.8)控制模块控制翻转电机15反向转动，带动采摘模块4回到原位，开始下一目标茶叶的识别和采摘。
69.相比传统采摘机器人的采集方式，所述茶叶分离采摘一体装置设置了分离机构对非目标茶叶进行分离，使采摘模块4只能采集到目标茶叶，大大提高了采摘茶叶的精准度，保证了所擦茶叶的质量，而且所述装置的采摘机构只需在翻转电机15的驱动下朝向茶斗5翻转，即可将采摘的茶叶放入茶斗5中，不需要像传统采摘机器人一样需要再茶斗5与目标茶叶之间来回穿梭，有效缩短了将被采摘的茶叶放入茶斗5所需的时间，采茶效率得到了有效提高，有利于茶企扩大生产规模。