可拆卸吊轨式双臂协同的名优茶采茶装置及其采茶方法

本发明属于农业机械领域，具体涉及一种可拆卸吊轨式双臂协同的名优茶采茶装置及其采茶方法。

背景技术：

1、茶作为中国传承几千年的传统饮品，在人民的日常生活中扮演着一个不可或缺的角色。在民族文化复兴的时代背景下，茶文化的大力推行使得传统的人工采茶作业产量已无法满足人民日益增长的饮茶需要。随着我国科技实力的不断增长，农业生产机械化的程度也与日俱增。但在名优茶采摘方面，仍主要使用人工采摘的方式。为了实现茶叶种植业的转型升级，部分茶园通过设置地面铺填式轨道配合采茶机器使用，但是地面铺填式轨道对土壤破坏大并且不便于茶农对茶树进行耕作养护。此外，大部分的采摘机器通常使用单个末端进行茶叶摘取，采茶效率较低。因此为了降低茶园土地破坏率，需要优化采摘轨道，并设计一种能够实现高效采摘的名优茶采茶装置。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术不足，提出一种可拆卸吊轨式双臂协同的名优茶采茶装置及其采茶方法。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明可拆卸吊轨式双臂协同的名优茶采茶装置，包括支干轨道装置、主干轨道装置、主轨小车、支轨小车和协同采摘装置。

4、所述支干轨道装置包括支撑装置和轨道组件；所述支撑装置设有等距布置的多个，支撑装置由沿轴向间距布置的n个支撑组件一组成，n≥3；支撑组件一包括下支撑柱、上支撑柱和斜承柱一，下支撑柱可拆卸固定于上支撑柱下端，斜承柱一与下支撑柱相对倾斜固定；所述轨道组件由水平且间距布置的n-1个方形轨道一组成，且方形轨道一为中空管；所述轨道组件设有间距布置的两个，两个轨道组件设于相邻两个支撑装置上，各轨道组件中每个方形轨道一的两端可拆卸固定于相应支撑装置中一组相邻两根上支撑柱的上端，且每个轨道组件中相邻两个方形轨道一相对的一端贴合。

5、所述主干轨道装置包括支撑组件二和方形轨道二；方形轨道二设有水平且间距设置的m个，m≥3，支撑组件二设有沿轴向间距布置的m+1个；所述支撑组件二包括长立柱和斜承柱二，斜承柱二与长立柱相对倾斜固定；每相邻两个支撑组件二的长立柱上端与一根方形轨道二的两端可拆卸固定，且每相邻两个方形轨道二相对的一端贴合。所述主干轨道装置设有间距且对称设置的两个，且其中一个主干轨道装置中各方形轨道二的上端面和下端面均固定有齿条。

6、所述支轨小车包括支轨车架、从动轮组一和主动轮组一；支轨车架一端设有主动轮组一，另一端设有间距布置的两个从动轮组一，支轨车架上还设有深度相机。所述主动轮组一包括外轮框一、连接轴一、主动轮和从动轮一；外轮框一与支轨车架固定；水平设置的连接轴一与外轮框一上端构成转动副，并由驱动件驱动；主动轮固定于连接轴一上；所述外轮框一下端固定有平行于连接轴一且间距布置的两根连接轴二，每根连接轴二上铰接有一个从动轮一。所述从动轮组一包括外轮框二、从动轮二和从动轮三；外轮框二与支轨车架固定；所述外轮框二上固定有水平平行且呈矩形分布的四根连接轴三，位于上方的两根连接轴三上均铰接有从动轮二，位于下方的两根连接轴三上均铰接有从动轮三。

7、所述主轨小车包括主轨车架、主动轮组二、从动轮组二、高度调平装置和调平架。主轨车架一端设有主动轮组二，另一端设有间距布置的两个从动轮组二。所述主动轮组二和从动轮组二与主动轮组一和从动轮组一相比，只将主动轮组二中的主动轮更换为主动齿轮，从动轮一更换为从动齿轮，其它结构完全一致，且主动轮组二的外轮框一和从动轮组二的外轮框二均与主轨车架固定。所述主轨车架上位于调平架的两端均设有高度调平装置，高度调平装置包括调节臂、螺母块和调节螺杆；所述调节臂设有呈菱形分布的四根，其中两根调节臂的下端均与主轨车架铰接，上端与两个螺母块分别铰接，另外两根调节臂的上端均与调平架铰接，下端与两个螺母块分别铰接；所述两个螺母块与水平设置的调节螺杆两端螺纹段分别构成螺纹副，且调节螺杆两端螺纹段的螺纹旋向相反。所述调平架两端均固定有承接轨道，且承接轨道为中空管；每个承接轨道内嵌有一根导杆，每根导杆与相应的承接轨道构成滑动副，并由一个电动推杆驱动。

8、所述协同采摘装置包括xyz三轴移动装置、末端采摘执行器和负压暂存装置；xyz三轴移动装置包括z轴滑台模组、y轴滑台模组和x轴滑台模组。所述水平平行且间距设置的两个x轴滑台模组设于支轨车架上，并驱动水平平行且间距设置的两个y轴滑台模组沿平行于x轴滑台模组的方向平移；所述两个y轴滑台模组驱动两个竖直设置的z轴滑台模组沿垂直于x轴滑台模组的方向分别平移；每个z轴滑台模组驱动一个末端采摘执行器和一个负压暂存装置沿竖直方向同步移动。

9、优选地，所述支撑装置中位于外端位置的两根上支撑柱上均固定有一个轨道连接件一，位于中间位置的各上支撑柱上均固定有两个轨道连接件一，各轨道连接件一与相应的方形轨道一可拆卸固定。

10、优选地，所述每相邻两个支撑装置中每相对的两根上支撑柱与一根横向调距杆的两端可拆卸固定。

11、优选地，所述支撑装置中每相邻两个下支撑柱与一根纵向调距杆的两端可拆卸固定。

12、更优选地，所述纵向调距杆的两端为螺纹段，纵向调距杆的两端穿过相应两根下支撑柱上开设的一个通孔，并通过螺母与两根下支撑柱固定。

13、优选地，所述主干轨道装置中位于外端位置的两个长立柱上均固定有一个轨道连接件二，位于中间位置的各长立柱上均固定有两个轨道连接件二，各轨道连接件二与相应的方形轨道二可拆卸固定。

14、优选地，所述驱动件包括连接轴四、旋转电机和链传动机构，连接轴四平行于连接轴一设置，且与外轮框一构成转动副，并通过链传动机构与连接轴一连接，旋转电机壳体固定于外轮框一上，旋转电机的输出轴通过齿轮副与连接轴四连接。

15、优选地，所述外轮框一与万向节联轴器一的一端固定，万向节联轴器一的另一端与支轨车架或主轨车架固定；外轮框二与万向节联轴器二的一端固定，万向节联轴器二的另一端与支轨车架或主轨车架固定。

16、优选地，所述x轴滑台模组的直线导轨一固定于支轨车架上；每个y轴滑台模组的直线导轨二两端与两个x轴滑台模组上相对的两个滑块一固定；z轴滑台模组的滑块二与相应y轴滑台模组的滑块三固定；末端采摘执行器和负压暂存装置固定于相应z轴滑台模组的直线导轨三上。

17、本发明可拆卸吊轨式双臂协同的名优茶采茶装置的采茶方法，具体如下：

18、步骤一、将两个主干轨道装置安装在茶园主干路上，在各列茶陇中部位置以及位于最外侧两列茶陇的外侧位置均安装好支撑装置，将两个轨道组件分别安装在第一个支撑装置和第二个支撑装置上；接着将主轨小车安装在两个主干轨道装置中相对的两个方形轨道二上，主动齿轮和各从动齿轮与相应方形轨道二上端面和下端面的齿条啮合，从动轮组二的从动轮二和从动轮三与相应方形轨道二的上端面和下端面接触；然后将支轨小车安装在主轨小车上，主动轮和从动轮一与一个承接轨道的上端面和下端面接触，从动轮组一的从动轮二和从动轮三与另一个承接轨道的上端面和下端面接触。

19、步骤二、主动轮组二的驱动件驱动相应的连接轴一带动主动齿轮转动，主动齿轮与相应的齿条啮合，进而带动主轨车架行进，各从动齿轮与相应的齿条啮合，直至主轨车架行进至两个承接轨道与两个轨道组件对齐。

20、步骤三、手动正转或反转两根调节螺杆，进而带动两个螺母块相向或相背运动，两个螺母块通过各调节臂带动调平架相应一端上升或下降，从而带动相应的承接轨道上升或下降，直至两个承接轨道与两个轨道组件完全对齐；然后两个电动推杆推动两个导杆伸出相应承接轨道的内腔，并伸入两个轨道组件中相应方形轨道一的内腔，主轨小车与支干轨道装置完成对接。

21、步骤四、主动轮组一的驱动件驱动相应的连接轴一带动主动轮正转，主动轮与相应承接轨道之间的滚动摩擦力带动支轨车架行进，支轨车架从支轨小车移动至两个轨道组件上，直至支轨车架移动至两个轨道组件上远离主干轨道装置的一端。

22、步骤五、根据深度相机反馈的支轨小车目前所在区域内所有目标芽头的位置，xyz三轴移动装置带动两个末端采摘执行器分别移动至其中两个目标芽头的所在位置；接着两个末端采摘执行器将这两个目标芽头采摘下来；然后两个负压暂存装置将采摘下来的这两个目标芽头进行暂存。

23、步骤六、重复步骤五，直至完成支轨小车目前所在区域内所有目标芽头的采摘和暂存工作；接着主动轮组一的驱动件驱动相应的连接轴一带动主动轮反转，支轨车架向靠近主干轨道装置的方向行进，直至支轨车架行进至下一个未进行过采摘工作的区域。

24、步骤七、重复步骤六，直至完成两个轨道组件之间所有目标芽头的采摘和暂存工作。其中，工作过程中当远离未进行采摘工作茶陇的一个轨道组件中存在空闲的方形轨道一时，将空闲的方形轨道一拆卸下来，并安装在下一个空闲的支撑装置中靠近主干轨道装置且有安装位置的相邻两个上支撑柱上。

25、步骤八、主动轮组一的驱动件驱动相应的连接轴一带动主动轮继续反转，支轨车架从两个方形轨道一移动至两个承接轨道上，直至支轨车架完全移动至两个承接轨道上；接着两个电动推杆带动两个导杆缩回至相应承接轨道的内腔，主轨小车与支干轨道装置断开对接。

26、步骤九、主动轮组二的驱动件驱动相应的连接轴一带动主动齿轮继续转动，进而带动主轨车架继续行进，同时将远离未进行采摘工作茶陇的一个轨道组件中剩余的一个方形轨道一拆卸下来，并安装至下一个空闲的支撑装置中有剩余安装位置的相邻两个上支撑柱上，直至主轨车架行进至两个承接轨道与两个轨道组件趋近于对齐。

27、步骤十、重复步骤三至步骤九，直至完成所有茶陇中目标芽头的采摘。最后将支轨小车、主轨小车、各轨道组件、各支撑装置的上支撑柱和各主干轨道装置拆卸下来。

28、本发明的有益效果如下：

29、1、本发明通过设置主干轨道装置和支干轨道装置代替地面铺填式轨道，优化了采茶轨道，主干轨道装置和支干轨道装置与地面铺填式轨道相比，占地面积小，且对茶园土地的破坏率小，同时支干轨道装置中各支撑装置的上支撑柱与下支撑柱可拆卸固定，在非采茶期间可将主干轨道装置和各上支撑柱拆卸下来，便于在非采茶期间对茶树进行修剪等护理工作；进一步，本发明的协同采摘装置中设有两个末端采摘执行器和两个负压暂存装置，两个末端采摘执行器同时进行采摘工作，两个负压暂存装置同时进行暂存工作，提高了采茶效率。

30、2、本发明中设有高度调平装置，通过高度调平装置可以实现对调平架倾斜角度的调节，进而使得两个承接轨道在实际安装过程中因茶园路况问题导致的相邻两轨道组件之间存在较小高度差的情况下，与两个轨道组件能够实现预对准，并通过导杆实现了两个承接轨道与两个轨道组件的精准对接，进而实现了主轨小车与支干轨道装置的对接，使得支轨小车能够适应地面较不平缓的茶园，并能够在支干轨道装置和主干轨道装置上来回切换行走，从而实现了对不同列茶陇的采茶任务。

31、3、本发明的轨道组件中各方形轨道一均可拆卸，工作过程中在不影响支轨小车移动的情况下，可以通过交叉拆卸安装空闲方形轨道一的方法改变两个轨道组件的位置，在实现了对不同列茶陇采茶任务的同时节约了支干布轨数量，节省了成本。

32、4、本发明的支轨小车和主轨小车上均设有万向节联轴器一和万向节联轴器二，使得支轨小车上和主轨小车适应行进过程中因工程误差产生的非绝对直线轨迹，保证了支轨小车上和主轨小车行进过程中的稳定性。