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 一種基于同步帶傳送的反饋式名優茶采摘裝置

申請(專利)號: CN202311598757.0
申請日: 2023.11.28
申請公布號: CN117413687A
公開公告日: 2024.01.19
主分類號: A01D46/30(2006.01)
分類號: A01D46/30(2006.01); A01D57/20(2006.01);
申請權利人: 浙江理工大學;
發明設計人: 趙新雨; 賈江鳴; 陳建能; 武傳宇;
地址: 310018 浙江省杭州市下沙高教園區白楊街道2號大街928號
國省代碼: 浙江;33
代理機構: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
代理人: 王之懷;王洪新
 
摘要:
本發明涉及一種農業機械,目的是提供一種基于同步帶傳送的反饋式名優茶采摘裝置,該裝置采用光電開關傳感器感應茶葉嫩芽,并且使用同步帶而非負壓裝置對茶葉嫩芽進行收集,以增加名優茶采摘機器人的工作時間。技術方案是一種基于同步帶傳送的反饋式名優茶采摘裝置;其特征在于:所述安裝板上安裝有茶葉剪切機構、茶葉傳送機構和茶葉收集機構;所述茶葉剪切機構包括固定在安裝板正面的兩個鈑金支架和帶有搖臂的舵機、一一鉸接在兩個鈑金支架上且由搖臂驅動的兩個刀片安裝塊以及分別連接在刀片安裝塊上且配合形成一對刀口的兩個刀片;所述茶葉傳送機構包括設置在安裝板背面且由若干微型電機與皮帶組成的茶葉傳送通道。
 
主權項:
1.一種基于同步帶傳送的反饋式名優茶采摘裝置,包括連接在名優茶采摘機器人機械臂上的安裝板(14);其特征在于:所述安裝板上安裝有茶葉剪切機構、茶葉傳送機構和茶葉收集機構(13);所述茶葉剪切機構包括固定在安裝板正面的兩個鈑金支架(3)和帶有搖臂(7)的舵機(2)、一一鉸接在兩個鈑金支架上且由搖臂驅動的兩個刀片安裝塊(4)以及分別連接在刀片安裝塊上且配合形成一對刀口的兩個刀片(6);所述茶葉傳送機構包括設置在安裝板背面且由若干微微型電機與皮帶組成的茶葉傳送通道;所述茶葉收集機構包括固定在安裝板上的中空圓柱塊(13‑1)和可轉動地鉸接在中空圓柱塊底部的底板(13‑2);所述茶葉傳送通道的始點與所述一對刀口相銜接,所述茶葉傳送通道的終點與所述中空圓柱塊的進口相銜接。
1.一種基于同步帶傳送的反饋式名優茶采摘裝置,包括連接在名優茶采摘機器人機械臂上的安裝板(14);其特征在于:所述安裝板上安裝有茶葉剪切機構、茶葉傳送機構和茶葉收集機構(13);所述茶葉剪切機構包括固定在安裝板正面的兩個鈑金支架(3)和帶有搖臂(7)的舵機(2)、一一鉸接在兩個鈑金支架上且由搖臂驅動的兩個刀片安裝塊(4)以及分別連接在刀片安裝塊上且配合形成一對刀口的兩個刀片(6);所述茶葉傳送機構包括設置在安裝板背面且由若干微微型電機與皮帶組成的茶葉傳送通道;所述茶葉收集機構包括固定在安裝板上的中空圓柱塊(13-1)和可轉動地鉸接在中空圓柱塊底部的底板(13-2);所述茶葉傳送通道的始點與所述一對刀口相銜接,所述茶葉傳送通道的終點與所述中空圓柱塊的進口相銜接。
 
2.根據權利要求1所述的基于同步帶傳送的反饋式名優茶采摘裝置,其特征在于:所述安裝板上豎直設置有導軌(11),支撐塊(9)可移動地定位在所述導軌上,所述搖臂通過推桿(8)施力于所述支撐塊;所述支撐塊的左右兩側分別通過一連桿(5)鉸接所述的兩個刀片安裝塊。
 
3.根據權利要求2所述的基于同步帶傳送的反饋式名優茶采摘裝置,其特征在于:所述茶葉傳送通道呈類“L”形,由三組微型電機分別驅動的三組皮帶相互銜接形成;所述三組皮帶的傳送平面垂直于安裝板板面;第二同步帶機構(17)中兩個微型電機驅動的第二皮帶(17-3)與第一同步帶機構(16)中兩個微型電機驅動的第一皮帶(16-3)銜接,形成類“L”通道的外側壁;而由第三同步帶機構(18)中四個微型電機驅動的第三皮帶(18-5)則形成類“L”通道的內側壁。
 
4.根據權利要求3所述的基于同步帶傳送的反饋式名優茶采摘裝置,其特征在于:茶葉收集機構位于安裝板的側面,包括固定在安裝板上用于臨時存放茶葉的中空圓柱塊以及通過銷軸和扭簧(13-3)連接在中空圓柱塊底部的底板。
 
5.根據權利要求4所述的基于同步帶傳送的反饋式名優茶采摘裝置,其特征在于:所述一組二號微型電機(16-1)與三組三號微型電機(18-3)之間配設有用于感應茶葉嫰芽的漫反射光電開關傳感器(15)。
 
6.根據權利要求5所述的基于同步帶傳送的反饋式名優茶采摘裝置,其特征在于:所述底板由彎折成直角的底板水平面(13-4)與底板豎直面(13-5)形成,底板水平面上固定有緩沖橡膠圈。
 
7.根據權利要求6所述的基于同步帶傳送的反饋式名優茶采摘裝置,其特征在于:本發明配設有電連接各微型電機、舵機、漫反射光電開關傳感器和機械臂各動力部件的控制器,以便于各動力部件有序工作。
一種基于同步帶傳送的反饋式名優茶采摘裝置
技術領域
 
本發明涉及一種農業機械,具體是一種基于同步帶傳送的反饋式名優茶采摘裝置。
 
背景技術
 
目前名優茶采摘機器人采摘末端所采用的茶葉嫩芽收集方式幾乎全部為風機負壓收集,如CN202011623399.0所述的一種基于負壓引導的雙翅型茶葉采摘機器人,其包括PLC控制器、帶動全體裝置一起運動的履帶小車、自動升降裝置、相機組件、delta機械手和負壓收集裝置等等。為了能夠在自然環境中的茶地進行采摘工作,目前名優茶采摘機器人的動力裝置往往采用鋰電池,而風機負壓裝置為了能夠將茶葉嫩芽順利收集,通常采用大功率馬達(通常為幾百瓦),并且每一次采摘末端采摘茶葉嫩芽后,風機負壓裝置都要開啟工作進行收集,這在很大程度上減少了名優茶采摘機器人的工作續航時間。另外,風機負壓裝置在長時間使用時內部的馬達容易發熱從而燒壞,這降低了名優茶采摘機器人采摘末端的可靠性。
 
發明內容
 
本發明的目的是克服上述背景技術中名優茶采摘機器人采摘末端的不足,提供一種基于同步帶傳送的反饋式名優茶采摘裝置,該裝置采用光電開關傳感器感應茶葉嫩芽,并且使用同步帶而非負壓裝置對茶葉嫩芽進行收集,以增加名優茶采摘機器人的工作時間。
 
本發明提供的技術方案是:
 
一種基于同步帶傳送的反饋式名優茶采摘裝置,包括連接在名優茶采摘機器人機械臂上的安裝板;其特征在于:所述安裝板上安裝有茶葉剪切機構、茶葉傳送機構和茶葉收集機構;所述茶葉剪切機構包括固定在安裝板正面的兩個鈑金支架和帶有搖臂的舵機、一一鉸接在兩個鈑金支架上且由搖臂驅動的兩個刀片安裝塊以及分別連接在刀片安裝塊上且配合形成一對刀口的兩個刀片;所述茶葉傳送機構包括設置在安裝板背面且由若干微型電機與皮帶組成的茶葉傳送通道;所述茶葉收集機構包括固定在安裝板上的中空圓柱塊和可轉動地鉸接在中空圓柱塊底部的底板;所述茶葉傳送通道的始點與所述一對刀口相銜接,所述茶葉傳送通道的終點與所述中空圓柱塊的進口相銜接。
 
所述安裝板上豎直設置有導軌,支撐塊可移動地定位在所述導軌上,所述搖臂通過推桿施力于所述支撐塊;所述支撐塊的左右兩側分別通過一連桿鉸接所述的兩個刀片安裝塊。
 
所述茶葉傳送通道呈類“L”形,由三組微型電機分別驅動的三組皮帶相互銜接形成;所述三組皮帶的傳送平面垂直于安裝板板面;第二同步帶機構中兩個微型電機驅動的第二皮帶與第一同步帶機構中兩個微型電機驅動的第一皮帶銜接,形成類“L”通道的外側壁;而由第三同步帶機構中四個微型電機驅動的第三皮帶,則形成類“L”通道的內側壁。
 
所述一組二號微型電機與三組三號微型電機之間配設有用于感應茶葉嫰芽的漫反射光電開關傳感器。
 
所述茶葉收集機構位于安裝板的側面,包括固定在安裝板上用于臨時存放茶葉的中空圓柱塊以及通過銷軸和扭簧連接在中空圓柱塊底部的底板。
 
所述底板由彎折成直角的底板水平面與底板豎直面形成,底板水平面上固定有緩沖橡膠圈。
 
本發明配設有電連接各微型電機、舵機、漫反射光電開關傳感器和機械臂各動力部件的控制器,以便于各動力部件有序工作。
 
本發明的有益效果是:
 
本發明提供的裝置采用光電開關傳感器感應茶葉嫩芽,并且使用同步帶而非負壓裝置對茶葉嫩芽進行輸送,以最大程度增加名優茶采摘機器人的工作時間。
 
附圖說明
 
圖1是本發明實施例的主視結構示意圖。
 
圖2是本發明實施例的后視結構示意圖。
 
圖3是本發明實施例的立體結構示意圖之一。
 
圖4是本發明實施例的立體結構示意圖之二。
 
圖5是本發明實施例支撐塊的立體結構示意圖。
 
圖6是本發明實施例刀片的立體結構示意圖。
 
圖7是本發明實施例刀片安裝塊的立體結構示意圖。
 
圖8是本發明實施例茶葉收集機構(打開狀態)的立體結構示意圖。
 
圖9是本發明實施例茶葉收集機構(打開狀態)的剖視立體結構示意圖。
 
圖10是本發明實施例茶葉采摘裝置移動到固定收集盒處,茶葉收集機構被動打開的立體結構示意圖。
 
圖中標號:舵機連接板1、舵機2、鈑金支架3、刀片安裝塊4、連桿5、刀片6、搖臂7、推桿8、支撐塊9、滑塊10、導軌11、茶葉12、茶葉收集機構13、中空圓柱塊13-1、底板13-2、扭簧13-3、底板水平面13-4、底板豎直面13-5、安裝板14、漫反射光電開關傳感器15、第一同步帶機構16、一組一號微型電機16-1、一組二號微型電機16-2、第一皮帶16-3、第二同步帶機構17、二組一號微型電機17-1、二組二號微型電機17-2、第二皮帶17-3、第三同步帶機構18、三組一號微型電機18-1、三組二號微型電機18-2、三組三號微型電機18-3、三組四號微型電機18-4、第三皮帶18-5、硅膠薄膜19、帶輪20。
 
具體實施方式
 
以下結合附圖所示的實施例進一步說明。
 
如圖1、圖2、圖3和圖4所示的一種基于同步帶傳送的反饋式名優茶采摘裝置,包括茶葉剪切機構、茶葉傳送機構和茶葉收集機構13(如圖8和9所示);所述茶葉剪切機構位于安裝板14的正面(如圖1所示),茶葉傳送機構位于安裝板的背面(如圖2所示),茶葉收集機構13位于安裝板的側面(遠離舵機的一面)。
 
茶葉剪切機構包括固定在安裝板14上的舵機連接板1、固定在舵機連接板上且安裝有搖臂7的舵機2、一端鉸接在搖臂上的推桿8、固定在安裝板上的導軌11、沿著導軌滑動的滑塊10、固定在滑塊上且與推桿另一端鉸接的支撐塊9(如圖5所示)、固定在安裝板上的鈑金支架3、可轉動地鉸接在鈑金支架上的刀片安裝塊4(如圖7所示)、兩端分別鉸接在刀片安裝塊中部和支撐塊上的連桿5、安裝在刀片安裝塊底端的刀片6(如圖6所示)。
 
所述鈑金支架3、連桿5、刀片安裝塊4和刀片6沿著導軌11的豎直中心面對稱布置;所述舵機2的初始角度為0度,即舵機歸零,此時刀片6處于張開狀態,驅動時,控制舵機逆時針旋轉,刀片逐漸閉合,驅動角度以切割完成茶葉嫩芽為基準;所述推桿8、支撐塊9、連桿以及刀片安裝塊用于插入鉸接軸的通孔內均安裝有軸承,以減小摩擦;所述鈑金支架和刀片安裝塊、刀片安裝塊和安裝板、刀片安裝塊和連桿以及連桿和支撐塊之間均通過鉸接軸連接,并且均設有軸套,以減小摩擦;所述支撐塊同時連接滑塊10、連桿和推桿8,用于把搖臂的運動傳遞給刀片安裝塊,然后帶動刀片運動;所述刀片安裝塊安裝刀片的凸起端朝向安裝板的后面(茶葉傳送機構的安裝面);所述刀片安裝塊和刀片近似為L型,以便刀片的切割點位于茶葉輸送裝置的正下方;所述刀片為一體式刀具。
 
茶葉傳送機構包括固定在安裝板14上的三組同步帶機構,第一同步帶機構16包括一組一號微型電機16-1、一組二號微型電機16-2和第一皮帶16-3;第二同步帶機構17包括二組一號微型電機17-1、二組二號微型電機17-2和第二皮帶17-3;第三同步帶機構18包括三組一號微型電機18-1、三組二號微型電機18-2、三組三號微型電機18-3、三組四號微型電機18-4和第三皮帶18-5;所有微型電機軸的軸線均垂直于安裝板的板面并且每個微型電機軸上均固定有驅動皮帶的帶輪20,每個皮帶在背向帶輪的一面均設置有用于保護茶葉的硅膠薄膜19。
 
所述三組同步帶機構組成了類“L”形的茶葉傳送通道;其中一組一號微型電機16-1和一組二號微型電機16-2的電機軸連接線以及三組二號微型電機18-2和微型電機三組三號18-3的電機軸連接線平行并且豎直向下;二組一號微型電機17-1和二組二號微型電機17-2的電機軸連接線以及三組二號微型電機18-2和微型電機三組一號18-1的電機軸連接線平行并且斜向茶葉收集機構;第二同步帶機構中兩個微型電機驅動的第二皮帶與第一同步帶機構中兩個微型電機驅動的第一皮帶銜接,形成“L”通道的外側壁;而由第三同步帶機構中四個微型電機驅動的第三皮帶則形成“L”通道的內側壁;第一皮帶16-3與第三皮帶18-5的間距以及皮帶第二17-3與第三皮帶18-5的間距一致,以茶葉嫩芽稍微夾緊受力不掉落并且硅膠薄膜19稍微變形為準;一組一號微型電機16-1和三組二號微型電機18-3安裝高度一致,并且盡可能靠近刀片切割點;一組二號微型電機16-2的安裝高度高于微型電機三組二號18-2;二組一號微型電機17-1位于一組二號微型電機16-2的正上方;二組二號微型電機17-2比三組一號微型電機18-1更靠近安裝板側面邊緣,以便于茶葉掉落進入茶葉收集機構13。所述漫反射光電開關傳感器15位于一組二號微型電機16-1和三組三號微型電機18-3中間,安裝高度低于一組二號微型電機16-1和三組三號微型電機18-3(漫反射光電開關傳感器位于刀片切割點和皮帶輸送起始點之間)。
 
所述漫反射光電開關傳感器為激光紅外光學傳感器,當激光照射到茶葉嫩芽上時,根據茶葉嫩芽表面的不同特性,光會以不同的方式反射,其中之一是漫反射現象,即光在各個方向上均勻地反射,這意味著通過漫反射,光的一部分會被茶葉反射到接收器中,從而檢測茶葉嫩芽的存在和移動。
 
所述皮帶為透明透光輸送帶,所述硅膠薄膜為透明薄膜,以避免干擾漫反射光電開關傳感器的信號。
 
茶葉收集機構13包括固定在安裝板14上用于臨時存放茶葉的中空圓柱塊13-1、通過銷軸和扭簧13-3連接在中空圓柱塊底部的底板13-2(底板由彎折成直角的底板水平面13-4與底板豎直面13-5形成,底板水平面上固定有緩沖橡膠圈)以及相應的螺栓等。
 
所述茶葉收集機構13為暫存裝置;所述扭簧在安裝后處于被壓縮狀態,使得底板14的水平面13-4緊靠在中空圓柱塊13-1的底端開口,從而阻止中空圓柱塊中的茶葉下落一起;當采摘的茶葉嫩芽裝滿收集裝置后,通過運動控制機械臂帶動該采摘裝置使得底板豎直面13-5和茶葉固定收集盒21(固定在機器上)的斜面產生沖擊碰撞(如圖10所示),此時扭簧13-3吸收沖擊能量被壓縮,底板13-2帶動底板水平面13-4繞著連接銷軸朝著固定收集盒內部的方向被動旋轉,從而打開中空圓柱塊13-1的底端開口,茶葉嫩芽在重力作用下掉入固定收集盒,由于扭簧的存在,底板在沖擊完成后自動回到原位置。
 
所述安裝板14連接在名優茶采摘機器人的機械臂上,由機器人進行茶葉嫩芽的識別和定位,然后控制機械臂帶動該采摘裝置運動到茶葉嫩芽的上方進行采摘。
 
本發明還配設有控制器,該控制器電連接漫反射光電開關傳感器1、各微型電機、舵機和機械臂等各動力部件,以便于各動力部件有序工作;所述控制器以及控制方法為現有技術,在此不再一一贅述。
 
本發明的工作方式是:
 
(1)首先名優茶采摘機器人進行茶葉嫩芽的識別和定位工作,然后控制機械臂帶動該采摘裝置運動到茶葉12的垂直上方(距離茶葉嫩芽采摘點有一定高度);
 
(2)該裝置的所有微型電機開啟,三組同步帶機構的皮帶開始循環轉動工作(其中,第一同步帶機構、第二同步帶機構中的微型電機均逆時針轉動;第三同步帶機構中的微型電機均順時針轉動;參見圖2);
 
(3)控制機械臂帶動該采摘裝置垂直向下運動,漫反射光電開關傳感器15若感應到茶葉嫩芽的存在,即向控制系統發送反饋信號,表示茶葉嫩芽會正常進入茶葉輸送裝置,否則應該重新定位;
 
(4)機械臂繼續帶動該采摘裝置垂直運動到既定位置(此時刀片6的閉合切割點為茶葉嫩芽的采摘點),舵機啟動,搖臂帶動支撐塊9垂直向下運動,兩個刀片合攏在采摘點完成切割動作,此時茶葉嫩芽剛開始或者一小部分被卷入第一皮帶16-3和皮帶18-5之間,茶葉嫩芽由于被切割完成,所以繼續被三組同步帶機構輸送進入茶葉收集機構13;
 
(5)當茶葉收集機構裝滿茶葉嫩芽后,控制機械臂帶動該采摘裝置使得底板豎直面13-5和茶葉固定收集盒21的斜面產生沖擊碰撞,中空圓柱塊13-1內的茶葉嫩芽進入固定收集盒。
 
最后,需要注意的是,以上列舉的僅是本發明的具體實施方式,但是本發明不限于以上實施方式,還可以有很多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容中直接導出或聯想到的所有變形,均應認為是本發明的保護范圍。
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