一种茶叶智能采摘机

摘要

本发明涉及一种茶叶智能采摘机，属于农业机械技术领域。该机包括安置在行走机械上部的降料器以及信号输入端接茶叶图像摄取识别装置的控制电路；行走机械朝前延伸出的支架上具有前后延伸的轨道，轨道上支撑的滑架与轨道丝杠构成螺旋副；滑架上装有与之形成移动副的剪切座，剪切座与滑架丝杠构成螺旋副；所述剪切座上装有与垂向丝杠构成升降螺纹副的切刀座，切刀座上装有水平旋转动刀片，动刀片与定刀片之间形成剪切口；剪切口上部安装通往降料器的负压茶叶收集管，控制电路的控制输出端分别接各电机的受控端。与单次单个采摘的现有技术相比，本发明工作效率大大提高，可以满足茶叶采摘和收集的需要。

权利要求

1.一种茶叶智能采摘机，包括安置在行走机械上部的降料器（14）以及信号输入端接茶叶图像摄取识别装置的控制电路；所述茶叶图像摄取识别装置包括摄像机（10）和向茶蓬投射光栅条纹的投影仪（11）；其特征在于：所述行走机械朝前延伸出支架（4），所述支架（4）上具有前后延伸的轨道（9），所述轨道上支撑有与之形成移动副的滑架（19），所述滑架（19）与轨道电机（18）驱动的轨道丝杠（17）构成螺旋副；所述滑架（19）上装有与之形成移动副的剪切座（23），所述剪切座（23）与滑架电机（16）驱动的滑架丝杠构成螺旋副；所述剪切座（23）上装有与垂向电机（20）驱动的垂向丝杠（21）构成升降螺纹副的切刀座（24），所述切刀座（24）上装有垂向剪切电机（7）驱动的水平旋转动刀片（6），所述动刀片（6）与定刀片（5）之间形成剪切口；所述剪切口上部安装通往降料器的负压茶叶收集管（12），所述控制电路的控制输出端分别接各电机的受控端。

2.根据权利要求1所述的茶叶智能采摘机，其特征在于：所述水平旋转动刀片（6）和定刀片（5）分别具有多个周向均布的径向延伸刀齿，动刀片（6）和定刀片（5）的相邻刀齿之间形成剪切口。

3.根据权利要求1或2所述的茶叶智能采摘机，其特征在于：所述行走机械前下部装有动力驱动的双摇杆机构（1、3），所述双摇杆机构中具有垂向连杆，所述垂向连杆朝前延伸出支架（4）。

说明书

一种茶叶智能采摘机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种茶叶采摘机，尤其是一种茶叶智能采摘机，属于农业机械技术领域。

背景技术

[0002] 检索发现，申请号为200410081482.4的中国专利申请公开了一种自动采茶机,该机不仅视觉系统只有一个图像采集头，仅能初步对茶蓬嫩梢进行识别，不能获取茶蓬嫩梢的高度信息，无法拟合出嫩茶的三维信息，难以控制茶叶摘取机构准确采摘，而且摘采部分采用采摘刀爪，由采摘执行机构控制刀爪开、合实现嫩茶的剪切，只适用于单次单个采摘。申请号为201320025340.0的中国专利公开了一种茶叶采摘系统，该系统采用激光二维测距方式测量茶叶高程，激光头的点测距方式存在测距范围小、时间长的缺点，垂直定位的效率低；虽然该系统采用双目摄像机对嫩茶图像进行识别，但实验表明，由于茶树嫩梢密度大，采用此方法采集到的两个图像极为相似，难以对特征点进行准确匹配，无法解决嫩茶的识别问题；尤其是摘采部分采用剪刀剪切嫩茶，同样只适用于单次单个采摘。

[0003] 总之，以上现有技术均存在只能单次单个采摘的局限性，因此完成一次采摘的时间长、效率很低，不适用于采摘时效性高、采摘强度大的茶叶采摘作业。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的缺点，提出一种不仅自动化程度高、而且作业效率显著提高的茶叶智能采摘机，从而满足时效性强、采摘强度大的名优茶叶采摘作业需求。

[0005] 为了达到以上目的，本发明的茶叶智能采摘机基本技术方案为：包括安置在行走机械上部的降料器以及信号输入端接茶叶图像摄取识别装置的控制电路；所述茶叶图像摄取识别装置包括摄像机和向茶蓬投射光栅条纹的投影仪；所述行走机械朝前延伸出支架，所述支架上具有前后延伸的轨道，所述轨道上支撑有与之形成移动副的滑架，所述滑架与轨道电机驱动的轨道丝杠构成螺旋副；所述滑架上装有与之形成移动副的剪切座，所述剪切座与滑架电机驱动的滑架丝杠构成螺旋副；所述剪切座上装有与垂向电机驱动的垂向丝杠构成升降螺纹副的切刀座，所述切刀座上装有垂向剪切电机驱动的水平旋转动刀片，所述动刀片与定刀片之间形成剪切口；所述剪切口上部安装通往降料器的负压茶叶收集管，所述控制电路的控制输出端分别接各电机的受控端。

[0006] 工作时，位于三维驱动机构上的切刀座不仅可以在行走机械带动下，不受茶行的限制，根据茶叶图像摄取识别装置对茶叶嫩芽的识别，进而由控制电路控制三维电机，准确使剪切口到达需采摘位置，而且通过切刀旋转运动产生的连续剪切，将茶叶不断采摘下来，进而通过负压吸到降料器内，因此与单次单个采摘的现有技术相比，工作效率大大提高，可以满足茶叶采摘和收集的需要。

[0007] 本发明进一步的完善是，所述水平旋转动刀片和定刀片分别具有多个周向均布的径向延伸刀齿，动刀片和定刀片的相邻刀齿之间形成剪切口。这样，动刀片旋转时，多个刀齿同时进行剪切，从而可以同时完成邻近茶叶的采摘，显著提高工作效率。

[0008] 本发明更进一步的完善是，所述行走机械前下部装有动力驱动的双摇杆机构，所述双摇杆机构中具有垂向连杆，所述垂向连杆朝前延伸出支架。这样，在行走机械的带动下，借助双摇杆机构可以操作控制使切刀座快速粗就位，再由控制电路控制三维驱动机构精确定位，不仅避免了整个采摘平台装置对茶蓬的干涉影响，还进一步提高采摘效率。

附图说明

[0009] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。

[0010] 图1为本发明一个优选实施例的结构示意图。

[0011] 图2为图1的A向局部视图。

[0012] 图3为图1的B向局部视图。

[0013] 图4为图1的C处局部放大图。

[0014] 图5为图4的D-D剖视图。

[0015] 图6为图1实施例的连续采摘路线示意图。

具体实施方式

[0016] 实施例一

[0017] 本实施例的茶叶智能采摘机基本结构如图1所示，行走机械22的前下部装有油缸13作为动力驱动的双摇杆机构，该双摇杆机构的直摇杆3和弯摇杆1的一端分别铰装在行走机械22的前下部，其另一端分别与垂向连杆2铰接，该垂向连杆2朝前延伸出支架4。行走机械22的上部安装有降料器14。支架4上支撑有信号输出端接控制电路的摄像机10和投影仪11，从而可以通过图像处理，实现待采摘茶叶的识别。此外，支架4支撑的工作平台
8上两侧具有前后延伸的轨道9。

[0018] 如图2所示，两条轨道9上支撑有与之形成移动副的滑架19，滑架19与轨道电机18驱动的轨道丝杠17构成螺旋副。滑架19上装有与之形成移动副的剪切座23，剪切座23与滑架电机16驱动的滑架丝杠19-1构成螺旋副。

[0019] 如图3所示，剪切座23上装有与垂向电机20驱动的垂向丝杠21构成升降螺纹副的切刀座24，切刀座24上装有剪切电机7驱动的水平旋转动刀片6（参见图1）。如图4、图5所示，水平旋转的盘状动刀片6和紧贴的定刀片5分别具有多个周向均布的径向延伸刀齿，动刀片6和定刀片5的相邻刀齿之间形成剪切口。

[0020] 剪切口上部安装通往降料器14的负压茶叶收集管12，降料器14顶部安装离心风机15，控制电路的控制输出端分别接各电机。

[0021] 工作时，行走机械系统可以按需灵活移位，并借助操控双摇杆机构使切刀座快速粗就位，接着控制电路根据茶叶图像采集处理得出的结果，控制三维驱动机构使切刀座精确跟踪，通过旋转切刀连续剪切，实现图6所示曲面轨迹的茶叶准确高效自动采摘。

[0022] 归纳起来，本实施例的茶叶智能采摘机还具有如下优点：

[0023] 1）采用单目摄像机获取茶蓬图像，基于CMY空间的y-c色彩因子对茶树嫩梢进行识别，并选用OTSU法进行图像阈值分割，最后通过中值滤波消除噪声，实现对茶树嫩梢信息的辨别，识别时间短、准确度高；

[0024] 2）采用向茶蓬投射光栅条纹的投影仪，利用光学投影式三维轮廓测量的方法，由投影到茶蓬上的变形光栅像的形变量与高度的关系来确定出茶树嫩梢的高度，一次投影可测出投影面积内的全部嫩茶高度，大大提高了识别定位的效率；

[0025] 3）控制系统根据单目摄像机和光栅投影仪拟合出的投影面积内的茶树嫩梢轮廓曲面，将其分割成若干个宽度为15mm的小曲面，控制采摘机构以该曲面为轨迹连续采摘嫩茶；

[0026] 4）剪切口上部安装的负压茶叶收集管实时收集嫩茶，解决了茶树嫩梢密度大造成的单次单个采摘时采摘到两个及以上嫩茶和损伤相邻嫩茶的问题，采摘质量和效率极高；

[0027] 5）采用自走式采摘平台，作业灵活性强，通过双摇杆机构控制机架与茶蓬的高度，保证单目摄像机、投影仪和茶蓬的高度，确保单目摄像机以最佳的茶树嫩梢识别状态工作，也避免了整个采摘平台装置对茶蓬的干涉影响。