本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種仿生采茶刀具、采茶裝置及采茶方法，涉及茶葉采摘技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)的一種仿生采茶刀具，包括上支撐板以及與上支撐板一體成型的兩個(gè)側(cè)板，兩個(gè)所述側(cè)板之間安裝有滑動(dòng)齒板和固定齒板，所述固定齒板的兩端固定安裝在對(duì)應(yīng)的側(cè)板上，所述滑動(dòng)齒板滑動(dòng)安裝在固定齒板上，所述滑動(dòng)齒板包括基體和切割齒，所述切割齒的刀刃的外輪廓呈仿生結(jié)構(gòu)，所述上支撐板上安裝有驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元和滑動(dòng)齒板傳動(dòng)連接。本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種仿生采茶刀具、采茶裝置及采茶方法，通過激光雷達(dá)傳感器以及采茶機(jī)構(gòu)的協(xié)同作用，能夠?qū)Σ铇漤斏业孽r葉進(jìn)行自動(dòng)仿形采收，較好地保證了茶葉機(jī)采的效率和精度，促使茶葉行業(yè)機(jī)械化采摘發(fā)展水平進(jìn)一步提升。平進(jìn)一步提升。平進(jìn)一步提升。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種仿生采茶刀具、采茶裝置及采茶方法
[0001]本專利技術(shù)涉及茶葉采摘
，尤其涉及一種仿生采茶刀具、采茶裝置及采茶方法。
技術(shù)介紹
[0002][0003]我國是茶文化大國，也是茶葉種植生產(chǎn)大國，茶區(qū)遼闊，氣候多樣，茶類品種繁多，栽茶歷史悠久，形成了形狀各異的許多地方品種，而茶業(yè)順應(yīng)市場(chǎng)需求的發(fā)展，茶園面積不斷地?cái)U(kuò)大，茶葉產(chǎn)量迅速地遞增，而茶葉是一種季節(jié)性和時(shí)效性要求較高的產(chǎn)品，如果不能在規(guī)定時(shí)間之前完成茶葉采摘，那么就會(huì)對(duì)茶葉的品質(zhì)產(chǎn)生重要的影響，采摘的好壞和效率，直接影響到茶葉質(zhì)量和茶業(yè)效益，特別是明前茶、春茶，生長快，需及時(shí)高質(zhì)量采摘。
[0004]傳統(tǒng)的茶葉采摘方式，是采用人工進(jìn)行采摘，采摘質(zhì)量較好，但是效率極低，研究發(fā)現(xiàn)，采茶工1天8h約采摘3kg茶葉，因此隨著科技的發(fā)展，采茶的機(jī)械設(shè)備逐漸出現(xiàn)在市場(chǎng)上，目前用的最多的是手持式的采茶裝置，雖然效率比傳統(tǒng)人工采摘方式高，但是也需要人工操作，且目前的采茶裝置，由于茶壟的形狀限制，大多需要分別在左側(cè)、中間、右側(cè)分別進(jìn)行三次采摘，能耗和效率依然不能滿足日益增加的采茶需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0005]針對(duì)上述問題，本專利技術(shù)的目的在于公開一種仿生采茶刀具、采茶裝置及采茶方法，通過激光雷達(dá)傳感器以及采茶機(jī)構(gòu)的協(xié)同作用，能夠?qū)Σ铇漤斏业孽r葉進(jìn)行自動(dòng)仿形采收，較好地保證了茶葉機(jī)采的效率和精度，促使茶葉行業(yè)機(jī)械化采摘發(fā)展水平進(jìn)一步提升。
[0006]具體的，本專利技術(shù)的一種仿生采茶刀具，包括上支撐板以及與上支撐板一體成型的兩個(gè)側(cè)板，兩個(gè)所述側(cè)板之間安裝有滑動(dòng)齒板和固定齒板，所述固定齒板的兩端固定安裝在對(duì)應(yīng)的側(cè)板上，所述滑動(dòng)齒板滑動(dòng)安裝在固定齒板上，所述滑動(dòng)齒板包括基體和切割齒，所述切割齒的刀刃的外輪廓呈仿生結(jié)構(gòu)，所述上支撐板上安裝有驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元和滑動(dòng)齒板傳動(dòng)連接。
[0007]進(jìn)一步，所述基體上開設(shè)有多個(gè)散熱孔和條形孔，所述散熱孔和條形孔間隔設(shè)置。
[0008]進(jìn)一步，所述滑動(dòng)齒板和固定齒板之間穿設(shè)有一個(gè)或多個(gè)定位螺栓，一個(gè)或多個(gè)所述定位螺栓均設(shè)置于條形孔內(nèi)。
[0009]進(jìn)一步，所述切割齒的刀刃的外輪廓為仿茶尺蠖幼蟲口器切齒結(jié)構(gòu)，其仿生曲線為：
[0010]Y＝6.214sin(0.1429x+0.2629)+8.148sin(0.5242x
?
1.737)+2.309sin(0.91 12x+1.212)+6.217sin(0.5843x+0.5042)
?
0.4521sin(1.669x
?
8.656)+0.3548si n(1.99x
?
10.61)
[0011]其中：x∈[0,21.4]，單位為mm。
[0012]進(jìn)一步，所述切割齒的齒距為：30
?
35mm，齒高為20
?
23mm。
[0013]進(jìn)一步，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)，皮帶輪組件以及固定安裝在皮帶輪組件輸出軸上的凸輪，所述驅(qū)動(dòng)板上開設(shè)有連接槽，所述凸輪設(shè)置于連接槽內(nèi)且與連接槽形狀相匹配。
[0014]進(jìn)一步，所述皮帶輪組件包括皮帶傳動(dòng)連接的第一皮帶輪和第二皮帶輪，所述第一皮帶輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸固定連接，第二皮帶輪固定安裝在機(jī)架上，且與凸輪同軸設(shè)置。
[0015]此外，本專利技術(shù)還公開一種采茶裝置，所述采茶裝置包括移動(dòng)底座以及安裝在移動(dòng)底座上的機(jī)架，所述機(jī)架上固定安裝有兩個(gè)采茶機(jī)構(gòu)，所述采茶機(jī)構(gòu)包括滑軌單元以及滑動(dòng)安裝在滑軌單元上的支撐平臺(tái)，所述滑軌單元固定安裝在機(jī)架上，所述支撐平臺(tái)上固定安裝有直流推桿電機(jī)和激光雷達(dá)傳感器，所述直流推桿電機(jī)推桿的自由端上固定安裝有如權(quán)利要求1
?
4任一權(quán)利要求所述的仿生采茶刀具，所述采茶裝置還包括PLC控制器，所述激光雷達(dá)傳感器和PLC控制器的信號(hào)輸入端信號(hào)連接，所述PLC控制器的信號(hào)輸出端和直流推桿電機(jī)信號(hào)連接。
[0016]進(jìn)一步，所述滑軌單元包括平行設(shè)置的滾珠絲杠和滾輪滑軌，所述滾珠絲杠的一端通過軸承座固定安裝在機(jī)架上，另一端固定連接有轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)固定安裝在機(jī)架上，所述滾輪滑軌的兩端均通過軸承座固定安裝在機(jī)架上，所述支撐平臺(tái)包括固定連接的基座和支撐板，所述滾珠絲杠和滾輪滑軌穿射在基座內(nèi)。
[0017]進(jìn)一步，所述滾輪滑軌上開設(shè)有開口向上的凹槽，所述支撐板上于凹槽對(duì)應(yīng)的位置固定安裝兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的支耳，兩個(gè)所述支耳之間安裝有移動(dòng)滾輪，所述移動(dòng)滾輪位于凹槽內(nèi)，且與凹槽底部相接觸。
[0018]此外，本專利技術(shù)還公開了使用上述采茶裝置進(jìn)行茶葉采收的方法，具體包括以下步驟：
[0019]S1：將采茶裝置移動(dòng)至需采茶的茶壟處，使得移動(dòng)底座位于茶壟的兩邊，機(jī)架橫跨于茶壟之上，且兩個(gè)所述采茶機(jī)構(gòu)分別位于茶壟兩側(cè)對(duì)應(yīng)的位置；
[0020]S2：利用直流推桿電機(jī)將采茶機(jī)構(gòu)移動(dòng)到刀具與茶壟靠近但不接觸茶樹的狀態(tài)，且刀具整體向沿著茶壟中心方向向上傾斜，以匹配茶樹樹冠形狀；
[0021]S3：啟動(dòng)兩個(gè)采茶機(jī)構(gòu)上的激光雷達(dá)器，分別對(duì)兩個(gè)刀具的位置進(jìn)行檢測(cè)，并通過激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)擬合茶樹樹冠，計(jì)算茶樹樹冠曲線與刀具曲線的匹配方案，再根據(jù)匹配方案，通過PLC控制器控制直流推桿電機(jī)，調(diào)整直流推桿電機(jī)的推桿的位置，進(jìn)而控制刀具的姿態(tài)和高度進(jìn)行茶葉采收；
[0022]S4：移動(dòng)底座沿著茶壟進(jìn)行移動(dòng)，采茶刀具持續(xù)對(duì)茶葉進(jìn)行采收，同時(shí)兩個(gè)激光雷達(dá)器均持續(xù)動(dòng)態(tài)檢測(cè)刀具和擬合茶樹樹冠，PLC控制器根據(jù)接收到的信號(hào)控制直流推桿電機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)升降，直至采收完成。
[0023]進(jìn)一步，所述S3步驟中，在匹配茶樹樹冠曲線和刀具曲線時(shí)，根據(jù)匹配后樹冠曲線與刀具曲線的間的夾角α和兩曲線間的平均距離L判斷作為匹配的標(biāo)準(zhǔn)，若α＞α0或L＞L0，則繼續(xù)調(diào)節(jié)直流推桿電機(jī)直到α<α0且L<L0為止，其中，α0、L0是根據(jù)實(shí)際作業(yè)情況和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況所給予的測(cè)量允許偏差值。
[0024]本專利技術(shù)的有益效果：
[0025]1、本專利技術(shù)公開了一種仿生采茶刀具，以生物切齒葉為原型進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)，為茶樹
修剪刀具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了仿生學(xué)依據(jù)。本專利技術(shù)的動(dòng)刀片切割齒以茶尺蠖幼蟲上顎前端的切齒葉為原型進(jìn)行仿生齒設(shè)計(jì)，對(duì)其幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，有利于修剪刀對(duì)茶樹葉片的切割，減少功耗，提高了工作效率。
[0026]2、本專利技術(shù)公開了一種采茶裝置，利用兩組仿形采茶機(jī)構(gòu)來適應(yīng)弧形頂梢茶樹的鮮葉采收，仿形精度高、采收效果好，并采用合理的空間結(jié)構(gòu)布置于移動(dòng)平臺(tái)上；作業(yè)時(shí)，安裝有兩組仿形采茶機(jī)構(gòu)的移動(dòng)平臺(tái)沿茶樹壟長方向移動(dòng)，依靠 PLC控制器控制移動(dòng)底座和各采茶機(jī)構(gòu)的有序運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了裝置在行進(jìn)過程中對(duì)單壟茶樹上目標(biāo)鮮葉的“一次性”自動(dòng)采收，減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高了茶葉機(jī)械采摘的速度和質(zhì)量。
[0027]3、本專利技術(shù)公開的采茶方法，以采茶裝置為基礎(chǔ)，利用激光雷達(dá)傳感器無滯后地在線擬合茶樹蓬面曲線，并實(shí)時(shí)匹配刀具和茶樹蓬面，響應(yīng)時(shí)間短、檢測(cè)精本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種仿生采茶刀具，其特征在于，包括上支撐板以及與上支撐板一體成型的兩個(gè)側(cè)板，兩個(gè)所述側(cè)板之間安裝有滑動(dòng)齒板和固定齒板，所述固定齒板的兩端固定安裝在對(duì)應(yīng)的側(cè)板上，所述滑動(dòng)齒板滑動(dòng)安裝在固定齒板上，所述滑動(dòng)齒板包括基體和切割齒，所述切割齒的刀刃的外輪廓呈仿生結(jié)構(gòu)，所述上支撐板上安裝有驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元和滑動(dòng)齒板傳動(dòng)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生采茶刀具，其特征在于，所述基體上開設(shè)有多個(gè)散熱孔和條形孔，所述散熱孔和條形孔間隔設(shè)置。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種仿生采茶刀具，其特征在于，所述滑動(dòng)齒板和固定齒板之間穿設(shè)有一個(gè)或多個(gè)定位螺栓，一個(gè)或多個(gè)所述定位螺栓均設(shè)置于條形孔內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種仿生采茶刀具，其特征在于，所述切割齒的刀刃的外輪廓為仿茶尺蠖幼蟲口器切齒結(jié)構(gòu)，其仿生曲線為：Y＝6.214sin(0.1429x+0.2629)+8.148sin(0.5242x
?
1.737)+2.309sin(0.9112x+1.212)+6.217sin(0.5843x+0.5042)
?
0.4521sin(1.669x
?
8.656)+0.3548sin(1.99x
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10.61)其中：x∈[0,21.4]，單位為mm。5.一種采茶裝置，其特征在于，所述采茶裝置包括移動(dòng)底座以及安裝在移動(dòng)底座上的機(jī)架，所述機(jī)架上固定安裝有兩個(gè)采茶機(jī)構(gòu)，所述采茶機(jī)構(gòu)包括滑軌單元以及滑動(dòng)安裝在滑軌單元上的支撐平臺(tái)，所述滑軌單元固定安裝在機(jī)架上，所述支撐平臺(tái)上固定安裝有直流推桿電機(jī)和激光雷達(dá)傳感器，所述直流推桿電機(jī)推桿的自由端上固定安裝有如權(quán)利要求1
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4任一權(quán)利要求所述的仿生采茶刀具，所述采茶裝置還包括PLC控制器，所述激光雷達(dá)傳感器和PLC控制器的信號(hào)輸入端信號(hào)連接，所述PLC控制器的信號(hào)輸出端和直流推桿電機(jī)信號(hào)連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種采茶裝置，其...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：董春旺，李楊，陳建能，王梅，賈江鳴，張人天，王慕哲，劉中原，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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