本實(shí)用新型涉及一種采茶機(jī)械，尤其涉及一種智能采茶機(jī)器人，屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
中國(guó)是世界茶文化的發(fā)源地，是產(chǎn)茶大國(guó)，茶葉種類繁多，歷史悠久，茶葉的采摘具有鮮明的季節(jié)性，時(shí)令性強(qiáng)，通常集中在春秋兩季大量產(chǎn)出，尤其是春茶，鮮葉不及時(shí)采摘，將影響成品茶的質(zhì)量，目前主要的茶葉采摘方式是依靠人力手工勞動(dòng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，且在茶葉采摘季節(jié)勞動(dòng)力短缺十分嚴(yán)重，由于采摘能力的不足，往往造成錯(cuò)過采摘茶葉的最佳時(shí)間，隨著勞動(dòng)力的人工成本提高，這一問題更加突出，而且，隨著經(jīng)濟(jì)以及種植技術(shù)的發(fā)展，茶葉種植的農(nóng)場(chǎng)化、規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化也已成為一種趨勢(shì)，現(xiàn)在高品質(zhì)茶葉的采摘已經(jīng)成為制約茶葉產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，因此，急需要利用機(jī)械來進(jìn)行采茶，解決這一突出的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種智能采茶機(jī)器人，自動(dòng)化強(qiáng)、精度高、勞動(dòng)強(qiáng)度小，節(jié)省大量人力。
本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為：
一種智能采茶機(jī)器人，包括行走機(jī)構(gòu)，橫跨在茶樹上方與行走機(jī)構(gòu)連接的橫梁框架，設(shè)置在橫梁框架上的圖像采集器、控制器、機(jī)器人本體、收集裝置、電源，
所述行走機(jī)構(gòu)帶動(dòng)橫梁框架沿茶樹隴移動(dòng)，
采集茶樹圖像的圖像采集器的數(shù)據(jù)輸出接口與所述控制器的數(shù)據(jù)輸入接口連接，對(duì)接收的茶樹圖像進(jìn)行識(shí)別和處理的控制器的數(shù)據(jù)輸出接口與所述機(jī)器人本體的數(shù)據(jù)輸入接口連接，根據(jù)接收到的控制指令進(jìn)行工作的機(jī)器人本體與所述收集裝置連接；
所述收集裝置包括收集箱、使所述收集箱的內(nèi)部形成負(fù)壓的真空泵和與所述收集箱入口連通的回收管道；
所述電源與所述圖像采集器和所述控制器電連接；所述行走機(jī)構(gòu)、機(jī)器人本體、真空泵的動(dòng)力源接口與動(dòng)力電或空氣壓縮機(jī)連接。
進(jìn)一步，所述控制器包括
預(yù)先存入茶葉采摘等級(jí)的等級(jí)預(yù)置模塊，
對(duì)接收的茶樹圖像進(jìn)行識(shí)別的圖像識(shí)別模塊，
將所述圖像識(shí)別模塊與所述等級(jí)預(yù)置模塊中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)的并生成是否采摘指令的指令生成模塊，
將生成的指令輸出的指令輸出模塊。
進(jìn)一步，所述行走機(jī)構(gòu)分別設(shè)置在所述的橫梁框架的兩端，所述的行走機(jī)構(gòu)包括按順序連通的距離傳感器、行走控制器、電動(dòng)或氣動(dòng)履帶輪，距離傳感器時(shí)時(shí)檢測(cè)履帶輪距離茶樹之間的距離，行走控制器根據(jù)距離傳感器的檢測(cè)結(jié)果控制履帶輪的行走方向。
進(jìn)一步，所述的橫梁框架通過高度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置與行走機(jī)構(gòu)連接，高度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置可以保持橫梁框架始終處于水平，并與茶樹頂端保持設(shè)定的距離值。
進(jìn)一步，所述的機(jī)器人本體包括依次連接的前后水平移動(dòng)直線變位器、左右水平移動(dòng)直線變位器、上下垂直移動(dòng)直線變位器、旋轉(zhuǎn)軸、角度調(diào)節(jié)軸、末端執(zhí)行器，所述末端執(zhí)行器是電動(dòng)或氣動(dòng)手指，前后水平移動(dòng)直線變位器進(jìn)行前后水平移動(dòng)，左右水平移動(dòng)直線變位器進(jìn)行左右水平移動(dòng)，上下垂直移動(dòng)直線變位器進(jìn)行上下垂直移動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體進(jìn)行前后、左右、上下方向上的位移，即Y軸、X軸、Z軸方向上的位移，使機(jī)器人本體可以進(jìn)行大幅度變位移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)軸可以實(shí)現(xiàn)接近360o回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，角度調(diào)節(jié)軸可以調(diào)整末端執(zhí)行器的角度，進(jìn)而改變電動(dòng)或氣動(dòng)手指的角度姿態(tài)，使電動(dòng)或氣動(dòng)手指可以精確的采摘茶葉。
進(jìn)一步，所述的電源是蓄電池或鋰電池，蓄電池是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一種裝置，通過可逆的化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)再充電，電能輸出穩(wěn)定，可重復(fù)利用，方便更換，目前市場(chǎng)應(yīng)用廣泛；鋰電池具有能量高、使用壽命長(zhǎng)、重量輕、高低溫適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)鋰電池還具備高功率承受力。
進(jìn)一步，還包括防雨罩，所述防雨罩設(shè)置在橫梁框架的上方，可以在雨天有效防止設(shè)置在橫梁框架上的圖像采集器、控制器、機(jī)器人本體、收集裝置、電源等裝置被雨水淋濕。
本實(shí)用新型的有益效果在于：提高采摘能力，減少人工數(shù)量，降低勞動(dòng)力的人工成本，適用于茶葉種植的農(nóng)場(chǎng)化、規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化，便于采摘高品質(zhì)優(yōu)質(zhì)茶葉，同時(shí)，動(dòng)力源采用動(dòng)力電或空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣提供動(dòng)力，有效保護(hù)茶樹和茶園的環(huán)境不被污染。
附圖說明：
圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中主要附圖標(biāo)記含義如下：
1-履帶輪，2-橫梁框架，3-電源，4-收集箱，5-回收管道，6-高度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，7-前后水平移動(dòng)直線變位器，8-左右水平移動(dòng)直線變位器，9-上下垂直移動(dòng)直線變位器，10-旋轉(zhuǎn)軸，11-角度調(diào)節(jié)軸，12-氣動(dòng)手指。
具體實(shí)施方式：
下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做具體的介紹；
圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
如圖1所示：本實(shí)施例是一種智能采茶機(jī)器人，包括行走機(jī)構(gòu)，橫跨在茶樹上方與行走機(jī)構(gòu)連接的橫梁框架2，設(shè)置在橫梁框架2上的圖像采集器、控制器、機(jī)器人本體、收集裝置、電源3，行走機(jī)構(gòu)帶動(dòng)橫梁框架2沿茶樹隴移動(dòng)，采集茶樹圖像的圖像采集器的數(shù)據(jù)輸出接口與控制器的數(shù)據(jù)輸入接口連接，對(duì)接收的茶樹圖像進(jìn)行識(shí)別和處理的控制器的數(shù)據(jù)輸出接口與機(jī)器人本體的數(shù)據(jù)輸入接口連接，根據(jù)接收到的控制指令進(jìn)行工作的機(jī)器人本體與收集裝置連接；收集裝置包括收集箱4、使收集箱4的內(nèi)部形成負(fù)壓的真空泵和與收集箱4入口連通的回收管道5；電源3與圖像采集器和控制器電連接；行走機(jī)構(gòu)、機(jī)器人本體、真空泵的動(dòng)力源接口與空氣壓縮機(jī)連接；空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣為行走機(jī)構(gòu)、機(jī)器人本體、真空泵等需要壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的氣動(dòng)部件提供壓縮空氣動(dòng)力，當(dāng)然，也可以采用由電力驅(qū)動(dòng)的行走機(jī)構(gòu)、機(jī)器人本體、真空泵，通過外接動(dòng)力電為行走機(jī)構(gòu)、機(jī)器人本體、真空泵等需要?jiǎng)恿﹄姷碾妱?dòng)部件提供動(dòng)力電源。
本實(shí)施例中的控制器包括預(yù)先存入茶葉采摘等級(jí)的等級(jí)預(yù)置模塊，對(duì)接收的茶樹圖像進(jìn)行識(shí)別的圖像識(shí)別模塊，將圖像識(shí)別模塊與等級(jí)預(yù)置模塊中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)的并生成是否采摘指令的指令生成模塊，將生成的指令輸出的指令輸出模塊；本實(shí)施例中的圖像采集器是攝像機(jī)，在等級(jí)預(yù)置模塊中預(yù)先存入茶葉采摘等級(jí)，本實(shí)施例中的茶葉采摘等級(jí)包括一葉茶葉采摘等級(jí)、一芽一葉茶葉采摘等級(jí)、一芽?jī)扇~茶葉采摘等級(jí)，在采摘前選擇茶葉采摘等級(jí)，控制器通過圖像識(shí)別模塊對(duì)接收的茶樹圖像進(jìn)行識(shí)別，并與等級(jí)預(yù)置模塊中提前選擇好的茶葉采摘等級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，指令生成模塊根據(jù)比對(duì)結(jié)果生成是否采摘指令，生成的指令通過指令輸出模塊輸出；機(jī)器人本體上的氣動(dòng)手指12根據(jù)控制器輸出的指令到達(dá)指定的采摘位置對(duì)目標(biāo)茶葉進(jìn)行采摘；現(xiàn)有的圖像采集、識(shí)別、處理技術(shù)已經(jīng)非常成熟，在這里不再贅述。
本實(shí)施例中的行走機(jī)構(gòu)分別設(shè)置在橫梁框架2的兩端，行走機(jī)構(gòu)包括按順序連通的距離傳感器、行走控制器、氣動(dòng)履帶輪1，當(dāng)然，也可以選擇使用電動(dòng)履帶輪，距離傳感器時(shí)時(shí)檢測(cè)履帶輪1距離茶樹之間的距離，行走控制器根據(jù)距離傳感器的檢測(cè)結(jié)果控制履帶輪1的行走方向；而且，橫梁框架2通過高度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置6與行走機(jī)構(gòu)連接，高度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置6可以保持橫梁框架2始終處于水平，并與茶樹頂端保持設(shè)定的距離值；同時(shí)，本實(shí)施例還包括設(shè)置在橫梁框架2上方的防雨罩，可以在雨天有效防止設(shè)置在橫梁框架2上的圖像采集器、控制器、機(jī)器人本體、收集裝置、電源3等裝置被雨水淋濕。
本實(shí)施例中的機(jī)器人本體包括依次連接的前后水平移動(dòng)直線變位器7、左右水平移動(dòng)直線變位器8、上下垂直移動(dòng)直線變位器9、旋轉(zhuǎn)軸10、角度調(diào)節(jié)軸11、末端執(zhí)行器，其中末端執(zhí)行器是氣動(dòng)手指12，當(dāng)然，也可以采用電動(dòng)手指，前后水平移動(dòng)直線變位器7進(jìn)行前后水平移動(dòng)，左右水平移動(dòng)直線變位器8進(jìn)行左右水平移動(dòng)，上下垂直移動(dòng)直線變位器9進(jìn)行上下垂直移動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體進(jìn)行前后、左右、上下方向上的位移，即Y軸、X軸、Z軸方向上的位移，使機(jī)器人本體可以進(jìn)行大幅度變位移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)軸10可以實(shí)現(xiàn)接近360o回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，角度調(diào)節(jié)軸11可以調(diào)整末端執(zhí)行器的角度，進(jìn)而改變電動(dòng)或氣動(dòng)手指的角度姿態(tài)，使電動(dòng)或氣動(dòng)手指可以精確的采摘茶葉；現(xiàn)有機(jī)械采茶裝置比較野蠻，是將新長(zhǎng)出的茶葉進(jìn)行整個(gè)平推剃剪，這種機(jī)械采茶的方式不能確保采摘茶葉具有相同的標(biāo)準(zhǔn)，如一芽一葉，所采茶葉完整性、一致性極差，碎葉多，新葉老葉不分，甚至將枝條末端都剃剪混入茶葉中，降低制茶原料的質(zhì)量，而且對(duì)茶樹生長(zhǎng)傷害較大，影響茶樹的生長(zhǎng)發(fā)育，采摘完茶葉后還要往收集箱中輸送茶葉，茶葉在輸送的過程中容易掉落，而且浪費(fèi)時(shí)間，采茶作業(yè)效率低，本實(shí)施例通過氣動(dòng)手指12對(duì)待采目標(biāo)茶葉進(jìn)行精確采摘，不會(huì)對(duì)茶葉造成任何損傷，茶葉完整無碎葉，采摘下的茶葉通過回收管道5被及時(shí)吸入到收集箱4的內(nèi)部?jī)?chǔ)存，大大提高了茶葉的輸送效率，氣動(dòng)手指12可以一直采摘茶葉，提高采摘茶葉的效率。
本實(shí)施例中的電源3是蓄電池，蓄電池是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一種裝置，通過可逆的化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)再充電，電能輸出穩(wěn)定，可重復(fù)利用，方便更換，目前市場(chǎng)應(yīng)用廣泛；當(dāng)然，電源3也可以選擇使用鋰電池，鋰電池具有能量高、使用壽命長(zhǎng)、重量輕、高低溫適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)鋰電池還具備高功率承受力。
本實(shí)施例是一種智能采茶機(jī)器人的采茶方法，包括以下步驟：
（1）位置移動(dòng)：將圖像采集器、控制器、機(jī)器人本體、收集裝置、電源設(shè)置在橫梁框架上，行走機(jī)構(gòu)帶動(dòng)橫梁框架沿茶樹隴移動(dòng)，同時(shí)啟動(dòng)收集裝置運(yùn)行，電源為圖像采集器、控制器供電，行走機(jī)構(gòu)、機(jī)器人本體、收集裝置的動(dòng)力源由動(dòng)力電提供動(dòng)力或由空氣壓縮機(jī)提供壓縮空氣動(dòng)力；
（2）采集茶樹圖像：圖像采集器采集橫梁框架行進(jìn)方向上的茶樹圖像，并將采集到的茶樹圖像發(fā)送至控制器；
（3）處理圖像：控制器通過圖像識(shí)別模塊對(duì)接收的茶樹圖像進(jìn)行識(shí)別，并與等級(jí)預(yù)置模塊中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，指令生成模塊根據(jù)比對(duì)結(jié)果生成是否采摘指令，生成的指令通過指令輸出模塊輸出；
（4）采摘茶葉：機(jī)器人本體上的氣動(dòng)手指12根據(jù)控制器輸出的指令到達(dá)指定的采摘位置對(duì)目標(biāo)茶葉進(jìn)行采摘；
（5）回收茶葉：機(jī)器人本體采摘到的茶葉經(jīng)回收管道被吸入到收集裝置上的收集箱內(nèi)部?jī)?chǔ)存。
本實(shí)施例所述一種智能采茶機(jī)器人的采茶方法還包括橫梁框架的高度自動(dòng)調(diào)節(jié)步驟，且所述橫梁框架的高度自動(dòng)調(diào)節(jié)步驟與所述步驟（1）同步進(jìn)行。
目前，市場(chǎng)上已經(jīng)具有多種機(jī)械采茶的裝置，但其工作原理與樹葉修剪機(jī)和鏟草機(jī)相似，工作時(shí)是將新長(zhǎng)出的茶葉進(jìn)行整個(gè)平推剃剪，這種機(jī)械采茶的方式不能確保采摘茶葉具有相同的標(biāo)準(zhǔn)，如一芽一葉，所采茶葉完整性、一致性極差，碎葉多，新葉老葉不分，甚至將枝條末端都剃剪混入茶葉中，降低制茶原料的質(zhì)量，而且對(duì)茶樹生長(zhǎng)傷害較大，影響茶樹的生長(zhǎng)發(fā)育，因此，人們對(duì)能夠采摘高品質(zhì)優(yōu)質(zhì)茶葉的智能型采茶機(jī)器人的需求越來越大。
本實(shí)用新型利用圖像采集、識(shí)別、處理等技術(shù)與工業(yè)機(jī)器人相結(jié)合，對(duì)茶樹上的待采茶葉進(jìn)行精確定位并采摘，確保采摘的茶葉具有相同的標(biāo)準(zhǔn)，如一葉、一芽一葉、一芽?jī)扇~，所采茶葉完整性、一致性好，不會(huì)將老葉及枝條末端混入茶葉中，提高制茶原料的質(zhì)量，在采摘茶葉的過程中對(duì)茶樹無傷害，促進(jìn)茶樹的生長(zhǎng)發(fā)育；提高采摘能力，減少人工數(shù)量，降低勞動(dòng)力的人工成本，適用于茶葉種植的農(nóng)場(chǎng)化、規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化，便于采摘高品質(zhì)優(yōu)質(zhì)茶葉，同時(shí)，動(dòng)力源采用動(dòng)力電或空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣提供動(dòng)力，有效保護(hù)茶樹和茶園的環(huán)境不被污染。
以上所述僅是本實(shí)用新型專利的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型專利原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍。