本發明涉及農業機械技術領域，具體涉及一種采茶機及其實現方法。

背景技術：

目前，采茶作業一般分為人工采茶和機械采茶。機械采茶的種類很多，但大多都采用對茶樹修剪的方式作業，對新葉和嫩芽的損害較為突出，在采摘過程中容易造成機械損傷，使茶葉整葉率下降，整體品質難以保證，因而優質的茶葉采摘大多采用人工方式，但人工采茶效率低，勞動力成本高，并且勞動力成本還在不斷上漲。

中國發明專利(授權公告日為：2016.07.06，授權公告號為：cn105723937a)公開了一種便攜式采茶機，剪切機構包括可做相對剪切運動的上剪切刀片及下剪切刀片，收集裝置包括收集腔及可做旋轉運動的掃葉輪；作業過程為：利用一個驅動電機帶動做相對運動的剪切葉片和掃葉輪進行工作，利用做相對運動的刀片做剪切的裝置，切葉的過程中震動比較大，剪切的效率低下，而且容易損傷葉片，利用掃葉輪在收集的過程中容易把茶葉攪碎，比較難確保采的茶葉的品質。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種采茶品質高、工作效率高的采茶機。

本發明的另一目的在于提供一種采茶機的實現方法。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種采茶機，包括機架，以及設置在所述機架上的位置識別裝置、機械手裝置、剪切裝置、收集裝置和總控制系統，其中，所述位置識別裝置設置在所述機架頂部，所述剪切裝置設置在所述機械手裝置底部，所述收集裝置設置在所述機架底部，所述位置識別裝置、機械手裝置和剪切裝置分別與所述總控制系統相連接；

所述位置識別裝置包括立體攝像機和支架，所述立體攝像機設置在所述支架上，所述支架固定在所述機架頂部且位于機架的正前方；

所述機械手裝置包括套筒、電機安裝板、第一伺服電機、第二伺服電機、第三伺服電機、第一機械臂、第二機械臂和第三機械臂，其中，所述套筒固定在所述機架頂部的正中間，所述電機安裝板與所述套筒相連接，所述第一伺服電機、第二伺服電機和第三伺服電機都設置在所述電機安裝板上，所述第一機械臂與所述第一伺服電機相連接，所述第二機械臂與所述第二伺服電機相連接，所述第三機械臂與所述第三伺服電機相連接；

所述剪切裝置包括連接板、機械爪、拉線機構和第四伺服電機，其中，所述連接板位于所述機械手裝置下方且與所述第一機械臂、第二機械臂和第三機械臂相連接，所述機械爪設置在所述連接板下方，所述機械爪末端設有可將茶葉嫩苗夾斷的刀刃，所述第四伺服電機設置在所述電機安裝板上，所述機械爪和所述第四伺服電機通過所述拉線機構相連接；

所述收集裝置為茶葉收集箱；

所述總控制系統包括圖像處理模塊和動作控制模塊，所述立體攝像機與所述圖像處理模塊相連接，所述第一伺服電機、第二伺服電機、第三伺服電機和第四伺服電機分別與所述動作控制模塊相連接。

優選地，所述第一機械臂、第二機械臂和第三機械臂都包括長金屬桿和短金屬桿，所述短金屬桿一端與伺服電機相連接，短金屬桿另一端與所述長金屬桿一端活動連接，所述長金屬桿另一端與所述連接板相連接。

優選地，所述立體攝像機包括兩個攝像頭。

優選地，所述機架由正方形截面的中空金屬管焊接而成。

優選地，所述茶葉收集箱為長方體結構。

一種由上述采茶機的實現方法，包括下述步驟：

(1)工作時，首先將采茶機安裝在可在茶壟中行走的拖拉機上，通過調整機架在拖拉機上的位置，進而調整機械手裝置末端的剪切裝置和茶壟的高度差，使得機械手裝置處于豎直向下狀態時，剪切裝置位于茶壟的中心線上；

(2)啟動拖拉機以合適的速度在茶壟中行駛，并保持剪切裝置處于茶壟的中心線上；

(3)啟動采茶機的位置識別裝置，位置識別裝置的立體攝像機找到茶樹嫩苗的準確位置并將采集到的位置信息傳送給總控制系統，總控制系統的圖像處理模塊處理傳來的位置信息后，將處理后的位置信息傳送給總控制系統，總控制系統制定機械臂的運動路線；

(4)總控制系統的動作控制模塊通過控制第一伺服電機、第二伺服電機和第三伺服電機進而驅動機械臂運動到指定的位置，到達指定位置后，剪切裝置運行，總控制系統的動作控制模塊控制第四伺服電機工作，第四伺服電機驅動拉線機構，進而控制機械爪夾斷茶樹嫩苗，同時機械爪保持夾緊狀態，驅動機械臂運動并到達收集裝置上方，此時機械爪張開，茶樹嫩苗掉落在收集裝置內；

(5)待收集裝置中的茶樹嫩苗達到一定的容量時，將收集裝置卸下并倒出茶樹嫩苗，將茶樹嫩苗轉運到下一個生產環節中，完成采茶工作。

本發明的工作原理：

工作時，首先將采茶機安裝在可在茶壟中行走的拖拉機上，通過調整機架在拖拉機上的位置，進而調整機械手裝置末端的剪切裝置和茶壟的高度差，使得機械手裝置處于豎直向下狀態時，剪切裝置位于茶壟的中心線上；啟動拖拉機以合適的速度在茶壟中行駛，并保持剪切裝置處于茶壟的中心線上；啟動采茶機的位置識別裝置，位置識別裝置的立體攝像機找到茶樹嫩苗的準確位置并將采集到的位置信息傳送給總控制系統，總控制系統的圖像處理模塊處理傳來的位置信息后，將處理后的位置信息傳送給總控制系統，總控制系統制定機械臂的運動路線；之后總控制系統的動作控制模塊通過控制第一伺服電機、第二伺服電機和第三伺服電機進而驅動機械臂運動到指定的位置，到達指定位置后，剪切裝置運行，總控制系統的動作控制模塊控制第四伺服電機工作，第四伺服電機驅動拉線機構，進而控制機械爪夾斷茶樹嫩苗，同時機械爪保持夾緊狀態，驅動機械臂運動并到達收集裝置上方，此時機械爪張開，茶樹嫩苗掉落在收集裝置內；待收集裝置中的茶樹嫩苗達到一定的容量時，將收集裝置卸下并倒出茶樹嫩苗，將茶樹嫩苗轉運到下一個生產環節中，完成采茶工作。

本發明與現有技術相比具有以下的有益效果：

本發明采摘方式模仿人工采摘，與現有采茶機相比，本發明對茶樹的機械損傷較少，采摘的茶葉質量可達到人工采茶的水平，而且本發明結構簡單，設計合理，所設計的并聯機械手的結構使采茶機整體運行速度快，采茶效率高。

附圖說明

圖1為本發明的整體結構示意圖；

圖2為本發明機械手裝置的結構示意圖；

圖3為本發明剪切裝置的結構示意圖。

圖中附圖標記為：1、機架；2、立體攝像機；3、第一伺服電機；4、總控制系統；5、套筒；6、電機安裝板；7、第二機械臂；8、第四伺服電機；9、機械爪；10、拉線機構；11、收集裝置；12、第二伺服電機；13、第三伺服電機；14、第三機械臂；15、第一機械臂；16、連接板。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。

如圖1～3所示，一種采茶機，包括機架1，所述機架1由正方形截面的中空金屬管焊接而成，以及設置在所述機架1上的位置識別裝置、機械手裝置、剪切裝置、收集裝置11和總控制系統4，其中，所述位置識別裝置設置在所述機架1頂部，所述剪切裝置設置在所述機械手裝置底部，所述收集裝置11設置在所述機架1底部，所述位置識別裝置、機械手裝置和剪切裝置分別與所述總控制系統4相連接；位置識別裝置對茶壟上的茶樹嫩苗進行識別，獲取茶樹嫩苗的相對位置信息，機械手裝置在總控制系統4的控制下移動到合適位置，剪切裝置對茶樹嫩苗進行剪切并放入收集裝置11內，實現采摘和收集功能；

所述位置識別裝置包括立體攝像機2和支架，所述立體攝像機2設置在所述支架上，所述立體攝像機2包括兩個攝像頭，所述支架固定在所述機架1頂部且位于機架1的正前方，立體攝像機2同時對剪切裝置前方的茶壟進行拍照，通過特定的算法分析圖像，識別茶樹嫩苗，并計算出嫩苗的相對位置信息；

所述機械手裝置包括套筒5、電機安裝板6、第一伺服電機3、第二伺服電機12、第三伺服電機13、第一機械臂15、第二機械臂7和第三機械臂14，其中，所述套筒5固定在所述機架1頂部的正中間，所述電機安裝板6與所述套筒5相連接，所述第一伺服電機3、第二伺服電機12和第三伺服電機13都設置在所述電機安裝板6上，所述第一機械臂15與所述第一伺服電機3相連接，所述第二機械臂7與所述第二伺服電機12相連接，所述第三機械臂14與所述第三伺服電機13相連接；所述第一機械臂15、第二機械臂7和第三機械臂14都包括長金屬桿和短金屬桿，所述短金屬桿一端與伺服電機相連接，短金屬桿另一端與所述長金屬桿一端活動連接，所述長金屬桿另一端與所述連接板16相連接；各機械臂的末端可以在整個茶壟寬度范圍和高度范圍內進行移動，并配合剪切裝置完成抓取、夾斷、運送、放置的動作；

所述剪切裝置屬于往復式切割器，包括連接板16、機械爪9、拉線機構10和第四伺服電機8，其中，所述連接板16位于所述機械手裝置下方且與所述第一機械臂15、第二機械臂7和第三機械臂14相連接，所述機械爪9設置在所述連接板16下方，所述機械爪9末端設有可將茶葉嫩苗夾斷的刀刃，所述第四伺服電機8設置在所述電機安裝板6上，所述機械爪9和所述第四伺服電機8通過所述拉線機構10相連接；機械爪9由第四伺服電機8通過拉線機構10驅動，并在彈簧作用下復位，機械爪9可實現抓取、夾斷、轉運的動作；

所述收集裝置11為茶葉收集箱，所述茶葉收集箱為長方體結構，安裝在機架1底部的一側，茶葉收集箱可以迅速進行拆裝，完成茶葉的轉運；

所述總控制系統4包括圖像處理模塊和動作控制模塊，所述立體攝像機2與所述圖像處理模塊相連接，所述第一伺服電機3、第二伺服電機12、第三伺服電機13和第四伺服電機8分別與所述動作控制模塊相連接；總控制系統4可以同時完成圖像分析和機械臂的運行控制，協調采茶機各個部分的有序工作。

工作時，首先將采茶機安裝在可在茶壟中行走的拖拉機上，通過調整機架1在拖拉機上的位置，進而調整機械手裝置末端的剪切裝置和茶壟的高度差，使得機械手裝置處于豎直向下狀態時，剪切裝置位于茶壟的中心線上；啟動拖拉機以合適的速度在茶壟中行駛，并保持剪切裝置處于茶壟的中心線上；啟動采茶機的位置識別裝置，位置識別裝置的立體攝像機2找到茶樹嫩苗的準確位置并將采集到的位置信息傳送給總控制系統4，總控制系統4的圖像處理模塊處理傳來的位置信息后，將處理后的位置信息傳送給總控制系統4，總控制系統4制定機械臂的運動路線；之后總控制系統4的動作控制模塊通過控制第一伺服電機3、第二伺服電機12和第三伺服電機13進而驅動機械臂運動到指定的位置，到達指定位置后，剪切裝置運行，總控制系統4的動作控制模塊控制第四伺服電機8工作，第四伺服電機8驅動拉線機構10，進而控制機械爪9夾斷茶樹嫩苗，同時機械爪9保持夾緊狀態，驅動機械臂運動并到達收集裝置11上方，此時機械爪9張開，茶樹嫩苗掉落在收集裝置11內；待收集裝置11中的茶樹嫩苗達到一定的容量時，將收集裝置11卸下并倒出茶樹嫩苗，將茶樹嫩苗轉運到下一個生產環節中，完成采茶工作。

本發明采摘方式模仿人工采摘，以一支嫩芽為單位依次采摘，這種采摘方式的優點是對茶葉的損傷小，采茶品質高，能夠滿足高級茗茶對茶葉采摘的生產要求；與現有采茶機相比，本發明對茶樹的機械損傷較少，采摘的茶葉質量可達到人工采茶的水平，而且本發明結構簡單緊湊，設計合理，所設計的并聯機械手的結構使采茶機整體運行速度快，采茶效率高，在作業時，機架只需沿著茶壟直線移動，并聯機械手即可通過關節的轉動，完成整條茶壟的采茶作業。

上述為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述內容的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。