本發(fā)明涉及名優(yōu)茶采摘，具體為一種基于提手采的名優(yōu)茶末端執(zhí)行器采摘機構。

背景技術：

1、名優(yōu)茶的采摘具有明顯的季節(jié)性，且采摘標準嚴格，通常只采摘一芽兩葉或頂芽，且要求茶葉完整、鮮嫩，現(xiàn)有的采茶機械普遍采用“一刀切”的方式，無法區(qū)分老葉與嫩芽，導致茶葉形狀和質量受損，不適宜名優(yōu)茶的采摘。當前名優(yōu)茶的采摘主要依賴人工，采摘環(huán)節(jié)的人力成本占整個茶葉生產成本的60％以上，人工采摘速度有限，且受天氣和地形等外部因素影響，勞動強度大，導致成本高昂。如今名優(yōu)茶采摘面臨的用工荒問題愈發(fā)突出，目前市面上使用的大都數(shù)為大宗茶采摘機械，極少數(shù)為名優(yōu)茶采摘機械，還沒有成熟的高性能名優(yōu)茶采摘機，并且目前使用的名優(yōu)茶采摘機械幾乎全部采用“剪切式”采摘，現(xiàn)有技術中，針對采摘效率低、采摘質量差問題的解決方案存在一定的局限性，例如，專利2023115987570公開了一種基于同步帶傳遞的反饋式名優(yōu)茶采摘裝置，該方法通過同步帶將茶葉帶入輸送裝置，然后舵機控制刀片聚合剪斷茶葉，實現(xiàn)了快速采摘，但仍有以下不足：使用剪切式原理，剪切式采摘容易造成茶葉的機械損傷，茶葉斷面易受真菌感染，影響茶樹的再次生長，并且剪切過程中可能會造成茶葉的破碎，尤其是如果操作不當，可能會剪傷茶葉或使其邊緣出現(xiàn)撕裂，影響茶葉的品質。

2、針對以上難題，經過對人工采摘過程的細致觀察和大量實驗數(shù)據(jù)積累，研發(fā)了一種真實模擬人工“提手采”的名優(yōu)茶末端采摘機構，這一發(fā)明可集成于串聯(lián)或并聯(lián)機器臂上，用于各種名優(yōu)茶采摘，提高名優(yōu)茶采摘的適應性；采用提手采原理，模擬人工采摘，精確采摘單株名優(yōu)茶嫩芽，可降低對茶葉嫩芽的損傷；滿足名優(yōu)茶采摘標準前提下，減輕人工勞動強度，提升采摘的連貫性和采摘效率，這樣不僅大幅減少人力資源的需求，還確保了采摘動作的標準化和高效性，為茶葉采摘提供了一種創(chuàng)新的方法。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種新型名優(yōu)茶采摘機構，具備采摘精確和采摘無損傷的特點，以解決上述技術背景中提出的現(xiàn)有機械采摘存在的選擇性差，茶葉質量不高的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

3、本發(fā)明一種基于提手采的名優(yōu)茶末端執(zhí)行器采摘機構，包括手臂伸縮機構、仿生抓取機構、腕部翻轉機構。

4、進一步地，手臂伸縮機構包括移動板、長頭螺栓、無刷舵機、舵機支撐架、滾珠滑軌、活動曲柄、鉸鏈銷、直槽連桿、凸臺固定塊、弧形移動片、壓縮彈簧、圓柱導桿、滾珠滑軌；所述移動板底部與4個滾珠滑塊通過螺釘固定連接；所述滾珠滑塊和滾珠滑軌的圓柱面中心配合，沿著滾珠滑軌左右滑動，實現(xiàn)所述移動板的移動；所述彈簧卡榫與所述舵機支撐架通過所述長頭螺栓固定連接；所述無刷舵機與所述舵機支撐架通過所述長頭螺栓固定連接；所述活動曲柄和舵機自帶搖臂鉸接，沿著所述鉸鏈銷自由轉動，搖臂第二個定位孔連接有所述鉸鏈銷；所述直槽連桿左端有切削的槽口，與所述圓柱導桿通過鉸鏈銷鉸接，右端有定位中心孔，與所述活動曲柄鉸接；所述圓柱導桿切削有軸肩，右端有中心孔，右端與所述直槽連桿通過所述鉸鏈銷鉸接，中間部位和所述壓縮彈簧、弧形移動片同軸配合，所述弧形移動片位于壓縮彈簧右側；所述弧形移動片底部有門型凹槽，所述弧形移動片底部凹槽和凸臺固定塊的凸榫配合，沿著凸榫左右移動。

5、進一步地，仿生抓取機構包括仿生手指、l型塊、t型滑塊、方形槽、數(shù)字舵機、主連桿、副連桿、舵機旋轉軸、螺母、六角頭半螺紋螺栓、螺栓；所述仿生手指形狀為人類手指中的食指形狀，底部有中心螺紋孔，所述仿生手指的指尖表面與水平面傾斜5-10度，表面有矩形凸起，模擬人手指紋，所述仿生手指與l型塊通過所述螺栓固定；所述l型塊與所述t型滑塊通過所述螺栓連接固定；所述t型滑塊的外部凸榫在所述方形槽內部的t字型凹槽里往復滑動，進而仿生手指沿著方形槽的凹槽內往復移動，實現(xiàn)開合動作；所述數(shù)字舵機與方形槽同心配合，舵機的旋轉中心和方形槽的中心孔，兩者同心配合；數(shù)字舵機與方形槽同心配合，舵機的側邊和方形槽背面緊密貼合；所述舵機旋轉軸的兩端面開有鍵槽，左端圓柱面切削有螺紋孔，舵機旋轉軸與舵機自帶的搖臂圓周方向通過矩形平鍵連接，兩者轉動時形成一個整體，軸向方向通過螺母架止動墊圈連接定位，舵機搖臂內部有漸開線形花鍵鍵槽，舵機外部的金屬齒輪和舵機搖臂的漸開線形花鍵通過齒面定位進行配合連接，實現(xiàn)舵機自身搖臂旋轉帶動舵機旋轉軸同步轉動；舵機旋轉軸與主連桿同軸安裝，使用鉸接配合，并通過螺母內螺紋連接固定，在舵機旋轉軸上加工有螺紋，螺紋連接方式采用彈簧墊片防松，所述副連桿通過所述六角頭半螺紋螺栓與主連桿鉸接配合；六角頭半螺紋螺栓左端為光滑軸面，右端面為螺紋，右端面螺紋和主連桿的螺紋孔固定連接，而左端光滑軸面與副連桿鉸接，并用墊片防止其竄動，所述副連桿和t型滑塊內部的螺紋孔通過六角頭半螺紋螺栓鉸接配合，右端螺紋面和t型滑塊的螺紋孔固定連接，而左端光滑軸面與副連桿鉸接，即副連桿繞著t型滑塊的中心孔旋轉，所述數(shù)字舵機旋轉帶動連桿轉動，進而連桿帶動仿生手指在方形槽內滑動。

6、進一步地，腕部翻轉機構包括基座框架、法蘭鎖緊螺母、階梯型從動軸、軸套、十字內襯、導向平鍵、螺釘、lyca梅花聯(lián)軸器、支撐擋板、固定支撐架、步進電機、機體外殼；所述支撐擋板安裝在固定支撐架凹槽內，并通過螺栓連接固定；所述軸套與支撐擋板同心配合，軸套底面和支撐擋板右側重；所述十字內襯外部凸榫與軸套內部凹槽配合連接；所述步進電機安裝在電機保護內部，聯(lián)軸器連接電機輸出軸和階梯從動軸，并同軸配合；所述導向平鍵安裝在從動軸的鍵槽上，并于十字內襯內部凹槽緊密配合；所述基座框架與軸套通過螺釘固定連接，所述法蘭鎖緊螺母與階梯型傳動軸通過螺紋相連，防止階梯型從動軸的軸向竄動。

7、與現(xiàn)有采茶機械相比，本發(fā)明一種基于提手采的名優(yōu)茶末端執(zhí)行器采摘機構的有益效果是：

8、(1)本發(fā)明仿生抓取機構通過數(shù)字舵機的精確控制，利用數(shù)字舵機、主連桿、副連桿和t型滑塊的組合，實現(xiàn)了將舵機的旋轉運動精確轉化為仿生手指的直線運動，從而能夠精確控制仿生手指的開合狀態(tài)，確保采摘過程中的穩(wěn)定性和準確性，夾持運動過程具有穩(wěn)定可靠、降低能耗、適用范圍廣的顯著優(yōu)點；整個機構采用緊湊的設計，各部件之間通過螺栓、螺母等連接件固定，結構穩(wěn)固且易于組裝和維護；其中仿生手指通過t型滑塊和方形槽的配合使得仿生手指能夠沿特定軌跡往復運動，實現(xiàn)類似于人手的提手采摘動作，提高了采摘的靈活性，特定的運動更加順暢，減少了摩擦和磨損；防松設計中利用在螺紋連接處采用彈簧墊片防松，確保了機構在長時間運行中的穩(wěn)定性和可靠性，減少了因螺紋松動導致的故障。

9、(2)本發(fā)明仿生手指的形狀模擬人類食指，指尖表面傾斜5-10度，且手指表面有花紋突起，模擬人手指指紋，這種設計使得抓取動作更加自然和精準，防止夾持茶葉時茶葉嫩芽滑動，便于采摘，提高采摘效率，減輕勞動強度，減少人工費用，節(jié)約成本，能夠更好地適應名優(yōu)茶的采摘需求；仿生手指采用聚碳酸酯材料，結構輕便，具有優(yōu)異的抗沖擊性能，能夠承受采摘過程中可能遇到的機械沖擊和振動，確保仿生手指在復雜環(huán)境下的耐用性和可靠性。

10、(3)本發(fā)明手臂伸縮機構利用移動板、彈簧卡榫、活動曲柄、直槽連桿、圓柱導桿、壓縮彈簧組成快回程曲柄導桿機構，移動板擠壓所述壓縮彈簧，壓縮彈簧開始壓縮，彈性勢能最大，活動曲柄到達最右端，彈簧卡榫的彈簧處于松弛狀態(tài)，活動曲柄繼續(xù)轉動，擠壓彈簧卡榫，超過彈簧限度，活動曲柄帶動所述圓柱導桿快速向左運動，實現(xiàn)手臂伸縮機構的快回程運動，在手臂伸展過程中，彈簧的快速釋放可以給手臂伸縮機構一個加速，使得回程運動速度加快，提高工作效率，提高了能量利用效率，彈簧在運動過程中能夠有效吸收和緩沖機構產生的沖擊力，減少振動和噪音，從而保護機構內部組件，延長設備的使用壽命；該機構的設計可以根據(jù)實際需求調整彈簧的剛度和壓縮量，以適應不同的工作負載和運動速度要求，具有較強的適應性。

11、(4)本發(fā)明腕部翻轉機構通過步進電機的精確控制，腕部翻轉機構能夠實現(xiàn)精確的角度翻轉，適應茶葉采摘過程中不同的位置和角度需求；其中傳動裝置采用lyca梅花聯(lián)軸器和階梯型傳動軸的設計，提高了傳動穩(wěn)定性，確保了腕部翻轉機構在高速運轉時的平穩(wěn)性，通過支撐擋板和固定支撐架的組合設計，腕部翻轉機構在運轉過程中能夠有效吸收和緩沖振動，減少了對茶葉的損害；腕部翻轉機構的設計允許通過簡單的螺栓固定和連接，方便快速地調整和更換部件，提高了設備的可維護性；動力裝置使用的步進電機具有高精度和低能耗的特點，結合高效的傳動機構，能夠實現(xiàn)節(jié)能運行，符合現(xiàn)代農業(yè)設備的高效節(jié)能要求。

12、(5)本發(fā)明真實模擬人工“提手采”的采摘動作，采用機械控制方式，通過仿生抓取機構和腕部翻轉機構的配合，在高速翻轉的同時，仿生手指的夾持力f在x軸方向的分量fx提供水平方向的茶葉夾緊力(采摘力)，夾持力f在y軸方向的分量fy提供豎直方向的茶葉提升力(提升力)，在夾持力f和作用力臂d的共同作用下，完成茶葉的提采動作；具有能夠精確采摘名優(yōu)茶的嫩芽，滿足名優(yōu)茶采摘標準，夾緊力較小，動作輕柔，對茶葉嫩梢的損害較輕的顯著優(yōu)點，采摘完成后有利于茶樹的持續(xù)健康生長，極大提升了名優(yōu)茶的整體采摘品質。

13、(6)本發(fā)明一種基于提手采的名優(yōu)茶末端執(zhí)行器的各部件(如仿生抓取機構、腕部翻轉機構、手臂伸縮機構)采用模塊化設計，可與delta并聯(lián)機械臂等結構配合使用，具有較高的擴展性，可以根據(jù)需求增加或調整功能模塊，適應更多的農業(yè)作業(yè)場景，模塊化集成設計使整體結構緊湊且易于組裝和維護，降低了設備的維護成本；各部件采用高強度材料(如聚碳酸酯、圓錐滾子軸承等)，進一步提高了設備的耐用性，通過螺栓、螺釘?shù)葮藴始潭ㄟB接，確保機構的穩(wěn)固性并延長設備壽命；動力源采用數(shù)字舵機和步進電機，使用清潔能源，節(jié)能環(huán)保，通過高效能量利用和低能耗設計，減少了對能源的依賴，符合現(xiàn)代農業(yè)設備的節(jié)能環(huán)保要求。