一種智能采茶機器人及其采茶方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能采茶機器人，包括行走機構，橫跨在茶樹上方與行走機構連接的橫梁框架，設置在橫梁框架上的圖像采集器、控制器、機器人本體、收集裝置、電源，行走機構帶動橫梁框架沿茶樹隴移動，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，對接收的茶樹圖像進行識別和處理的控制器的數(shù)據(jù)輸出接口與機器人本體的數(shù)據(jù)輸入接口連接，根據(jù)接收到的控制指令進行工作的機器人本體與收集裝置連接；電源與圖像采集器和控制器電連接；行走機構、機器人本體、真空泵的動力源接口與動力電或空氣壓縮機連接，本發(fā)明同時公開了一種智能采茶機器人的采茶方法，自動化強、精度高、勞動強度小，節(jié)省大量人力。
【專利說明】
一種智能采茶機器人及其采茶方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種采茶機械和基于該采茶機械的采茶方法，尤其涉及一種智能采茶機器人及其采茶方法，屬于農(nóng)業(yè)機械技術領域?！颈尘凹夹g】
[0002]中國是世界茶文化的發(fā)源地，是產(chǎn)茶大國，茶葉種類繁多，歷史悠久，茶葉的采摘具有鮮明的季節(jié)性，時令性強，通常集中在春秋兩季大量產(chǎn)出，尤其是春茶，鮮葉不及時采摘，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，勞動強度大，且在茶葉采摘季節(jié)勞動力短缺十分嚴重，由于采摘能力的不足，往往造成錯過采摘茶葉的最佳時間，隨著勞動力的人工成本提高，這一問題更加突出，而且，隨著經(jīng)濟以及種植技術的發(fā)展，茶葉種植的農(nóng)場化、規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化也已成為一種趨勢，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，急需要利用機械來進行采茶，解決這一突出的問題。
[0003]目前，市場上已經(jīng)具有多種機械采茶的裝置，但其工作原理與樹葉修剪機和鏟草機相似，工作時是將新長出的茶葉進行整個平推剃剪，這種機械采茶的方式不能確保采摘茶葉具有相同的標準，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，而且對茶樹生長傷害較大，影響茶樹的生長發(fā)育，因此，人們對能夠采摘高品質(zhì)優(yōu)質(zhì)茶葉的智能型采茶機器人的需求越來越大。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種智能采茶機器人及其采茶方法，對茶樹上的待采茶葉進行精確定位并采摘，確保采摘的茶葉具有相同的標準，如一芽一葉，所采茶葉完整性、一致性好，不會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茶樹無傷害，促進茶樹的生長發(fā)育，自動化強、精度高、勞動強度小，節(jié)省大量人力。
[0005]本發(fā)明所采用的技術方案為:一種智能采茶機器人，包括行走機構，橫跨在茶樹上方與行走機構連接的橫梁框架，設置在橫梁框架上的圖像采集器、控制器、機器人本體、收集裝置、電源，所述行走機構帶動橫梁框架沿茶樹隴移動，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，對接收的茶樹圖像進行識別和處理的控制器的數(shù)據(jù)輸出接口與所述機器人本體的數(shù)據(jù)輸入接口連接，根據(jù)接收到的控制指令進行工作的機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)部形成負壓的真空栗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;所述行走機構、機器人本體、真空栗的動力源接口與動力電或空氣壓縮機連接。
[0006]進一步，所述控制器包括預先存入茶葉采摘等級的等級預置模塊，對接收的茶樹圖像進行識別的圖像識別模塊，將所述圖像識別模塊與所述等級預置模塊中的數(shù)據(jù)進行比對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。
[0007]進一步，所述行走機構分別設置在所述的橫梁框架的兩端，所述的行走機構包括按順序連通的距離傳感器、行走控制器、電動或氣動履帶輪，距離傳感器時時檢測履帶輪距離茶樹之間的距離，行走控制器根據(jù)距離傳感器的檢測結(jié)果控制履帶輪的行走方向。[〇〇〇8]進一步，所述的橫梁框架通過高度自動調(diào)節(jié)裝置與行走機構連接，高度自動調(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定的距離值。
[0009]進一步，所述的機器人本體包括依次連接的前后水平移動直線變位器、左右水平移動直線變位器、上下垂直移動直線變位器、旋轉(zhuǎn)軸、角度調(diào)節(jié)軸、末端執(zhí)行器，所述末端執(zhí)行器是電動或氣動手指，前后水平移動直線變位器進行前后水平移動，左右水平移動直線變位器進行左右水平移動，上下垂直移動直線變位器進行上下垂直移動，進而實現(xiàn)機器人本體進行前后、左右、上下方向上的位移，即Y軸、X軸、Z軸方向上的位移，使機器人本體可以進行大幅度變位移動，旋轉(zhuǎn)軸可以實現(xiàn)接近360 °回轉(zhuǎn)運動，角度調(diào)節(jié)軸可以調(diào)整末端執(zhí)行器的角度，進而改變電動或氣動手指的角度姿態(tài)，使電動或氣動手指可以精確的采摘茶葉。 [〇〇1〇]進一步，所述的電源是蓄電池或鋰電池，蓄電池是將化學能直接轉(zhuǎn)化成電能的一種裝置，通過可逆的化學反應實現(xiàn)再充電，電能輸出穩(wěn)定，可重復利用，方便更換，目前市場應用廣泛;鋰電池具有能量高、使用壽命長、重量輕、高低溫適應性強等優(yōu)點，同時鋰電池還具備尚功率承受力。
[0011]進一步，還包括防雨罩，所述防雨罩設置在橫梁框架的上方，可以在雨天有效防止設置在橫梁框架上的圖像采集器、控制器、機器人本體、收集裝置、電源等裝置被雨水淋濕。
[0012]一種智能采茶機器人的采茶方法，包括以下步驟:(1)位置移動:將圖像采集器、控制器、機器人本體、收集裝置、電源設置在橫梁框架上， 行走機構帶動橫梁框架沿茶樹隴移動，同時啟動收集裝置運行，電源為圖像采集器、控制器供電，行走機構、機器人本體、收集裝置的動力源由動力電提供動力或由空氣壓縮機提供壓縮空氣動力；(2)采集茶樹圖像:圖像采集器采集橫梁框架行進方向上的茶樹圖像，并將采集到的茶樹圖像發(fā)送至控制器；(3)處理圖像:控制器通過圖像識別模塊對接收的茶樹圖像進行識別，并與等級預置模塊中的數(shù)據(jù)進行比對，指令生成模塊根據(jù)比對結(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:機器人本體上的氣動手指根據(jù)控制器輸出的指令到達指定的采摘位置對目標茶葉進行米摘；(5)回收茶葉:機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)部儲存。
[0013]進一步，還包括橫梁框架的高度自動調(diào)節(jié)步驟，所述橫梁框架的高度自動調(diào)節(jié)步驟與所述步驟(1)同步進行。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:利用圖像采集、識別、處理等技術與工業(yè)機器人相結(jié)合， 對茶樹上的待采茶葉進行精確定位并采摘，確保采摘的茶葉具有相同的標準，如一葉、一芽一葉、一芽兩葉，所采茶葉完整性、一致性好，不會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茶樹無傷害，促進茶樹的生長發(fā)育;本發(fā)明提供的一種智能采茶機器人及其采茶方法提高采摘能力，減少人工數(shù)量，降低勞動力的人工成本，適用于茶葉種植的農(nóng)場化、規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化，便于采摘高品質(zhì)優(yōu)質(zhì)茶葉，同時，動力源采用動力電或空氣壓縮機產(chǎn)生的壓縮空氣提供動力，有效保護茶樹和茶園的環(huán)境不被污染。
[0015]【附圖說明】:圖1為本發(fā)明結(jié)構示意圖；圖中主要附圖標記含義如下:1-履帶輪，2-橫梁框架，3-電源，4-收集箱，5-回收管道，6-高度自動調(diào)節(jié)裝置，7-前后水平移動直線變位器，8-左右水平移動直線變位器，9-上下垂直移動直線變位器，10-旋轉(zhuǎn)軸，11-角度調(diào)節(jié)軸，12-氣動手指。
[0016]【具體實施方式】:下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做具體的介紹；圖1為本發(fā)明結(jié)構示意圖；如圖1所示:本實施例是一種智能采茶機器人，包括行走機構，橫跨在茶樹上方與行走機構連接的橫梁框架2,設置在橫梁框架2上的圖像采集器、控制器、機器人本體、收集裝置、 電源3,行走機構帶動橫梁框架2沿茶樹隴移動，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，對接收的茶樹圖像進行識別和處理的控制器的數(shù)據(jù)輸出接口與機器人本體的數(shù)據(jù)輸入接口連接，根據(jù)接收到的控制指令進行工作的機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)部形成負壓的真空栗和與收集箱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;行走機構、機器人本體、真空栗的動力源接口與空氣壓縮機連接;空氣壓縮機產(chǎn)生的壓縮空氣為行走機構、機器人本體、真空栗等需要壓縮空氣驅(qū)動的氣動部件提供壓縮空氣動力，當然，也可以采用由電力驅(qū)動的行走機構、機器人本體、真空栗，通過外接動力電為行走機構、機器人本體、真空栗等需要動力電的電動部件提供動力電源。[〇〇17]本實施例中的控制器包括預先存入茶葉采摘等級的等級預置模塊，對接收的茶樹圖像進行識別的圖像識別模塊，將圖像識別模塊與等級預置模塊中的數(shù)據(jù)進行比對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;本實施例中的圖像采集器是攝像機，在等級預置模塊中預先存入茶葉采摘等級，本實施例中的茶葉采摘等級包括一葉茶葉采摘等級、一芽一葉茶葉采摘等級、一芽兩葉茶葉采摘等級等，在采摘前選擇茶葉采摘等級，控制器通過圖像識別模塊對接收的茶樹圖像進行識別，并與等級預置模塊中提前選擇好的茶葉采摘等級數(shù)據(jù)進行比對，指令生成模塊根據(jù)比對結(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；機器人本體上的氣動手指12根據(jù)控制器輸出的指令到達指定的采摘位置對目標茶葉進行采摘;現(xiàn)有的圖像采集、識別、處理技術已經(jīng)非常成熟，在這里不再贅述。
[0018]本實施例中的行走機構分別設置在橫梁框架2的兩端，行走機構包括按順序連通的距離傳感器、行走控制器、氣動履帶輪1，當然，也可以選擇使用電動履帶輪，距離傳感器時時檢測履帶輪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通過高度自動調(diào)節(jié)裝置6與行走機構連接，高度自動調(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定的距離值；同時，本實施例還包括設置在橫梁框架2上方的防雨罩，可以在雨天有效防止設置在橫梁框架2上的圖像采集器、控制器、機器人本體、收集裝置、電源3等裝置被雨水淋濕。
[0019]本實施例中的機器人本體包括依次連接的前后水平移動直線變位器7、左右水平移動直線變位器8、上下垂直移動直線變位器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)行器是氣動手指12,當然，也可以采用電動手指，前后水平移動直線變位器7進行前后水平移動，左右水平移動直線變位器8進行左右水平移動，上下垂直移動直線變位器9進行上下垂直移動，進而實現(xiàn)機器人本體進行前后、左右、上下方向上的位移，即Y軸、X軸、Z軸方向上的位移，使機器人本體可以進行大幅度變位移動，旋轉(zhuǎn)軸10可以實現(xiàn)接近360°回轉(zhuǎn)運動，角度調(diào)節(jié)軸11可以調(diào)整末端執(zhí)行器的角度，進而改變電動或氣動手指的角度姿態(tài)，使電動或氣動手指可以精確的采摘茶葉;現(xiàn)有機械采茶裝置比較野蠻，是將新長出的茶葉進行整個平推剃剪，這種機械采茶的方式不能確保采摘茶葉具有相同的標準，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，而且對茶樹生長傷害較大，影響茶樹的生長發(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，而且浪費時間，采茶作業(yè)效率低，本實施例通過氣動手指12對待采目標茶葉進行精確采摘，不會對茶葉造成任何損傷，茶葉完整無碎葉，采摘下的茶葉通過回收管道5被及時吸入到收集箱4的內(nèi)部儲存，大大提高了茶葉的輸送效率，氣動手指12可以一直采摘茶葉，提高采摘茶葉的效率。
[0020]本實施例中的電源3是蓄電池，蓄電池是將化學能直接轉(zhuǎn)化成電能的一種裝置，通過可逆的化學反應實現(xiàn)再充電，電能輸出穩(wěn)定，可重復利用，方便更換，目前市場應用廣泛； 當然，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、重量輕、高低溫適應性強等優(yōu)點，同時鋰電池還具備高功率承受力。
[0021]本實施例是一種智能采茶機器人的采茶方法，包括以下步驟:(1)位置移動:將圖像采集器、控制器、機器人本體、收集裝置、電源設置在橫梁框架上， 行走機構帶動橫梁框架沿茶樹隴移動，同時啟動收集裝置運行，電源為圖像采集器、控制器供電，行走機構、機器人本體、收集裝置的動力源由動力電提供動力或由空氣壓縮機提供壓縮空氣動力；(2)采集茶樹圖像:圖像采集器采集橫梁框架行進方向上的茶樹圖像，并將采集到的茶樹圖像發(fā)送至控制器；(3)處理圖像:控制器通過圖像識別模塊對接收的茶樹圖像進行識別，并與等級預置模塊中的數(shù)據(jù)進行比對，指令生成模塊根據(jù)比對結(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:機器人本體上的氣動手指12根據(jù)控制器輸出的指令到達指定的采摘位置對目標茶葉進行采摘；(5)回收茶葉:機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)部儲存。
[0022]本實施例所述一種智能采茶機器人的采茶方法還包括橫梁框架的高度自動調(diào)節(jié)步驟，且所述橫梁框架的高度自動調(diào)節(jié)步驟與所述步驟(1)同步進行。
[0023]本發(fā)明利用圖像采集、識別、處理等技術與工業(yè)機器人相結(jié)合，對茶樹上的待采茶葉進行精確定位并采摘，確保采摘的茶葉具有相同的標準，如一葉、一芽一葉、一芽兩葉，所采茶葉完整性、一致性好，不會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茶樹無傷害，促進茶樹的生長發(fā)育;提高采摘能力，減少人工數(shù)量，降低勞動力的人工成本，適用于茶葉種植的農(nóng)場化、規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化，便于采摘高品質(zhì)優(yōu)質(zhì)茶葉， 同時，動力源采用動力電或空氣壓縮機產(chǎn)生的壓縮空氣提供動力，有效保護茶樹和茶園的環(huán)境不被污染。
[0024]以上所述僅是本發(fā)明專利的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明專利原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明專利的保護范圍。
【主權項】
1.一種智能采茶機器人，其特征在于，包括行走機構，橫跨在茶樹上方與行走機構連接 的橫梁框架，設置在橫梁框架上的圖像采集器、控制器、機器人本體、收集裝置、電源，所述行走機構帶動橫梁框架沿茶樹隴移動，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，對接 收的茶樹圖像進行識別和處理的控制器的數(shù)據(jù)輸出接口與所述機器人本體的數(shù)據(jù)輸入接 口連接，根據(jù)接收到的控制指令進行工作的機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)部形成負壓的真空栗和與所述收集箱入 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;所述行走機構、機器人本體、真空栗 的動力源接口與動力電或空氣壓縮機連接。2.根據(jù)權利要求1所述的一種智能采茶機器人，其特征在于，所述控制器包括預先存入茶葉采摘等級的等級預置模塊，對接收的茶樹圖像進行識別的圖像識別模塊，將所述圖像識別模塊與所述等級預置模塊中的數(shù)據(jù)進行比對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。3.根據(jù)權利要求1所述的一種智能采茶機器人，其特征在于，所述行走機構分別設置在 所述的橫梁框架的兩端，所述的行走機構包括按順序連通的距離傳感器、行走控制器、電動 或氣動履帶輪。4.根據(jù)權利要求1或3所述的一種智能采茶機器人，其特征在于，所述的橫梁框架通過 高度自動調(diào)節(jié)裝置與行走機構連接。5.根據(jù)權利要求1所述的一種智能采茶機器人，其特征在于，所述的機器人本體包括依 次連接的前后水平移動直線變位器、左右水平移動直線變位器、上下垂直移動直線變位器、 旋轉(zhuǎn)軸、角度調(diào)節(jié)軸、末端執(zhí)行器，所述末端執(zhí)行器是電動或氣動手指。6.根據(jù)權利要求1所述的一種智能采茶機器人，其特征在于，所述的電源是蓄電池或鋰 電池。7.根據(jù)權利要求1所述的一種智能采茶機器人，其特征在于，還包括防雨罩，所述防雨 罩設置在橫梁框架的上方。8.基于權利要求1所述的一種智能采茶機器人的采茶方法，其特征在于，包括以下步 驟:(1)位置移動:將圖像采集器、控制器、機器人本體、收集裝置、電源設置在橫梁框架上， 行走機構帶動橫梁框架沿茶樹隴移動，同時啟動收集裝置運行，電源為圖像采集器、控制器 供電，行走機構、機器人本體、收集裝置的動力源由動力電提供動力或由空氣壓縮機提供壓 縮空氣動力；(2)采集茶樹圖像:圖像采集器采集橫梁框架行進方向上的茶樹圖像，并將采集到的茶 樹圖像發(fā)送至控制器；(3)處理圖像:控制器通過圖像識別模塊對接收的茶樹圖像進行識別，并與等級預置模 塊中的數(shù)據(jù)進行比對，指令生成模塊根據(jù)比對結(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:機器人本體上的氣動手指根據(jù)控制器輸出的指令到達指定的采摘位置 對目標茶葉進行米摘；(5)回收茶葉:機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) 部儲存。9.根據(jù)權利要求8所述的一種智能采茶機器人的采茶方法，其特征在于，還包括橫梁框 架的高度自動調(diào)節(jié)步驟，所述橫梁框架的高度自動調(diào)節(jié)步驟與所述步驟(1)同步進行。
【文檔編號】A01D46/04GK105993387SQ201610627086
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月3日
【發(fā)明人】戴坤龍
【申請人】揚州市邗江德昌塑料廠