一种智能采茶机器人及应用其采茶的方法技术

本发明专利技术公开了一种智能采茶机器人及应用其采茶的方法，其包括行进平台、下机箱、上机箱、采摘机械手及数据采集装置，行进平台带动机器人沿不同地形进行移动；下机箱内设有电源装置、驱动装置及控制装置，驱动装置用于驱动行进平台和采摘机械手工作，控制装置包括控制面板、中央控制系统、驱动控制子系统、数据管理子系统、图像处理子系统及通信模块；上机箱内设有称重装置，称重装置上设有收集箱；采摘机械手能够不间断地对茶树进行相同或不同等级茶叶的采摘；数据采集装置与控制装置相连。本发明专利技术既可以解决人工采摘存在的缺陷，极大地提高采茶效率，还可以对采茶过程中的数据进行有效的管控和分析，挖掘数据的潜在价值。

An Intelligent Tea-picking Robot and Its Application in Tea-picking

【技术实现步骤摘要】
一种智能采茶机器人及应用其采茶的方法
本专利技术涉及农业机械
，具体涉及一种智能采茶机器人及应用其采茶的方法。
技术介绍
茶叶通常集中在春秋两季大量产出，且采摘具有极强的季节性和时令性，尤其是春茶，若鲜叶无法及时采摘，会对成品茶的质量产生极大的影响，目前茶叶主要的采摘方式包括两种，一是依靠人工进行采摘，二是使用采茶设备。对于依靠人工采摘茶叶的方式，近年来，人工采摘茶叶的工钱逐年增长，尤其是春茶茶季，经常无法请到足够的采茶工，往往造成错过采摘茶叶的最佳时间，致使许多优质茶叶留在茶树上变老，而随着人工成本的提高，失采严重、成本持续走高的问题更加突出。同时，人工采摘不仅存在效率低下的问题，目前五六个采茶工的日采摘量仅有四十至六十公斤，效率极低，且人工采茶的随意性很强，所采摘的茶叶极不标准，还需返回加工厂人工再挑拣一道，无形中又增加成本，而且在支付工资方面，茶园主也极为为难，若按斤数支付工资，则会发生野蛮采摘伤树的行为，若日付工资，虽可起到保护茶树的目的，但日采摘量无法保证。虽然使用采茶设备可以在很大程度上缓解“采工荒”的问题，可以解决依靠人工采茶存在的缺陷，但其仍存在以下不足：(1)目前很多采茶机的工作原理与园林修剪机类似，但其工作时不分新叶老叶一刀切下，不仅无法分辨所采摘的是单芽、一芽一叶、一芽二叶、一芽三四叶或老叶，一致性极差，如果采茶完后不进行分拣，各种级别的茶叶彼此混杂在一起，极大地降低了茶叶的品质，而若后期进行分拣，无疑又增加了成本，而且这种一刀切的方式，对茶树的伤害较大，影响茶树之后的产量，甚至会影响茶树的成长。(2)目前虽然也有少部分采茶机能够实现分类采摘，避免增加后期分拣的人工成本，但这些采茶机的工作方式为往返式，即采摘头在茶树上完成识别、采摘后，采摘头连同摘下的茶叶一起移动至收集箱卸料后再返回原处继续采摘，这种采摘方式存在效率低下的问题。(3)采茶机的智能化程度低，无法对采茶过程中的数据进行有效管控和分析，增加了后期统计分析的时间和成本，采茶机的作用无法实现最大化。此外，现有采茶机的作用仅仅是采茶，功能过于单一，这在很大程度上影响了采茶机的市场销售前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种智能采茶机器人及应用其采茶的方法，其既可以根据茶叶品种和等级按标准进行采摘，解决人工采摘存在的缺陷，且两个采摘机械手能够独立、不间断地采摘茶叶，极大地提高了采茶效率，还可以对采茶过程中的数据进行有效的管控和分析，挖掘数据的潜在价值。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种智能采茶机器人，包括行进平台、下机箱、上机箱、采摘机械手及数据采集装置，其中：所述行进平台带动机器人沿不同地形进行移动；所述下机箱设于行进平台上，所述下机箱内设有电源装置、驱动装置及控制装置，所述电源装置为整机供电，所述驱动装置用于驱动所述行进平台和采摘机械手工作，所述控制装置包括控制面板、中央控制系统和与中央控制系统相连的驱动控制子系统、数据管理子系统、图像处理子系统及通信模块；所述上机箱设于下机箱上方，所述上机箱内设有称重装置，所述称重装置与中央控制系统相连，所述称重装置上设有用于收集不同类别茶叶的收集箱；所述采摘机械手设于上机箱的两侧，两侧的采摘机械手各自独立动作，并能够不间断地对茶树进行相同或不同等级茶叶的采摘，并将各自采摘的茶叶分别输送至所述收集箱；所述数据采集装置与控制装置相连，用于采集茶园环境、各棵茶树的信息以及对每棵茶树茶叶进行识别，并将数据存储于所述数据管理子系统中。优选地，所述采摘机械手包括仿生机械臂、往复式旋转软链、软质物料导槽、夹持机构、压力传感器及切刀，所述仿生机械臂可向各个方向转动，且其为中空结构，所述仿生机械臂的端部可自由旋转，所述软链、夹持机构、压力传感器及切刀均与所述驱动控制子系统相连，所述软链设于仿生机械臂前端内部，所述物料导槽的一端与软链的后端相对应、另一端通入所述收集箱，所述软链上间隔设置有若干个夹持机构，且所述夹持机构可依次随软链旋转伸出仿生机械臂，每一所述夹持机构的内侧设有压力传感器，所述切刀设于仿生机械臂的悬空端，并对所述夹持机构夹住的茶叶进行切割，所述夹持机构夹住茶叶后依次随软链旋转至物料导槽后松开。优选地，所述数据管理子系统包括数据存储模块、数据更新模块及数据分析模块，所述数据存储模块用于存储各大茶类茶树和各等级茶叶的图像数据、茶树各种病虫害图像数据，以及茶园信息、茶树分布数据、每株茶树的采摘数据，所述数据更新模块用于更新茶树病虫害图像数据、茶园或茶树的增减信息到数据存储模块，所述数据分析模块基于数据存储模块来预估茶树发芽、采摘及上市时间、预估各株茶树的年产量，并输出分析结果。优选地，所述数据采集装置包括设于上机箱顶部的GPS定位装置和环境识别装置以及设于仿生机械臂上的茶叶识别装置，所述GPS定位装置与中央控制系统相连，用于对茶树和管理员的定位，所述环境识别装置和茶叶识别装置分别与图像处理子系统相连，所述环境识别装置用于茶树、茶树环境、环境地形的识别，所述茶叶识别装置用于识别各类级的茶叶。优选地，所述图像处理子系统包括依次相连的图像采集模块、图像识别模块、图像对比模块及结果输出模块，所述图像采集模块与环境识别装置和茶叶识别装置相连，所述图像识别模块对接收的茶树和茶叶图像进行识别，所述图像对比模块与数据存储模块相连，接收的图像通过所述图像对比模块与数据存储模块中预存的数据进行比对，并根据比对结果通过所述结果输出模块生成茶树是否达到采摘条件、机器人最佳采摘路径的结果以及采摘机械手采摘茶树上哪种等级茶叶的指令。优选地，所述上机箱的顶部设有一组收集盒，当所述图像识别模块识别出与预存数据中病虫害图像数据相似或不同的病变叶面时，所述结果输出模块生成示警指令，并通过所述采摘机械手采摘病变茶叶送至收集盒，所述上机箱为前侧开口的中空箱体，箱体开口通过一斜坡式箱门封闭，所述箱门打开后，所述收集箱可沿着箱门滑出，所述收集箱被分隔成两个收集仓，两个所述收集仓的底部分别设有称重装置，所述收集仓上设有红外容量感应器和温湿度计，所述收集仓上方设有风扇，所述红外容量感应器、温湿度计及风扇均与所述中央控制系统相连。优选地，还包括升降装置，所述升降装置与驱动控制子系统相连，用于控制所述上机箱进行升降，以使所述采摘机械手适应茶树的高度，所述行进平台包括履带轮、仿生腿及水平仪，根据所述环境识别装置识别的环境地形，所述驱动控制子系统控制履带轮和仿生腿进行切换运动，以实现机器人在平地时进行平动、在坡地时进行跨步动作，所述水平仪与中央控制系统相连，用于检测机器人在行进时的平衡状态。一种应用智能采茶机器人采茶的方法，包括以下步骤：S1、启动机器人，通过上机箱顶部的GPS定位装置对茶园的茶树进行定位，通过环境识别装置采集茶树、茶树环境、环境地形的图像后，由图像处理子系统进行图像处理，并判断茶树的健康状况、是否达到采摘条件及生成机器人最佳采摘路径；S2、通过操作与通信模块无线连接的控制终端或操作控制面板来设置机器人的工作模式，工作模式有采摘模式和修剪模式，在采摘模式下进行所采茶类和茶叶等级、采茶模式的设置，采茶模式有单机模式和联动模式，单机模式下，采摘机械手完成某一个等级茶叶的采摘，联动模式下，采摘机械手同时进行不同等级本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能采茶机器人，其特征在于：包括行进平台、下机箱、上机箱、采摘机械手及数据采集装置，其中：所述行进平台带动机器人沿不同地形进行移动；所述下机箱设于行进平台上，所述下机箱内设有电源装置、驱动装置及控制装置，所述电源装置为整机供电，所述驱动装置用于驱动所述行进平台和采摘机械手工作，所述控制装置包括控制面板、中央控制系统和与中央控制系统相连的驱动控制子系统、数据管理子系统、图像处理子系统及通信模块；所述上机箱设于下机箱上方，所述上机箱内设有称重装置，所述称重装置与中央控制系统相连，所述称重装置上设有用于收集不同类别茶叶的收集箱；所述采摘机械手设于上机箱的两侧，两侧的采摘机械手各自独立动作，并能够不间断地对茶树进行相同或不同等级茶叶的采摘，并将各自采摘的茶叶分别输送至所述收集箱；所述数据采集装置与控制装置相连，用于采集茶园环境、各棵茶树的信息以及对每棵茶树茶叶进行识别，并将数据存储于所述数据管理子系统中。

【技术特征摘要】
1.一种智能采茶机器人，其特征在于：包括行进平台、下机箱、上机箱、采摘机械手及数据采集装置，其中：所述行进平台带动机器人沿不同地形进行移动；所述下机箱设于行进平台上，所述下机箱内设有电源装置、驱动装置及控制装置，所述电源装置为整机供电，所述驱动装置用于驱动所述行进平台和采摘机械手工作，所述控制装置包括控制面板、中央控制系统和与中央控制系统相连的驱动控制子系统、数据管理子系统、图像处理子系统及通信模块；所述上机箱设于下机箱上方，所述上机箱内设有称重装置，所述称重装置与中央控制系统相连，所述称重装置上设有用于收集不同类别茶叶的收集箱；所述采摘机械手设于上机箱的两侧，两侧的采摘机械手各自独立动作，并能够不间断地对茶树进行相同或不同等级茶叶的采摘，并将各自采摘的茶叶分别输送至所述收集箱；所述数据采集装置与控制装置相连，用于采集茶园环境、各棵茶树的信息以及对每棵茶树茶叶进行识别，并将数据存储于所述数据管理子系统中。2.如权利要求1所述的一种智能采茶机器人，其特征在于：所述采摘机械手包括仿生机械臂、往复式旋转软链、软质物料导槽、夹持机构、压力传感器及切刀，所述仿生机械臂可向各个方向转动，且其为中空结构，所述仿生机械臂的端部可自由旋转，所述软链、夹持机构、压力传感器及切刀均与所述驱动控制子系统相连，所述软链设于仿生机械臂前端内部，所述物料导槽的一端与软链的后端相对应、另一端通入所述收集箱，所述软链上间隔设置有若干个夹持机构，且所述夹持机构可依次随软链旋转伸出仿生机械臂，每一所述夹持机构的内侧设有压力传感器，所述切刀设于仿生机械臂的悬空端，并对所述夹持机构夹住的茶叶进行切割，所述夹持机构夹住茶叶后依次随软链旋转至物料导槽后松开。3.如权利要求2所述的一种智能采茶机器人，其特征在于：所述数据管理子系统包括数据存储模块、数据更新模块及数据分析模块，所述数据存储模块用于存储各大茶类茶树和各等级茶叶的图像数据、茶树各种病虫害图像数据，以及茶园信息、茶树分布数据、每株茶树的采摘数据，所述数据更新模块用于更新茶树病虫害图像数据、茶园或茶树的增减信息到数据存储模块，所述数据分析模块基于数据存储模块来预估茶树发芽、采摘及上市时间、预估各株茶树的年产量，并输出分析结果。4.如权利要求3所述的一种智能采茶机器人，其特征在于：所述数据采集装置包括设于上机箱顶部的GPS定位装置和环境识别装置以及设于仿生机械臂上的茶叶识别装置，所述GPS定位装置与中央控制系统相连，用于对茶树和管理员的定位，所述环境识别装置和茶叶识别装置分别与图像处理子系统相连，所述环境识别装置用于茶树、茶树环境、环境地形的识别，所述茶叶识别装置用于识别各类级的茶叶。5.如权利要求4所述的一种智能采茶机器人，其特征在于：所述图像处理子系统包括依次相连的图像采集模块、图像识别模块、图像对比模块及结果输出模块，所述图像采集模块与环境识别装置和茶叶识别装置相连，所述图像识别模块对接收的茶树和茶叶图像进行识别，所述图像对比模块与数据存储模块相连，接收的图像通过所述图像对比模块与数据存储模块中预存的数据进行比对，并根据比对结果通过所述结果输出模块生成茶树是否达到采摘条件、机器人最佳采摘路径的结果以及采摘机械手采摘茶树上哪种等级茶叶的指令。6.如权利要求5所述的一种智能采茶机器人，其特征在于：所述上机箱的顶部设有一组收集盒，当所述图像识别模块识别出与预存数据中病虫害图像数据相似或不同的病变叶面时，所述结果输出模块生成示警指令，并通过所述采摘机械手采摘病变茶叶送至收集盒，所述上机箱为前侧开口的中空箱体，箱体开口通过一斜坡式箱门封闭，所述箱门打开后，所述收集箱可沿着箱门滑出，所述收集箱被分隔成两个收集仓，两个所述收集仓的底部分别设有称重装置，所述收集仓上设有红外容量感应器和温湿度计，所述收集仓上方设有风扇，所述红外容量感应器、温湿度计及风扇均与所述中央控制系统相连。7.如权利要求6所述的一种智能采茶机器人，其特征在于：还包括升降装置，所述升降装置与驱动控制子系统相连，用于控制所述上机箱进...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄小安，
申请(专利权)人：厦门金镒号茶文化有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35