本发明专利技术公开了一种仿生采茶刀具、采茶装置及采茶方法，涉及茶叶采摘技术领域。本发明专利技术的一种仿生采茶刀具，包括上支撑板以及与上支撑板一体成型的两个侧板，两个所述侧板之间安装有滑动齿板和固定齿板，所述固定齿板的两端固定安装在对应的侧板上，所述滑动齿板滑动安装在固定齿板上，所述滑动齿板包括基体和切割齿，所述切割齿的刀刃的外轮廓呈仿生结构，所述上支撑板上安装有驱动单元，所述驱动单元和滑动齿板传动连接。本发明专利技术公开了一种仿生采茶刀具、采茶装置及采茶方法，通过激光雷达传感器以及采茶机构的协同作用，能够对茶树顶梢的鲜叶进行自动仿形采收，较好地保证了茶叶机采的效率和精度，促使茶叶行业机械化采摘发展水平进一步提升。平进一步提升。平进一步提升。
【技术实现步骤摘要】
一种仿生采茶刀具、采茶装置及采茶方法
[0001]本专利技术涉及茶叶采摘
，尤其涉及一种仿生采茶刀具、采茶装置及采茶方法。
技术介绍
[0002][0003]我国是茶文化大国，也是茶叶种植生产大国，茶区辽阔，气候多样，茶类品种繁多，栽茶历史悠久，形成了形状各异的许多地方品种，而茶业顺应市场需求的发展，茶园面积不断地扩大，茶叶产量迅速地递增，而茶叶是一种季节性和时效性要求较高的产品，如果不能在规定时间之前完成茶叶采摘，那么就会对茶叶的品质产生重要的影响，采摘的好坏和效率，直接影响到茶叶质量和茶业效益，特别是明前茶、春茶，生长快，需及时高质量采摘。
[0004]传统的茶叶采摘方式，是采用人工进行采摘，采摘质量较好，但是效率极低，研究发现，采茶工1天8h约采摘3kg茶叶，因此随着科技的发展，采茶的机械设备逐渐出现在市场上，目前用的最多的是手持式的采茶装置，虽然效率比传统人工采摘方式高，但是也需要人工操作，且目前的采茶装置，由于茶垄的形状限制，大多需要分别在左侧、中间、右侧分别进行三次采摘，能耗和效率依然不能满足日益增加的采茶需求。
技术实现思路
[0005]针对上述问题，本专利技术的目的在于公开一种仿生采茶刀具、采茶装置及采茶方法，通过激光雷达传感器以及采茶机构的协同作用，能够对茶树顶梢的鲜叶进行自动仿形采收，较好地保证了茶叶机采的效率和精度，促使茶叶行业机械化采摘发展水平进一步提升。
[0006]具体的，本专利技术的一种仿生采茶刀具，包括上支撑板以及与上支撑板一体成型的两个侧板，两个所述侧板之间安装有滑动齿板和固定齿板，所述固定齿板的两端固定安装在对应的侧板上，所述滑动齿板滑动安装在固定齿板上，所述滑动齿板包括基体和切割齿，所述切割齿的刀刃的外轮廓呈仿生结构，所述上支撑板上安装有驱动单元，所述驱动单元和滑动齿板传动连接。
[0007]进一步，所述基体上开设有多个散热孔和条形孔，所述散热孔和条形孔间隔设置。
[0008]进一步，所述滑动齿板和固定齿板之间穿设有一个或多个定位螺栓，一个或多个所述定位螺栓均设置于条形孔内。
[0009]进一步，所述切割齿的刀刃的外轮廓为仿茶尺蠖幼虫口器切齿结构，其仿生曲线为：
[0010]Y＝6.214sin(0.1429x+0.2629)+8.148sin(0.5242x
‑
1.737)+2.309sin(0.91 12x+1.212)+6.217sin(0.5843x+0.5042)
‑
0.4521sin(1.669x
‑
8.656)+0.3548si n(1.99x
‑
10.61)
[0011]其中：x∈[0,21.4]，单位为mm。
[0012]进一步，所述切割齿的齿距为：30
‑
35mm，齿高为20
‑
23mm。
[0013]进一步，所述驱动机构包括驱动电机，皮带轮组件以及固定安装在皮带轮组件输出轴上的凸轮，所述驱动板上开设有连接槽，所述凸轮设置于连接槽内且与连接槽形状相匹配。
[0014]进一步，所述皮带轮组件包括皮带传动连接的第一皮带轮和第二皮带轮，所述第一皮带轮与驱动电机的输出轴固定连接，第二皮带轮固定安装在机架上，且与凸轮同轴设置。
[0015]此外，本专利技术还公开一种采茶装置，所述采茶装置包括移动底座以及安装在移动底座上的机架，所述机架上固定安装有两个采茶机构，所述采茶机构包括滑轨单元以及滑动安装在滑轨单元上的支撑平台，所述滑轨单元固定安装在机架上，所述支撑平台上固定安装有直流推杆电机和激光雷达传感器，所述直流推杆电机推杆的自由端上固定安装有如权利要求1
‑
4任一权利要求所述的仿生采茶刀具，所述采茶装置还包括PLC控制器，所述激光雷达传感器和PLC控制器的信号输入端信号连接，所述PLC控制器的信号输出端和直流推杆电机信号连接。
[0016]进一步，所述滑轨单元包括平行设置的滚珠丝杠和滚轮滑轨，所述滚珠丝杠的一端通过轴承座固定安装在机架上，另一端固定连接有转动电机，所述转动电机固定安装在机架上，所述滚轮滑轨的两端均通过轴承座固定安装在机架上，所述支撑平台包括固定连接的基座和支撑板，所述滚珠丝杠和滚轮滑轨穿射在基座内。
[0017]进一步，所述滚轮滑轨上开设有开口向上的凹槽，所述支撑板上于凹槽对应的位置固定安装两个对称设置的支耳，两个所述支耳之间安装有移动滚轮，所述移动滚轮位于凹槽内，且与凹槽底部相接触。
[0018]此外，本专利技术还公开了使用上述采茶装置进行茶叶采收的方法，具体包括以下步骤：
[0019]S1：将采茶装置移动至需采茶的茶垄处，使得移动底座位于茶垄的两边，机架横跨于茶垄之上，且两个所述采茶机构分别位于茶垄两侧对应的位置；
[0020]S2：利用直流推杆电机将采茶机构移动到刀具与茶垄靠近但不接触茶树的状态，且刀具整体向沿着茶垄中心方向向上倾斜，以匹配茶树树冠形状；
[0021]S3：启动两个采茶机构上的激光雷达器，分别对两个刀具的位置进行检测，并通过激光点云数据拟合茶树树冠，计算茶树树冠曲线与刀具曲线的匹配方案，再根据匹配方案，通过PLC控制器控制直流推杆电机，调整直流推杆电机的推杆的位置，进而控制刀具的姿态和高度进行茶叶采收；
[0022]S4：移动底座沿着茶垄进行移动，采茶刀具持续对茶叶进行采收，同时两个激光雷达器均持续动态检测刀具和拟合茶树树冠，PLC控制器根据接收到的信号控制直流推杆电机进行动态升降，直至采收完成。
[0023]进一步，所述S3步骤中，在匹配茶树树冠曲线和刀具曲线时，根据匹配后树冠曲线与刀具曲线的间的夹角α和两曲线间的平均距离L判断作为匹配的标准，若α＞α0或L＞L0，则继续调节直流推杆电机直到α<α0且L<L0为止，其中，α0、L0是根据实际作业情况和执行机构的运动情况所给予的测量允许偏差值。
[0024]本专利技术的有益效果：
[0025]1、本专利技术公开了一种仿生采茶刀具，以生物切齿叶为原型进行仿生设计，为茶树
修剪刀具结构的设计提供了仿生学依据。本专利技术的动刀片切割齿以茶尺蠖幼虫上颚前端的切齿叶为原型进行仿生齿设计，对其几何结构进行模拟，有利于修剪刀对茶树叶片的切割，减少功耗，提高了工作效率。
[0026]2、本专利技术公开了一种采茶装置，利用两组仿形采茶机构来适应弧形顶梢茶树的鲜叶采收，仿形精度高、采收效果好，并采用合理的空间结构布置于移动平台上；作业时，安装有两组仿形采茶机构的移动平台沿茶树垄长方向移动，依靠 PLC控制器控制移动底座和各采茶机构的有序运动，实现了装置在行进过程中对单垄茶树上目标鲜叶的“一次性”自动采收，减轻了操作者的劳动强度，大大提高了茶叶机械采摘的速度和质量。
[0027]3、本专利技术公开的采茶方法，以采茶装置为基础，利用激光雷达传感器无滞后地在线拟合茶树蓬面曲线，并实时匹配刀具和茶树蓬面，响应时间短、检测精本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种仿生采茶刀具，其特征在于，包括上支撑板以及与上支撑板一体成型的两个侧板，两个所述侧板之间安装有滑动齿板和固定齿板，所述固定齿板的两端固定安装在对应的侧板上，所述滑动齿板滑动安装在固定齿板上，所述滑动齿板包括基体和切割齿，所述切割齿的刀刃的外轮廓呈仿生结构，所述上支撑板上安装有驱动单元，所述驱动单元和滑动齿板传动连接。2.根据权利要求1所述的一种仿生采茶刀具，其特征在于，所述基体上开设有多个散热孔和条形孔，所述散热孔和条形孔间隔设置。3.根据权利要求2所述的一种仿生采茶刀具，其特征在于，所述滑动齿板和固定齿板之间穿设有一个或多个定位螺栓，一个或多个所述定位螺栓均设置于条形孔内。4.根据权利要求3所述的一种仿生采茶刀具，其特征在于，所述切割齿的刀刃的外轮廓为仿茶尺蠖幼虫口器切齿结构，其仿生曲线为：Y＝6.214sin(0.1429x+0.2629)+8.148sin(0.5242x
‑
1.737)+2.309sin(0.9112x+1.212)+6.217sin(0.5843x+0.5042)
‑
0.4521sin(1.669x
‑
8.656)+0.3548sin(1.99x
‑
10.61)其中：x∈[0,21.4]，单位为mm。5.一种采茶装置，其特征在于，所述采茶装置包括移动底座以及安装在移动底座上的机架，所述机架上固定安装有两个采茶机构，所述采茶机构包括滑轨单元以及滑动安装在滑轨单元上的支撑平台，所述滑轨单元固定安装在机架上，所述支撑平台上固定安装有直流推杆电机和激光雷达传感器，所述直流推杆电机推杆的自由端上固定安装有如权利要求1
‑
4任一权利要求所述的仿生采茶刀具，所述采茶装置还包括PLC控制器，所述激光雷达传感器和PLC控制器的信号输入端信号连接，所述PLC控制器的信号输出端和直流推杆电机信号连接。6.根据权利要求5所述的一种采茶装置，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：董春旺，李杨，陈建能，王梅，贾江鸣，张人天，王慕哲，刘中原，
申请(专利权)人：中国农业科学院茶叶研究所，
类型：发明
国别省市：
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