【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于农业机械，具体涉及一种基于无人机模块调度的茶叶采摘装置及采茶方法。
技术介绍
1、中国是茶叶发源地，茶产业规模庞大，名优茶附加值较高。目前茶园的主要采摘方式为人工采摘和小规模机械采摘。机械采摘受限于地形和效率问题，不能完全实现自动化，并且更倾向于大宗茶采摘，采摘名优茶方面效果一般。人工采摘效率较高，获得茶叶质量较好，但是作业强度大，随着人口老龄化和城镇化进程的推进，从事茶叶采摘的人员越来越少，并且雇佣成本较高，导致采茶季缺乏劳动力导致减产等现象。传统的采摘方式已经不能满足新型茶产业发展的需求，针对这些问题，需要研发一种实现智能化、自动化的新型高效采茶装置。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于无人机模块调度的茶叶采摘装置及采茶方法。
2、第一方面，本专利技术提供一种基于无人机模块调度的茶叶采摘装置，包括包括调度控制模块、无人机模块和多个自动采茶模块；自动采茶模块用于对自身所在位置对应的茶树进行茶叶采集；无人机模块能够移动至任意一个自动采茶模块处，并与自动采茶模块结合，并带动自动采茶模块移动；调度控制模块用于控制无人机模块飞行至需要移动的自动采茶模块处，并与自动采茶模块结合，带动自动采茶模块移动至目标位置。
3、工作过程中，将各自动采茶模块放置在采茶区域的不同位置；各自动采茶模块分别对自身所在位置的茶树进行茶叶采集；当一个自动采茶模块完成所在位置的茶叶采集时，无人机模块飞行至该自动采茶模块处，带动自动采茶模块移动至采茶区域中的一个未
4、作为优选，所述的自动采茶模块包括机架，以及安装在机架上的调度卡持模块、采摘机械臂模块和视觉采集模块；所述的调度卡持模块设置在机架的顶部，用于与无人机模块结合，使得无人机模块的底部与自动采茶模块固定。所述的视觉采集模块用于检测无人机模块与调度卡持模块是否完成连接，以及采摘机械臂模块对茶叶采摘情况；
5、所述的采摘机械臂模块包括位移驱动机构、采集调节机构、负压收集机构和夹持剪切机构；夹持剪切机构用于剪切茶树上的茶叶的叶柄；位移驱动机构能够带动夹持剪切机构进行三轴移动；采集调节机构用于调节夹持剪切机构的倾斜角度；负压收集机构用于收集夹持剪切机构采摘的茶叶。
6、作为优选，所述的夹持剪切机构包括采摘底座、激光测距传感器、夹持组件、剪切组件和采摘驱动组件；采摘底座固定在采集调节机构末端安装板的底面上；采摘底座上开设有采摘孔；激光测距传感器用于检测被采摘茶叶与采摘孔的相对位置；剪切组件的剪切部和夹持组件的夹持部均伸入采摘孔内；采摘驱动组件用于依次驱动夹持组件和剪切组件对进入采摘孔的被采摘茶叶进行夹持、剪切。
7、作为优选，所述的采摘驱动组件包括驱动调节组件和驱动凸轮；驱动调节组件用于带动驱动凸轮在竖直方向上做往复运动；驱动凸轮8-6的外壁上设有连续的第一内凹段、第一外凸段、第二内凹段和第二外凸段；其中，第一内凹段中径宽最小位到第一外凸段中径宽最大位的距离为l1；第二内凹段中径宽最小位到第二外凸段径宽最大位的距离为l2，l1＞l2；初始状态下，夹持组件与驱动凸轮上第二内凹段的径宽最小位处的外壁相抵；剪切组件与驱动凸轮上第一内凹段的径宽最小位处的外壁相抵；当夹持组件与第二外凸段径宽最大位相抵时，夹持组件夹持住进入采摘孔的茶叶；当剪切组件与第一外凸段径宽最大位相抵时，夹持组件切断进入采摘孔的茶叶；
8、作为优选，所述的驱动调节组件包括舵机、第一传动柱、第二传动柱、弹簧和限位架。舵机固定在末端安装板上。第一传动柱固定在舵机的输出轴上。第二传动柱上开设有第二安装槽。第一传动柱伸入第二安装槽中，并与第二安装槽转动连接。所述的驱动凸轮固定在第二传动柱的底部。第一传动柱的外壁上固定有驱动杆。第二安装槽的内壁上开设有控制轨槽。驱动杆的外端伸入控制轨槽中。限位架固定在末端安装板上，用于限定第二传动柱的转动。弹簧套置在第二传动柱的底部，弹簧的两端分别与驱动凸轮和限位架固定。驱动凸轮的顶端与第二传动柱的底端固定。工作过程中，第一传动柱通过驱动杆驱动第二传动柱进行运动。在限位架和控制轨槽的限定下，第二传动柱在竖直方向上做往复运动。
9、作为优选，所述的控制轨槽包括两个首尾相连的v字形滑动槽。v字形滑动槽分为内缩段和复位段。当第一传动柱上的驱动杆在内缩段运动时，在弹簧复位对驱动凸轮提供拉力驱动下，第二传动柱向内端运动。当驱动杆在复位段运动时，带动第二传动柱向外端运动，弹簧拉伸。
10、作为优选，所述的调度卡持模块包括驱动组件和卡持组件；所述的卡持组件包括卡持底座、限位锁定件和主动齿轮；卡持底座固定在机架的顶部；卡持底座呈圆环形，且顶部开设有让位缺口；卡持底座上开设有呈弧形的第一安装槽；第一安装槽的两个顶端呈开放状；限位锁定件转动连接在第一安装槽内；限位锁定件呈圆弧形，且内圈设有传动齿；主动齿轮转动连接在卡持底座上，并与限位锁定件内圈的传动齿啮合；驱动组件用于驱动各卡持组件中的主动齿轮进行转动。无人机模块底部的脚架上设置有横杆；无人机模块与自动采茶模块结合时，脚架上的横杆进入卡持底座顶部的让位缺口，限位锁定件在驱动组件的驱动下绕过横杆的上方，使得横杆被限位锁定件勾住。
11、作为优选，采集调节机构包括机械臂支架、末端安装板和机械臂组件。机械臂支架固定在位移驱动机构末端的水平安装板上。三个机械臂组件均安装在机械臂支架上，且沿着机械臂支架轴线的周向均布。机械臂组件包括伺服电机、机械手小臂和机械手大臂。伺服电机固定在机械臂支架上。机械手小臂的内端与伺服电机的输出轴固定。机械手小臂的外端与机械手大臂的一端转动连接。三个机械臂组件中的机械手大臂的另一端与末端安装板的三个不同位置分别转动连接。三个转动位置沿着末端安装板轴线的周向均布。
12、作为优选，所述的负压收集机构包括收集盒、输送管、滤网、负压风机、安装底座、限位卡座和卡扣机构。限位卡座。安装底座和限位卡座间隔安装在机架上。安装底座上开设有传输通槽。输送管的两端分别与采摘底座的采摘孔位和安装底座上的传输通槽连接。限位卡座上开设有通风口。通风口内设置有滤网。负压风机安装在限位卡座的顶面上。收集盒用于接收输送管输出的茶叶。
13、作为优选，安装底座和限位卡座相对侧均开设有滑槽。收集盒通过滑槽滑入安装底座和限位卡座之间，并通过卡扣机构锁定。收集盒的顶部呈开放状。收集盒的底面上开设有进料口。滑入状态下的收集盒，进料口与安装底座上的传输通槽对齐，连通。
14、作为优选，所述的收集盒内倾斜设置有挡料板。挡料板的底部边缘与收集盒的进料口的边缘固定。收集盒的进料口处设置有阻逆件。阻逆件用于避免被采摘茶叶从进料口处掉落。
15、第二方面，本专利技术提供一种采茶方法，采用前述的采茶装置，具体步骤如下：
16、步骤一、使用无人机模块将多个自动采茶模块分别运输至采茶区域的不同垄上。
17、步骤二、各自动采茶模块分别对自身所在位置的茶树进行茶叶采集；
18、步骤三、当一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于无人机调度的茶叶采摘装置，包括多个自动采茶模块；其特征在于：还包括调度控制模块和无人机模块(1)；自动采茶模块用于对自身所在位置对应的茶树进行茶叶采集；无人机模块(1)能够移动至任意一个自动采茶模块处，并与自动采茶模块结合，并带动自动采茶模块移动；调度控制模块用于控制无人机模块(1)飞行至需要移动的自动采茶模块处，并与自动采茶模块结合，带动自动采茶模块移动至目标位置；
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机调度的茶叶采摘装置，其特征在于：所述的自动采茶模块包括机架(2)，以及安装在机架(2)上的调度卡持模块(3)、采摘机械臂模块和视觉采集模块；所述的调度卡持模块(3)设置在机架(2)的顶部，用于与无人机模块(1)结合，使得无人机模块(1)的底部与自动采茶模块固定；所述的视觉采集模块用于检测无人机模块(1)与调度卡持模块(3)是否完成连接，以及采摘机械臂模块对茶叶采摘情况；
3.根据权利要求2所述的一种基于无人机调度的茶叶采摘装置，其特征在于：所述的夹持剪切机构(7)包括采摘底座(7-1)、激光测距传感器(7-2)、夹持组件(7-3)、剪切组件(
4.根据权利要求3所述的一种基于无人机调度的茶叶采摘装置，其特征在于：所述的采摘驱动组件(8)包括驱动调节组件和驱动凸轮(8-6)；驱动调节组件用于带动驱动凸轮(8-6)在竖直方向上做往复运动；驱动凸轮(8-6)8-6的外壁上设有连续的第一内凹段、第一外凸段、第二内凹段和第二外凸段；其中，第一内凹段中径宽最小位到第一外凸段中径宽最大位的距离为L1；第二内凹段中径宽最小位到第二外凸段径宽最大位的距离为L2，L1＞L2；初始状态下，夹持组件(7-3)与驱动凸轮(8-6)上第二内凹段的径宽最小位处的外壁相抵；剪切组件(7-4)与驱动凸轮(8-6)上第一内凹段的径宽最小位处的外壁相抵；当夹持组件(7-3)与第二外凸段径宽最大位相抵时，夹持组件(7-3)夹持住进入采摘孔的茶叶；当剪切组件(7-4)与第一外凸段径宽最大位相抵时，夹持组件(7-3)切断进入采摘孔的茶叶。
5.根据权利要求2所述的一种基于无人机调度的茶叶采摘装置，其特征在于：所述的调度卡持模块(3)包括驱动组件和卡持组件；所述的卡持组件包括卡持底座(3-1)、限位锁定件(3-2)和主动齿轮(3-3)；卡持底座(3-1)固定在机架(2)的顶部；卡持底座(3-1)呈圆环形，且顶部开设有让位缺口；卡持底座(3-1)上开设有呈弧形的第一安装槽；第一安装槽的两个顶端呈开放状；限位锁定件(3-2)转动连接在第一安装槽内；限位锁定件(3-2)呈圆弧形，且内圈设有传动齿；主动齿轮(3-3)转动连接在卡持底座(3-1)上，并与限位锁定件(3-2)内圈的传动齿啮合；驱动组件用于驱动各卡持组件中的主动齿轮(3-3)进行转动；无人机模块(1)底部的脚架(1-1)上设置有横杆；无人机模块(1)与自动采茶模块结合时，脚架(1-1)上的横杆进入卡持底座(3-1)顶部的让位缺口，限位锁定件(3-2)在驱动组件的驱动下绕过横杆的上方，使得横杆被限位锁定件(3-2)勾住。
6.根据权利要求2所述的一种基于无人机调度的茶叶采摘装置，其特征在于：所述的采集调节机构(6)包括机械臂支架(6-1)、末端安装板和机械臂组件；机械臂支架(6-1)固定在位移驱动机构(5)末端的水平安装板上；三个机械臂组件均安装在机械臂支架(6-1)上，且沿着机械臂支架(6-1)轴线的周向均布；机械臂组件包括伺服电机(6-2)、机械手小臂(6-3)和机械手大臂(6-4)；伺服电机(6-2)固定在机械臂支架(6-1)上；机械手小臂(6-3)的内端与伺服电机(6-2)的输出轴固定；机械手小臂(6-3)的外端与机械手大臂(6-4)的一端转动连接；三个机械臂组件中的机械手大臂(6-4)的另一端与末端安装板的三个位置分别转动连接。
7.根据权利要求2所述的一种基于无人机调度的茶叶采摘装置，其特征在于：所述的负压收集机构(9)包括收集盒(9-1)、输送管、滤网、负压风机(9-3)、安装底座(9-4)、限位卡座(9-5)和卡扣机构(9-6)；限位卡座(9-5)；安装底座(9-4)和限位卡座(9-5)间隔安装在机架(2)上；安装底座(9-4)上开设有传输通槽；输送管的两...
【技术特征摘要】
1.一种基于无人机调度的茶叶采摘装置，包括多个自动采茶模块；其特征在于：还包括调度控制模块和无人机模块(1)；自动采茶模块用于对自身所在位置对应的茶树进行茶叶采集；无人机模块(1)能够移动至任意一个自动采茶模块处，并与自动采茶模块结合，并带动自动采茶模块移动；调度控制模块用于控制无人机模块(1)飞行至需要移动的自动采茶模块处，并与自动采茶模块结合，带动自动采茶模块移动至目标位置；
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机调度的茶叶采摘装置，其特征在于：所述的自动采茶模块包括机架(2)，以及安装在机架(2)上的调度卡持模块(3)、采摘机械臂模块和视觉采集模块；所述的调度卡持模块(3)设置在机架(2)的顶部，用于与无人机模块(1)结合，使得无人机模块(1)的底部与自动采茶模块固定；所述的视觉采集模块用于检测无人机模块(1)与调度卡持模块(3)是否完成连接，以及采摘机械臂模块对茶叶采摘情况；
3.根据权利要求2所述的一种基于无人机调度的茶叶采摘装置，其特征在于：所述的夹持剪切机构(7)包括采摘底座(7-1)、激光测距传感器(7-2)、夹持组件(7-3)、剪切组件(7-4)和采摘驱动组件(8)；采摘底座(7-1)固定在采集调节机构(6)末端安装板的底面上；采摘底座(7-1)上开设有采摘孔；激光测距传感器(7-2)用于检测被采摘茶叶与采摘孔的相对位置；剪切组件(7-4)的剪切部和夹持组件(7-3)的夹持部均伸入采摘孔内；采摘驱动组件(8)用于依次驱动夹持组件(7-3)和剪切组件(7-4)对进入采摘孔的被采摘茶叶进行夹持、剪切。
4.根据权利要求3所述的一种基于无人机调度的茶叶采摘装置，其特征在于：所述的采摘驱动组件(8)包括驱动调节组件和驱动凸轮(8-6)；驱动调节组件用于带动驱动凸轮(8-6)在竖直方向上做往复运动；驱动凸轮(8-6)8-6的外壁上设有连续的第一内凹段、第一外凸段、第二内凹段和第二外凸段；其中，第一内凹段中径宽最小位到第一外凸段中径宽最大位的距离为l1；第二内凹段中径宽最小位到第二外凸段径宽最大位的距离为l2，l1＞l2；初始状态下，夹持组件(7-3)与驱动凸轮(8-6)上第二内凹段的径宽最小位处的外壁相抵；剪切组件(7-4)与驱动凸轮(8-6)上第一内凹段的径宽最小位处的外壁相抵；当夹持组件(7-3)与第二外凸段径宽最大位相抵时，夹持组件(7-3)夹持住进入采摘孔的茶叶；当剪切组件(7-4)与第一外凸段径宽最大位相抵时，夹持组件(7-3)切断进入采摘孔的茶叶。
5.根据权利要求2所述的一种基于无人机调度的茶叶采摘装置，其特征在于：所述的调度卡持模块(3)包括驱动组件和卡持组件；所述的卡持组件包括卡持底座(...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈志平，虞杰，张季平，虞振华，李恒博，杨康，王班，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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