一种茶叶芽头无人机采摘装置的制作方法

本实用新型属于农业机械设备技术领域，具体涉及一种茶叶芽头无人机采摘装置。

背景技术：

一般的茶叶只需要采摘一芽一叶或者一芽两叶茶进行炒制即可，而优质茶叶则需要使用新鲜的独芽头进行制茶，一般1斤需要8万个新鲜的独芽头，至少需要4斤新鲜的独芽头才能制作出1斤成品茶，而采茶工人一天能采1斤左右新鲜的独芽头，还是在不间断工作至少8小时的情况下，其工作时间长、劳动强度高，为了减轻人们的劳动强度，有必要设计一种名茶所需要的新鲜的独芽头的采摘装置。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种茶叶芽头无人机采摘装置，以解决现有技术的不足。

本实用新型的技术方案是：

一种茶叶芽头无人机采摘装置，包括无人机，所述无人机上设置有用于模模仿人手动作完成茶叶芽头采摘的采摘装置，所述采摘装置包括设置在无人机下方的立柱，所述立柱包括与无人机固定的主立柱，所述主立柱背离无人机的一端设置有曲连接杆，所述曲连接杆包括首尾依次固定连接的第一杆体、第二杆体和第三杆体，所述第一杆体和第三杆体平行，所述第二杆体与第三杆体垂直，所述第一杆体的自由端与主立柱的中部套装固定，所述第一杆体的长度方向与主立柱的轴线垂直，所述第三杆体背离主立柱的一侧固定连接转臂电机，所述转臂电机的输出轴穿出第三杆体后套装设置有转臂，所述转臂包括与转臂电机的输出轴套装固定的转臂体，所述转臂体背离第三杆体的一侧通过轴承与主立柱的末端连接，所述轴承的上方设置有盖板，所述盖板套装在主立柱上且与转臂体固定连接；所述转臂体背离主立柱的一端固定有大臂电机，所述大臂电机的输出轴穿过转臂体后套装固定大臂，所述大臂背离转臂体的一端固定有小臂电机，所述小臂电机的输出轴穿过大臂后套装固定小臂，所述小臂背离大臂的一端固定有腕部电机，所述腕部电机的输出轴穿过小臂后固定安装块，所述安装块上设置有固定夹持部电机，所述夹持部电机的输出轴与腕部电机的输出轴垂直，所述夹持部电机的输出轴连接有蜗杆，所述蜗杆的另一端架设在支座上，所述蜗杆的两侧对称设置有蜗轮，所述蜗轮分别与蜗杆啮合，所述蜗轮分别架设在支架上，所述蜗轮与驱动杆的一端固定，所述驱动杆的另一端与夹持部的一端铰接，所述夹持部的中部与摆杆的一端铰接，所述摆杆的另一端与安装块铰接，所述夹持部的末端设置有力检测装置，所述力检测装置、转臂电机、大臂电机、小臂电机和夹持部电机分别与控制器电连接，所述控制器与设置在无人机的机舱内的供电电源电连接。

优选的，所述无人机的机舱内可拆卸连接有收集箱，所述收集箱用于收纳采摘好的茶叶芽头，所述无人机的机舱内还设置有将采摘的茶叶芽头进行收集的抽吸风装置，所述抽吸风装置包括抽吸电机和抽吸装置，所述抽吸电机与控制器电连接，所述抽吸装置与抽吸电机电连接，所述抽吸装置的一端与收集箱连通，另一端的软管穿过安装块后设置在两个夹持部之间。

优选的，所述无人机上设置有图像采集装置，所述图像采集装置包括对称布置的两个摄像头，所述两个摄像头分别位于无人机的前端，所述摄像头与控制器电连接，所述控制器通过搭载在无人机上的无线信号收发器与控制站的控制用计算机信号连接。

优选的，所述无人机的上表面和侧面设置有太阳能光板，所述太阳能光板和供电电源电连接。

与现有技术相比，本实用新型公开一种茶叶芽头无人机采摘装置，包括无人机，无人机上设置有用于模模仿人手动作完成茶叶芽头采摘的采摘装置、用于收集采摘好的茶叶芽头的收集箱和与收集箱连接的抽吸风装置，无人机上搭载有图像采集装置和太阳能光板，利用图像采集装置对无人机附近的图像进行采集以便确认和规划采摘路径，利用太阳能光板提供续航动力，利用采摘装置完成茶叶芽头的采摘并将茶叶芽头归置到收集箱内。本实用新型的采摘装置结构紧凑，可以模拟人的动作代替人工完成新鲜的独芽头的采摘，采摘质量高，极大的减轻了工人的劳动强度，提高了采摘效率，实用性强，值得推广。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构的示意图；

图2是本实用新型的整体结构的左视图；

图3是本实用新型的转臂及其周边连接件的结构示意图；

图4是本实用新型的采摘装置的结构的主视图；

图5是本实用新型的采摘装置的结构的左视图；

图6是本实用新型的夹持部及其周边连接件的结构的主视图；

图7是本实用新型的夹持部及其周边连接件的结构的左视图；

图8是本实用新型的图像采集装置的安装位置示意图1；

图9是本实用新型的图像采集装置的安装位置示意图2；

图10是本实用新型使用无人机进行采摘的方法的流程图。

附图标记：

1、软管；2、夹持部；3、摆杆；4、腕部；5、驱动杆；6、蜗杆；7、蜗轮；8、夹持部电机；9、腕部电机；10、小臂；11、大臂；12、小臂电机；13、转臂电机；14、大臂电机；15、转臂；16、立柱；17、摄像头；18、抽吸电机；19、抽吸装置；20、收集箱；21、无线收发器；22、供电电源；23、太阳能光板；24、无人机；25、计算机；26、盖板；27、转臂体；28、主立柱；29、曲连接杆。

具体实施方式

本实用新型提供了一种茶叶芽头无人机采摘装置，下面结合图1到图10的结构示意图，对本实用新型进行说明。

实施例1

一种茶叶芽头无人机采摘装置，包括无人机24，所述无人机24上设置有用于模模仿人手动作完成茶叶芽头采摘的采摘装置，所述采摘装置包括设置在无人机24下方的立柱16，所述立柱16包括与无人机24固定的主立柱28，所述主立柱28背离无人机24的一端设置有曲连接杆29，所述曲连接杆29包括首尾依次固定连接的第一杆体、第二杆体和第三杆体，所述第一杆体和第三杆体平行，所述第二杆体与第三杆体垂直，所述第一杆体的自由端与主立柱28的中部套装固定，所述第一杆体的长度方向与主立柱28的轴线垂直，所述第三杆体背离主立柱28的一侧固定连接转臂电机13，所述转臂电机13的输出轴穿出第三杆体后套装设置有转臂15，所述转臂15包括与转臂电机13的输出轴套装固定的转臂体27，所述转臂体27背离第三杆体的一侧通过轴承与主立柱28的末端连接，所述轴承的上方设置有盖板26，所述盖板26套装在主立柱28上且与转臂体27固定连接；所述转臂体27背离主立柱28的一端固定有大臂电机14，所述大臂电机14的输出轴穿过转臂体27后套装固定大臂11，所述大臂11背离转臂体27的一端固定有小臂电机12，所述小臂电机12的输出轴穿过大臂11后套装固定小臂10，所述小臂10背离大臂11的一端固定有腕部电机9，所述腕部电机9的输出轴穿过小臂10后固定安装块，所述安装块上设置有固定夹持部电机8，所述夹持部电机8的输出轴与腕部电机9的输出轴垂直，所述夹持部电机8的输出轴连接有蜗杆6，所述蜗杆6的另一端架设在支座上，所述蜗杆6的两侧对称设置有蜗轮7，所述蜗轮7分别与蜗杆6啮合，所述蜗轮7分别架设在支架上，所述蜗轮7与驱动杆5的一端固定，所述驱动杆5的另一端与夹持部2的一端铰接，所述夹持部2的中部与摆杆3的一端铰接，所述摆杆3的另一端与安装块铰接，所述夹持部2的末端设置有力检测装置，所述力检测装置、转臂电机13、大臂电机14、小臂电机12和夹持部电机8分别与控制器电连接，所述控制器与设置在无人机24的机舱内的供电电源22电连接。

进一步的，所述无人机24的机舱内可拆卸连接有收集箱20，所述收集箱20用于收纳采摘好的茶叶芽头，所述无人机24的机舱内还设置有将采摘的茶叶芽头进行收集的抽吸风装置，所述抽吸风装置包括抽吸电机18和抽吸装置19，所述抽吸电机18与控制器电连接，所述抽吸装置19与抽吸电机18电连接，所述抽吸装置19的一端与收集箱20连通，另一端的软管1穿过安装块后设置在两个夹持部2之间。

进一步的，所述无人机24上设置有图像采集装置，所述图像采集装置包括对称布置的两个摄像头17，所述两个摄像头17分别位于无人机24的前端，所述摄像头17与控制器电连接，所述控制器通过搭载在无人机24上的无线信号收发器21与控制站的控制用计算机25信号连接。

实施例2

作为实施例1基础上的进一步优化方案，本实施例对无人机的续航动力进行了优化，使得续航动力更持久。具体的，在无人机24的上表面和侧面设置有太阳能光板23，所述太阳能光板23和供电电源22电连接。

如图1和图2所示，一种茶叶芽头无人机24采摘装置，包括无人机24、采摘装置、抽吸风装置、收集箱20、图像采集装置、无线信号收发器、供电电源22以及太阳能光板等组成，所述无人机24、采摘装置、抽吸风装置、收集箱、图像采集装置，均可以通过无线信号收发器与计算机25进行通讯。

如图3到图7所示，采摘装置包括立柱16，立柱16与无人机24固联，立柱16上安装转臂电机13，转臂15与立柱16为转动副连接，转臂电机13可以带动转臂15相对于立柱16转动。大臂电机14安装在转臂15上，大臂11与转臂15为转动副连接，大臂电机14可以带动大臂11相对于转臂15转动。小臂电机12安装在大臂11上，小臂10与大臂11为转动副连接，小臂电机12可以带动小臂10相对于大臂11转动。腕部电机9安装在小臂10上，腕部4与小臂10之间为转动副连接，腕部电机9可以带动腕部4相对于小臂10摆动。夹持部电机8安装在腕部4上，夹持部电机8与蜗杆6直连，夹持部电机8可以带动蜗杆6转动。蜗轮7和驱动杆5固联，并且通过销轴与腕部4形成转动副连接，摆杆3与腕部通过销轴与腕部4形成回转副连接，驱动杆5和摆杆3分别夹持部2通过销轴形成回转副连接。蜗轮7、驱动杆5、摆杆3和夹持部2各有两个。当蜗杆6在夹持部电机8的带动下转动时，由于两个蜗轮7分列在蜗杆6的两侧，所以两个蜗轮7的旋转方向相反，从而使得与蜗轮7固联的两个驱动杆5的转动方向相反。在手腕4、驱动杆5、摆杆3和夹持部2组成的左右两组平行四杆机构中，左右两个驱动杆5转动方向的不同，左右两个夹持部2会完成同时合上或者打开的动作，夹持部2上安装有力检测装置以保证夹持部2在夹紧过程中不会损坏茶叶的独芽头。

如图8和图9所示，图像采集装置包括两个摄像头17，摄像头17固联在无人机24的前端，摄像头的拍摄角度可以调整，摄像头拍摄的图像可以通过无线信号收发器21传输到计算机25。

收集箱20通过卡槽安装在无人机24的机舱内，收集箱20可以从无人机24的机舱中取下来。收集箱20前端有接口与软管1可以连接，软管1的末端位于采摘装置夹持部2上方，软管1用扎带固定在采摘装置上。收集箱20的后端有接口可以与抽吸装置19连接，当抽吸电机18启动后，抽吸装置19会在收集箱20中产生负压，从而将采摘装置夹持部2处已经采摘好的独芽头通过软管1吸到收集箱20中。

抽吸电机18和抽吸装置19固联在无人机24机舱内，抽吸装置19前端与收集箱20通过接口连接，后端与抽吸电机18连接。

供电电源22固联在无人机24机舱后侧，为无人机24、抽吸风装置、采摘装置、图像采集装置、以及无线信号收发器21的电力供应。

太阳能光板23贴附无人机24的上表面和侧面，在供电电源22电力不足的情况下，可以对无人机24进行野外自行充电，保证无人机24及时返航。

如图10所示，本实用新型一种茶叶采摘装置的工作过程具体如下：

当无人机24的供电电源22充满电，开机后，各装置初始化检测正常，人们可以通过计算机25或手机并利用无线信号收发器21给无人机24指定本次采摘工作区域或者继续上次未完成的工作区域，使得无人机24根据指令飞向工作地点。

到达目标工作区附近，图像采集装置得两个摄像头17开始进行图像拍摄，并将拍摄的图像通过无线信号收发器21传输给计算机25或手机，计算机25对图像进行分析处理之后，对本次茶叶采摘的路径进行规划，并通过采摘路径通过无线信号收发器21传输给无人机24。

无人机24按照规划的路径飞行，避开可能会影响采摘的树枝等障碍物，到达本次需要采摘的第一个独芽头的采摘位置附近，悬停在采摘路径指定位置。第一轮采摘开始，转臂电机13启动带动转臂15绕着立柱16转动到采摘路径指定角度，然后转臂电机13停止。接着，大臂电机14启动带动大臂11绕着转臂15转动到采摘路径指定角度，然后大臂电机14停止。接着，小臂电机12启动带动小臂10绕着转臂11转动到采摘路径指定角度，然后大臂电机12停止，这时采摘装置的夹持部2已经处于要采摘第一个独芽头的两侧。接着，夹持部电机8启动开始正转，与夹持部电机8直连的蜗杆6转动，在蜗杆6的带动下蜗轮7开始转动。由于两个蜗轮7分列在蜗杆6的两侧，两个蜗轮7的转速相同但是转向相反，与蜗轮7固联的驱动杆5会和蜗轮7以相同的转速和转向旋转。在手腕4、驱动杆5、摆杆3和夹持部2组成的平四杆机构中，驱动杆5会带动夹持部2进行平动，而摆杆3会进行摆动。由于驱动杆5，摆杆3和夹持部2均为两个而且左右对称布置，再加上两个驱动杆5的转速相同转向相反，此时左右两个夹持部2会同时闭合，将需要采摘的独芽头夹紧，夹持部2上安装有力检测装置以保证夹持部2在夹紧过程中不会损坏茶叶的独芽头，然后夹持部电机8停止。接着，腕部电机9启动正转带动腕部4小臂10快速摆动，然后反转返回原位，模仿人工将茶叶的独芽头从茶树上掰下来，腕部电机9停止。接着，抽吸电机18启动，抽吸装置19工作在收集箱20中产生负压，同时，夹持部电机8启动开始反转，两个夹持部2略微松开，保证压力检测装置上检测的加持力远远小于负压吸附力夹持部电机停止，夹持在夹持部2中间茶叶的独芽头会顺着软管1被吸入收集箱20中，抽吸电机停止。夹持部电机8启动开始反转，夹持部回复初始位置，即根据路径规划判断是否需要让采摘装置恢复初始状态，第一轮采摘结束。

其中，力检测装置采用的是测力传感器。

可以按照第一轮的采摘过程，根据规划好的路径将本次需要采摘的茶叶独芽头，依次采摘完成。

当本次采摘结束，可以将采摘装置恢复初始状态，按照第一次采摘过程，重新进行图像采集，路径规划进行的下一次采摘。

当收集箱20装满，或者计算机25给无人机24发出返航信号，无人机24会将各个装置恢复初始状态，然后返航，卸货，等待后续指令。

本实用新型公开一种茶叶芽头无人机采摘装置，包括无人机，无人机上设置有用于模模仿人手动作完成茶叶芽头采摘的采摘装置、用于收集采摘好的茶叶芽头的收集箱和与收集箱连接的抽吸风装置，无人机上搭载有图像采集装置和太阳能光板，利用图像采集装置对无人机附近的图像进行采集以便确认和规划采摘路径，利用太阳能光板提供续航动力，利用采摘装置完成茶叶芽头的采摘并将茶叶芽头归置到收集箱内。本实用新型的采摘装置结构紧凑，可以模拟人的动作代替人工完成新鲜的独芽头的采摘，采摘质量高，极大的减轻了工人的劳动强度，提高了采摘效率，实用性强，值得推广。

以上公开的仅为本实用新型的较佳的具体实施例，但是本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。