智能茶叶采摘夹具
阅读说明：本技术 智能茶叶采摘夹具 (Intelligent tea leaf picking clamp ) 是由 卢劲竹 陈春霖 饶全文 邹琴 廖敏 刘婷 于 2021-09-28 设计创作，主要内容包括：智能茶叶采摘夹具,涉及茶叶采摘设备技术领域,解决了机械采摘茶叶质量不齐,操作不当损坏茶树的技术问题,包括壳体和法兰盘连接板,壳体上设有连接盘,连接盘和法兰盘连接板之间设有转动驱动组件,壳体内设有用于夹取茶叶的夹持机构,壳体内还设有夹取驱动组件,夹取驱动组件位于连接盘和夹持机构之间,壳体内还是还有用于控制转动驱动组件、夹持机构和夹取驱动组件协调动作的控制组件,通过转动驱动组件驱动壳体及其内部的夹持机构转动,通过夹持机构的设置实现对茶叶的夹取,通过夹取驱动组件实现对夹持机构手指的收拢与打开的控制,本发明采摘茶叶时可根据茶叶情况有选择的采摘,同时可有效的避免损坏茶树。(An intelligent tea picking clamp relates to the technical field of tea picking equipment, solves the technical problems of uneven tea quality and damage to tea trees due to improper operation in mechanical picking, comprises a shell and a flange plate connecting plate, wherein a connecting plate is arranged on the shell, a rotary driving assembly is arranged between the connecting plate and the flange plate connecting plate, a clamping mechanism for clamping tea leaves is arranged in the shell, a clamping driving assembly is also arranged in the shell and is positioned between the connecting plate and the clamping mechanism, a control assembly for controlling the rotary driving assembly, the clamping mechanism and the clamping driving assembly to act in a coordinated manner is also arranged in the shell, the shell and the clamping mechanism in the shell are driven to rotate by the rotary driving assembly, the clamping of the tea leaves is realized by the arrangement of the clamping mechanism, the drawing in and opening control of fingers of the clamping mechanism is realized by the clamping driving assembly, and the tea can be selectively picked according to the condition of the tea leaves when the tea leaves are picked, meanwhile, the damage to the tea trees can be effectively avoided.)
技术领域
本发明涉及茶叶采摘设备技术领域，具体涉及智能茶叶采摘夹具。
背景技术
茶叶，俗称茶，一般包括茶树的叶子和芽。别名茶、槚，茗，荈。茶叶成分有儿茶素、胆甾烯酮、咖啡碱、肌醇、叶酸、泛酸，有益健康。茶叶制成的茶饮料，是世界三大饮料之一。茶叶源于中国，茶叶最早是被作为祭品使用的。但从春秋后期就被人们作为菜食，在西汉中期发展为药用，西汉后期才发展为宫廷高级饮料，普及民间作为普通饮料那是西晋以后的事。发现最早人工种植茶叶的遗迹在浙江余姚的田螺山遗址，已有6000多年的历史。饮茶始于中国。叶革质，长圆形或椭圆形，可以用开水直接泡饮，依据品种和制作方式以及产品外形分成六大类。依据季节采制可分为春茶、夏茶、秋茶、冬茶。以各种毛茶或精制茶叶再加工形成再加茶，包括分为花茶、紧压茶、萃取茶、药用保健茶、茶食品、含茶饮料等。
目前茶叶采摘分为机械采摘和人工采摘。人工采摘主要是提手采，分朵采的方法，这种方法具有所采茶叶品质高，标准统一等优点，但是其耗时长、成本高、效率低往往导致茶叶产量不高。当前机械采摘使用最多的是双人抬往返切割式采茶机，虽然采摘效率和产量高，但是所采茶叶质量参差不齐，同时操作不当还会对茶树本身造成伤害。为解决现有机械采摘所采茶叶质量参差不齐，同时操作不当损坏茶树的技术问题，为此，本发明提供智能茶叶采摘夹具。
发明内容
本发明的目的在于：为解决背景技术中提出的技术问题，本发明提供智能茶叶采摘夹具。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
智能茶叶采摘夹具，包括中空的下方开口的呈圆柱形的壳体和法兰盘连接板，所述壳体上设有连接盘，所述连接盘和法兰盘连接板之间设有用于驱动夹具转动的转动驱动组件，所述壳体内设有用于夹取茶叶的夹持机构，所述壳体内还设有用于驱动夹持机构动作的夹取驱动组件，所述夹取驱动组件位于连接盘和夹持机构之间，所述壳体内还是还有用于控制转动驱动组件、夹持机构和夹取驱动组件协调动作的控制组件。
进一步地，所述转动驱动组件包括上舵机盘，所述上舵机盘上沿圆周均布有四个连接孔，所述连接盘上和上舵机盘上连接孔的位置相对处设有和连接孔配合的锁紧孔，所述上舵机盘和连接盘通过穿过连接孔和锁紧孔内的螺栓连接为一体，所述上舵机盘中间设有上舵机放置槽，所述上舵机放置槽内放置有上舵机，所述上舵机放置槽的槽底设有通孔，所述连接盘上设有舵机叶片放置槽，所述舵机叶片放置槽内设有舵机叶片，所述舵机叶片通过设置在上舵机放置槽槽底的通孔和上舵机连接。
进一步地，所述壳体和法兰盘连接板之间还设有避免机械臂移动时出现整体剧烈晃动的加固组件，所述加固组件包括开设在上舵机盘的外缘的环形槽，所述上舵机盘和连接盘之间设有至少两个连接套，所述连接套可在环形槽上滑动，所述连接套和连接盘通过螺栓固定连接。
进一步地，所述连接套为四个。
进一步地，所述上舵机盘上位于上舵机放置槽两侧还开有避免安装时与法兰盘产生干扰的通槽。
进一步地，所述夹持机构包括通过夹取驱动组件驱动其上下移动的螺纹轴套，所述螺纹轴套上靠近夹取驱动组件的一侧固设有和夹取驱动组件配合的驱动块，所述螺纹轴套包括四个连接板，所述螺纹轴套上远离夹取驱动组件的一侧通过圆柱销连接有手指，手指上裹有一层生胶，所述壳体底部沿圆周均匀设置有至少四块底盘连接板，四块底盘连接板的另一端通过底盘连接为一体，所述手指与底盘用手指底盘连接板通过圆柱销连接起来。
进一步地，所述底盘连接板为四块。
进一步地，所述夹取驱动组件包括通过螺栓和连接盘连接为一体的下舵机盘，所述下舵机盘上开设有下舵机放置槽，所述下舵机放置槽内放置有下舵机，所述下舵机盘底部设有通槽，所述壳体内安装有可与壳体产生相对转动的螺纹轴，所述螺纹轴的顶部设有螺纹轴盘，所述螺纹轴盘上设有下舵机叶片槽，所述下舵机叶片槽内设有舵机叶片，所述下舵机盘通过设置在底部的通槽与舵机叶片连接。
进一步地，所述控制组件包括设置在夹持机构上的颜色模块传感器，还包括设置在壳体顶部的单片机盒，所述单片机盒内安装有单片机和供电电源，所述控制组件还包括沿圆周均布在壳体底部的四个激光对射传感器，所述壳体上的外表面设有沿圆周均布的四个线槽，所述激光对射传感器和颜色模块传感器的导线穿过线槽并与单片机盒内的单片机连接。
进一步地，所述法兰盘连接板的中部沿圆周均布有三个固定孔，所述法兰盘连接板通过固定在固定孔内的螺栓与机械手臂底部的法兰盘连接。
一种对智能茶叶采摘夹具进行控制的方法，包括以下步骤：
S1.PC端定位茶叶，机械臂移动至指定位置，激光对射传感器获取路径信息，并判断路径上是否有物体；
S2.若路径上有物体，则颜色传感器获取物体的颜色信息并判断是否为茶叶，若路径上无物体，上舵机旋转45°并再次检测路径上是否有物体，如无物体则PC端重新定位茶叶，如有物体则颜色传感器获取物体的颜色信息并判断是否为茶叶；
S3.若不是茶叶则PC端重新定位茶叶，若是茶叶则单片机控制下舵机旋转180°，夹取机构夹紧茶叶，同时单片机向PC端返回控制机械臂采取茶叶并移动至茶叶收集平台；
S4.颜色传感器采集信息判断茶叶是否采摘成功，若未成功则PC端重新定位茶叶，若成功则PC端控制机械臂将茶叶放置在茶叶收集平台。
本发明的有益效果：
1、本发明包括中空的下方开口的呈圆柱形的壳体和法兰盘连接板，所述壳体上设有连接盘，所述连接盘和法兰盘连接板之间设有用于驱动夹具转动的转动驱动组件，所述壳体内设有用于夹取茶叶的夹持机构，所述壳体内还设有用于驱动夹持机构动作的夹取驱动组件，所述夹取驱动组件位于连接盘和夹持机构之间，所述壳体内还是还有用于控制转动驱动组件、夹持机构和夹取驱动组件协调动作的控制组件，通过转动驱动组件驱动壳体及其内部的夹持机构转动，通过夹持机构的设置实现对茶叶的夹取，通过夹取驱动组件实现对夹持机构手指的收拢与打开的控制，本发明采摘茶叶时可根据茶叶情况有选择的采摘，同时可有效的避免损坏茶树。
2、本发明所述转动驱动组件包括上舵机盘，所述上舵机盘上沿圆周均布有四个连接孔，所述连接盘上和上舵机盘上连接孔的位置相对处设有和连接孔配合的锁紧孔，所述上舵机盘和连接盘通过穿过连接孔和锁紧孔内的螺栓连接为一体，所述上舵机盘中间设有上舵机放置槽，所述上舵机放置槽内放置有上舵机，所述上舵机放置槽的槽底设有通孔，所述连接盘上设有舵机叶片放置槽，所述舵机叶片放置槽内设有舵机叶片，所述舵机叶片通过设置在上舵机放置槽槽底的通孔和上舵机连接，所述壳体和法兰盘连接板之间还设有避免机械臂移动时出现整体剧烈晃动的加固组件，所述加固组件包括开设在上舵机盘的外缘的环形槽，所述上舵机盘和连接盘之间设有至少两个连接套，所述连接套可在环形槽上滑动，所述连接套和连接盘通过螺栓固定连接，所述连接套为四个，通过转动驱动组件舵机叶片的转动，带动连接盘转动，转动的连接盘以下的零部件实现转动。
3、本发明所述上舵机盘上位于上舵机放置槽两侧还开有避免安装时与法兰盘产生干扰的通槽，通过通槽的开设可有效避免法兰盘连接板和上舵机盘安装时候产生干扰。
4、本发明所述夹持机构包括通过夹取驱动组件驱动其上下移动的螺纹轴套，所述螺纹轴套上靠近夹取驱动组件的一侧固设有和夹取驱动组件配合的驱动块，所述螺纹轴套包括四个连接板，所述螺纹轴套上远离夹取驱动组件的一侧通过圆柱销连接有手指，所述壳体底部沿圆周均匀设置有至少四块底盘连接板，四块底盘连接板的另一端通过底盘连接为一体，所述手指与底盘用手指底盘连接板通过圆柱销连接起来，所述底盘连接板为四块，通过夹持机构的设置实现对待采摘茶叶的夹取，底盘与壳体通过壳体底盘连接板连接起来，可实现相对固定，手指与底盘用手指底盘连接板通过圆柱销连接起来，可为手指的夹紧与松开运动提供支点，通过驱动块与螺纹轴的配合，当螺纹轴转动时驱动块实现上下移动，从而实现对手机开合的控制。
5、本发明所述夹取驱动组件包括通过螺栓和连接盘连接为一体的下舵机盘，所述下舵机盘上开设有下舵机放置槽，所述下舵机放置槽内放置有下舵机，所述下舵机盘底部设有通槽，所述壳体内安装有可与壳体产生相对转动的螺纹轴，所述螺纹轴的顶部设有螺纹轴盘，所述螺纹轴盘上设有下舵机叶片槽，所述下舵机叶片槽内设有舵机叶片，所述下舵机盘通过设置在底部的通槽与舵机叶片连接，通过夹取驱动组件的舵机叶片驱动螺纹轴转动，转动的螺纹轴驱动夹持机构的驱动块上下运动，从而实现手指开合的控制。
6、本发明所述控制组件包括设置在夹持机构上的颜色模块传感器，还包括设置在壳体顶部的单片机盒，所述单片机盒内安装有单片机和供电电源，所述控制组件还包括沿圆周均布在壳体底部的四个激光对射传感器，所述壳体上的外表面设有沿圆周均布的四个线槽，所述激光对射传感器和颜色模块传感器的导线穿过线槽并与单片机盒内的单片机连接，通过颜色模块传感器识别茶叶的颜色，从而判断其为嫩芽还是老茶叶，通过激光对射传感器判断当前位置是否有物体遮挡，通过激光对射传感器和颜色模块传感器的配合实现对茶叶的识别。
7、本发明所述法兰盘连接板的中部沿圆周均布有三个固定孔，所述法兰盘连接板通过固定在固定孔内的螺栓与机械手臂底部的法兰盘连接，通过法兰盘连接板的设置实现与外部机械手臂的连接。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明剖视图；
图3为本发明上舵机盘结构示意图；
图4为本发明壳体结构示意图；
图5为本发明手指和激光对射的相对位置结构示意图；
图6为本发明法兰盘结构示意图；
图7为本发明控制方法的程序流程图；
附图标记：1-单片机盒、2-法兰盘连接板、3-上舵机盘、4-连接套、5-壳体、6-夹持机构、7-手指底盘连接板、8-颜色传感器、9-底盘、10-激光对射传感器、11-连接盘、12-下舵机盘、13-螺纹轴、14-螺纹轴套、15-壳体底盘连接板、16-圆柱销、17-单片机。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
如图1-6所示，智能茶叶采摘夹具，包括中空的下方开口的呈圆柱形的壳体5和法兰盘连接板2，壳体5上设有连接盘11，连接盘11和法兰盘连接板2之间设有用于驱动夹具转动的转动驱动组件，壳体5内设有用于夹取茶叶的夹持机构6，壳体5内还设有用于驱动夹持机构6动作的夹取驱动组件，夹取驱动组件位于连接盘11和夹持机构6之间，壳体5内还是还有用于控制转动驱动组件、夹持机构6和夹取驱动组件协调动作的控制组件。
优选地，转动驱动组件包括上舵机盘3，上舵机盘3上沿圆周均布有四个连接孔，连接盘11上和上舵机盘3上连接孔的位置相对处设有和连接孔配合的锁紧孔，上舵机盘3和连接盘11通过穿过连接孔和锁紧孔内的螺栓连接为一体，上舵机盘3中间设有上舵机放置槽，上舵机放置槽内放置有上舵机，上舵机放置槽的槽底设有通孔，连接盘11上设有舵机叶片放置槽，舵机叶片放置槽内设有舵机叶片，舵机叶片通过设置在上舵机放置槽槽底的通孔和上舵机连接。
优选地，壳体5和法兰盘连接板2之间还设有避免机械臂移动时出现整体剧烈晃动的加固组件，加固组件包括开设在上舵机盘3的外缘的环形槽，上舵机盘3和连接盘11之间设有至少两个连接套4，连接套4可在环形槽上滑动，连接套4和连接盘11通过螺栓固定连接。
优选地，连接套4为四个。
优选地，上舵机盘3上位于上舵机放置槽两侧还开有避免安装时与法兰盘产生干扰的通槽。
优选地，夹持机构6包括通过夹取驱动组件驱动其上下移动的螺纹轴套14，所述螺纹轴套14上靠近夹取驱动组件的一侧固设有和夹取驱动组件配合的驱动块，螺纹轴套14包括四个连接板，螺纹轴套14上远离夹取驱动组件的一侧通过圆柱销16连接有手指，手指上裹有一层生胶，以防止在夹取过程中对茶叶嫩叶造成破坏，壳体5底部沿圆周均匀设置有至少四块底盘9连接板，四块底盘9连接板的另一端通过底盘9连接为一体，手指与底盘9用手指底盘9连接板通过圆柱销16连接起来。
优选地，底盘9连接板为四块。
优选地，夹取驱动组件包括通过螺栓和连接盘11连接为一体的下舵机盘12，下舵机盘12上开设有下舵机放置槽，下舵机放置槽内放置有下舵机，下舵机盘12底部设有通槽，壳体5内安装有可与壳体5产生相对转动的螺纹轴13，螺纹轴13的顶部设有螺纹轴13盘，螺纹轴13盘上设有下舵机叶片槽，下舵机叶片槽内设有舵机叶片，下舵机盘12通过设置在底部的通槽与舵机叶片连接。
实施例2
如图1、2、7所示，本实施例是在实施例1的基础上的进一步优化，智能茶叶采摘夹具还包括控制组件，控制组件包括设置在夹持机构6上的颜色模块传感器，还包括设置在壳体5顶部的单片机盒1，单片机盒1内安装有单片机17和供电电源，控制组件还包括沿圆周均布在壳体5底部的四个激光对射传感器10，壳体5上的外表面设有沿圆周均布的四个线槽，激光对射传感器10和颜色模块传感器的导线穿过线槽并与单片机盒1内的单片机17连接。
优选地，法兰盘连接板2的中部沿圆周均布有三个固定孔，法兰盘连接板2通过固定在固定孔内的螺栓与机械手臂底部的法兰盘连接。
一种对智能茶叶采摘夹具进行控制的方法，包括以下步骤：
S1.PC端定位茶叶，机械臂移动至指定位置，激光对射传感器获取路径信息，并判断路径上是否有物体；
S2.若路径上有物体，则颜色传感器获取物体的颜色信息并判断是否为茶叶，若路径上无物体，上舵机旋转45°并再次检测路径上是否有物体，如无物体则PC端重新定位茶叶，如有物体则颜色传感器获取物体的颜色信息并判断是否为茶叶；
S3.若不是茶叶则PC端重新定位茶叶，若是茶叶则单片机控制下舵机旋转180°，夹取机构夹紧茶叶，同时单片机向PC端返回控制机械臂采取茶叶并移动至茶叶收集平台；
S4.颜色传感器采集信息判断茶叶是否采摘成功，若未成功则PC端重新定位茶叶，若成功则PC端控制机械臂将茶叶放置在茶叶收集平台。
首先，PC端控制机械臂定位到指定位置，然后PC端通过蓝牙通信模块向单片机发送信号指令A(PC端控制单片机打开激光对射传感器)，激光对射传感器被触发后会出现两种可能：第一种是检测到激光对射路径有物体遮挡，此时向单片机返回一个高电平信号，触发颜色传感器，再根据颜色识别判断该物体是否为茶叶，若判断结果为茶叶，则单片机控制下舵机旋转180度，控制夹取机构对茶叶进行夹紧，夹紧后由单片机向PC端返回一个指令B(PC端控制机械臂提取茶叶并移动到收集平台)，判断结果不为茶叶，则由单片机向PC端返回一个指令C(PC端重新定位下一个茶叶位置)；第二种是检测到激光对射路径没有物体遮挡，则返回单片机一个低电平信号，单片机控制上舵机带动上舵机盘以下整体顺时针旋转45度，此时夹取机构四指获得新的抓取路径，增大了激光对射的检测范围，提高了茶叶采摘的容错率。
其次，激光对射传感器重新判断抓取路径是否有物体，如果传感器依旧未能检测到物体，则向PC端发送一个指令C(PC端重新定位下一个茶叶位置)，如果传感器检测到物体，则向单片机返回一个高电平信号并触发颜色传感器，判别此物体是否为茶叶，如果判断结果为茶叶，则单片机控制下舵机旋转180度带动螺纹轴套上升，使夹取机构夹紧茶叶，同时单片机向PC端返回一个指令B(控制机械臂采取茶叶并移动到茶叶收集平台)。
最后，机械臂移动到收集平台，PC端向单片机发送一个指令D(控制单片机触发颜色传感器)，对采摘的物体再次进行识别，判断此次动作是否为空采，若识别到茶叶存在，则由单片机控制下舵机顺时针旋转180度，夹取机构将会松开茶叶，如果没有识别到茶叶，此时单片机向PC端发送指令C(PC端重新定位下一个茶叶位置)，往复以上动作，以达到对茶叶的智能采摘。
由技术常识可知，本发明可以通过其他的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
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