一种茶叶采摘机械手的工作方法技术领域
本发明涉及采茶技术，特别涉及一种一种茶叶采摘机械手的工作方法。
背景技术
茶叶采摘不仅关系到制茶原料的质量，而且影响茶树的生长发育。合理的采茶，在一定程度上能促进茶叶增产，并有防治病虫的作用。茶叶采摘时令性强，尤其是春茶，鲜叶不及时采摘，将影响成品茶的质量。传统的做法都是手工采摘，一般每人每天工作八小时左右，最多也只能采摘2Kg左右的茶叶，劳动强度大，且工作效率低。
为了降低采茶的劳动强度，提高采茶效率，目前通常采用采茶机进行采茶。采茶机械手是采茶机的重要部件，采茶机械手通常设置在采茶机的升降回转平台上。现有的采茶机械手主要由两个可开闭的采摘夹爪构成，采摘夹爪的端部设有刀片。采茶时，两采摘夹爪首先内摆将茶叶抓住，然后通过采摘夹爪端部的刀片将茶叶割断，完成茶叶的采摘。
上述采茶机械手往往存在以下问题：1.通常是通过升降和回转平台将采摘机械手置于不同的采摘位置，来采摘茶叶，由于采茶机械手自身不具备在小的空间范围内抬升、伸缩和回转的功能，而每次升降和回转平台的动作范围又较大，因此，很容易遗漏茶叶，降低采茶的产量；2.仅通过采茶机械手采摘夹爪端部的刀片割断茶叶，切割力度有限，经常会使茶叶与茶柄未完全割断，而是通过采摘夹爪将茶叶与茶柄拉扯断而完成采摘的，在拉扯过程中很容易使茶叶残缺，影响后期加工；3.采摘的茶叶是通过机械手直接送入茶叶收集箱内的，采茶机械手操作十分不方便，且动作较慢，收集茶叶效率低。
发明内容
本发明意在提供一种可在小空间内抬升、伸缩和回转的一种茶叶采摘机械手的工作方法。
本方案中的茶叶采摘机械手的工作方法，包括以下步骤；
第一步，接收茶叶采摘开始触发信号，气缸体的下气室进压缩空气，推动活塞向上气室一侧运动，活塞带动主轴伸长，从而使转盘下部的上齿环与座体上的下齿环脱离，同时卡环卡在齿轮的卡槽内；驱动气缸进气，推动齿条活塞直线运动，由于齿条活塞与齿轮啮合，因此将带动齿轮旋转，齿轮带动卡环旋转，卡环带动与其固定的主轴旋转，主轴带动转盘旋转，转盘带动其上的夹爪组件旋转，旋转到位后，下气室排气，活塞杆后退，使卡环与齿轮的卡槽脱离，上齿环再次与下齿环啮合，使转盘定位；
第二步，竖直伸缩气缸伸长或缩回，从而使水平伸缩气缸和采摘夹爪一起抬升或下降；
第三步，水平伸缩气缸伸长或缩回，从而带动采摘夹爪到茶叶采摘位；
第四步，采摘夹爪中的两个曲柄反方向同步转动，带动两个摆杆的夹持端先张开再合拢，夹持住一片或多片茶叶；
第五步，通过摆杆夹持端的切叶机构将茶叶从茶叶柄上切割下来；
第六步，风机启动，将切割下的茶叶从摆杆内侧的导叶槽吸入叶片输送管，并最终输送到茶叶收集箱；
重复上述动作，直至将采摘机械手所能达到的三维空间内的茶叶采摘完毕，之后回转升降平台动作，带动采茶机械手到下一个采茶位置。
本方案的工作原理及有益效果如下：
采摘完毕后，通过导叶槽将茶叶输送到叶片输送管处，在风机的作用下，将茶叶吸入叶片输送管并最终运送到茶叶收集箱，相比于现有直接通过采茶机械手输送茶叶，大大提高茶叶的输送效率，而且采茶机械手省去了输送工作，可以一直采摘茶叶，提高采摘效率。
通过本方法工作的采茶机械手可在小空间内抬升、伸缩和回转，每次通过升降回转台定位后，还可通过采茶机械手自带的各个驱动气缸在小空间内微调位置，从而完成各个位置茶叶的采摘，不会遗漏任何微小空间的茶叶，可提高采茶产量，具备实用推广性。
进一步，在第五步中，所述的切叶机构为通过双向气缸带动的剪刀手。通过剪刀手切叶，切叶更彻底，避免茶叶与茶柄未完全割断，通过采摘夹爪将茶叶与茶柄拉扯断容易使茶叶残缺的问题。
进一步，两摆杆夹持茶叶时，两摆杆的夹持端平行。由于夹持茶叶时，两摆杆的夹持端平行，因此，与茶叶的接触面积大，夹持更稳定。
进一步，竖直伸缩气缸伸长或缩回时，位于竖直伸缩气缸侧向的导向杆与竖直伸缩气缸的活塞杆同步伸长或缩短。在竖直伸缩气缸运行时，导向杆可随竖直伸缩气缸收缩，对竖直伸缩气缸的活塞杆起到运动导向和加固的作用。
附图说明
图1为本发明实施例采茶机械手回转机构的结构示意图。
图2为本发明实施例各个驱动气缸的结构示意图。
图3为本发明实施例采摘夹爪的结构示意图。
图4为本发明实施例切叶机构的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
说明书附图中的附图标记包括：竖直伸缩气缸4、导向杆5、水平伸缩气缸6、连接盘7、曲柄8、摆杆9、连杆10、双向气缸11、剪刀手12、齿条活塞13、底座14、气缸15、下齿环16、上齿环17、转盘18、主轴19、活塞20、气缸下室21、气缸体22、卡环23、齿轮24。
如附图1所示的采茶机械手的回转机构，座体呈筒状，座体用于支撑下齿环的一端具有承台，承台的中部开有阶梯孔，气缸体的头部位于阶梯孔内。阶梯孔的上部固定有导向环，气缸体的活塞穿设在导向环内。活塞将气缸体分隔成上气室和下气室，气缸体内壁、活塞和导向环的内壁共同围成上气室，下气室由气缸体内壁和活塞内壁围成。进气口设置在下气室的壁上。在气缸体与活塞之间和活塞与导向环之间均设有密封垫圈，防止气缸漏气。
活塞固定在作为活塞杆的主轴上，主轴的上端伸出上气室并与转盘固定，转盘的下部固定有上齿环，可与上齿环啮合的设有下齿环，下齿环固定在一底座上；主轴的下端伸出下气室并在其周向固定有卡环，气缸体的外侧壁周向套接有齿轮，气缸体的侧壁呈阶梯状，气缸体的侧壁的阶梯与齿轮之间设有轴承。
齿轮与其侧向设置的驱动气缸的齿条活塞啮合，齿轮的端面具有卡槽，卡环可卡接进卡槽内。具体是卡环的端面设有径向排布的多个齿，齿轮的端面的卡槽与所述齿的形状和尺寸相匹配。
如附图2所示的采茶机械手的各个气缸驱动机构，
附图1中的回转机构的转盘上安装连接座，连接座的侧面（本实施例为上表面）焊接有第二竖直安装板，第二竖直安装板上设有竖直伸缩气缸，本实施例中，第二竖直安装板的两个长侧边还分别设有挡板，竖直伸缩气缸位于两挡板之间。在第二竖直安装板的下方安装有导向杆，导向杆的端部与竖直伸缩气缸的竖直伸缩杆固定。
竖直伸缩气缸的竖直伸缩杆的端部固定有水平的卡座，卡座上安装水平伸缩气缸，水平伸缩气缸的水平伸缩杆的端部固定有竖直的连接盘，连接盘为长方体状，连接盘水平的四个侧面上均设有采摘夹爪。本实施例中连接盘为长方体状，连接盘水平的四个侧面上均设有采摘夹爪。一个采摘工位上设置多个采摘夹爪，增加菜渣效率。
如附图3所示，本实施例的采摘夹爪包括对称设置的两个夹爪组件，每个夹爪组件均包括曲柄、连杆和摆杆。曲柄的一端铰接在连接盘上，曲柄与连接盘铰接的该端设有外齿使得两个夹爪组件的曲柄啮合，其中一个曲柄为主动件，可通过电机或旋转气缸带动旋转，另一个曲柄为从动件。连杆一端铰接在连接盘上，另一端与摆杆的中部铰接。曲柄的另一端与摆杆的一端铰接，摆杆的另一端为茶叶的夹持端。摆杆呈V形，使得两摆杆夹持茶叶时，两摆杆的夹持端平行。上述采摘夹爪结构简单，且由于两个曲柄一端始终啮合，因此采摘时，两个摆杆的动作更稳定。
本实施例中，摆杆的内侧沿摆杆的轴向开有导叶槽（图中未示出），导叶槽内固定有叶片输送管，叶片输送管与茶叶收集箱相通，切叶片输送管与抽风机相连。
如附图4所示，夹持端上通过螺栓连接有切叶机构，切叶机构包括双向气缸和通过双向气缸带动张开或闭合的剪刀手。剪刀手的端部与双向气缸的活塞杆软连接，避免工作时，剪刀手卡住，而使双向气缸的活塞杆卡死，损坏双向气缸。
本实施中的茶叶采摘机械手的工作方法，包括以下步骤；
第一步，第一步，接收茶叶采摘开始触发信号，气缸体的下气室进压缩空气，推动活塞向上气室一侧运动，活塞带动主轴伸长，从而使转盘下部的上齿环与座体上的下齿环脱离，同时卡环卡在齿轮的卡槽内；驱动气缸进气，推动齿条活塞直线运动，由于齿条活塞与齿轮啮合，因此将带动齿轮旋转，齿轮带动卡环旋转，卡环带动与其固定的主轴旋转，主轴带动转盘旋转，转盘带动其上的夹爪组件旋转，旋转到位后，下气室排气，活塞杆后退，使卡环与齿轮的卡槽脱离，上齿环再次与下齿环啮合，使转盘定位；
第二步，竖直伸缩气缸伸长或缩回，从而使水平伸缩气缸和采摘夹爪一起抬升或下降，竖直伸缩气缸伸长或缩回时，位于竖直伸缩气缸侧向的导向杆与竖直伸缩气缸的活塞杆同步伸长或缩短；
第三步，水平伸缩气缸伸长或缩回，从而带动采摘夹爪到茶叶采摘位；
第四步，采摘夹爪中的两个曲柄反方向同步转动，带动两个摆杆的夹持端先张开再合拢，夹持住一片或多片茶叶，两摆杆夹持茶叶时，两摆杆的夹持端平行；
第五步，通过摆杆夹持端的切叶机构将茶叶从茶叶柄上切割下来，切叶机构为通过双向气缸带动的剪刀手；
第六步，风机启动，将切割下的茶叶从摆杆内侧的导叶槽吸入叶片输送管，并最终输送到茶叶收集箱；
重复上述动作，直至将采摘机械手所能达到的三维空间内的茶叶采摘完毕，之后回转升降平台动作，带动采茶机械手到下一个采茶位置。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。