一种单行履带自走式采茶机及其自动仿形采茶控制方法与流程

本发明涉及农业采摘机械，具体是指一种单行履带自走式采茶机及其自动仿形采茶控制方法。

背景技术：

1、茶叶是我国重要的经济作物，种植面积广泛，尤其在丘陵山区分布集中。茶叶采收是茶叶生产中的关键环节，对采摘效率和鲜叶质量有直接影响。随着农业机械化的推进，采茶机械逐渐替代人工采摘，成为提高采收效率的重要手段。

2、现有采茶机械在结构和功能上仍存在一定局限性，一方面，部分采茶设备的切割器高度调节能力有限，难以适应不同茶园茶树蓬面高度差异较大的工况，在丘陵山地地形起伏条件下尤为明显；

3、另一方面，切割器的俯仰姿态多依赖人工调整或固定设置，缺乏根据地形和茶蓬面形态自动调节的能力，在坡地作业时容易导致切割面倾斜，影响采摘质量。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，克服以上技术缺陷，提供一种具备茶蓬面感知能力、切割高度和俯仰角度可自动调节的一种单行履带自走式采茶机及其自动仿形采茶控制方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种单行履带自走式采茶机，包括自走底盘，所述自走底盘的顶部连接设有z轴导轨结构，所述z轴导轨结构的活动端上安装设有立板，所述立板上铰接设有采茶悬臂，采茶悬臂与立板之间安装设有角度调节驱动结构；

3、还包括触碰式茶树姿态传感组件、姿态传感器和控制系统；

4、所述触碰式茶树姿态传感组件设于采茶悬臂上，感知茶蓬面高度变化并输出高度信号；

5、所述姿态传感器监测自走底盘与水平面的角度差并输出姿态信号；

6、所述控制系统分别与触碰式茶树姿态传感组件、姿态传感器、z轴导轨结构及角度调节驱动结构电连接，调节采茶悬臂高度与采茶悬臂的俯仰角度。

7、优选的，所述角度调节驱动结构为与立板铰接安装的电推杆，电推杆的伸缩端与采茶悬臂的顶部铰接设置，所述电推杆根据姿态信号伸缩，补偿自走底盘倾斜角度使采茶悬臂保持水平。

8、优选的，所述z轴导轨结构包括立柱和安装在立柱内的z轴丝杆模组，所述z轴导轨结构的活动端为与z轴丝杆模组传动连接的滑块结构；

9、所述z轴丝杆模组根据高度信号驱动滑块结构升降，使采茶悬臂跟随茶蓬面高度变化。

10、优选的，所述触碰式茶树姿态传感组件包括安装板、与安装板转动连接的茶蓬面感应拨片和数字式高精度角度传感器；

11、所述数字式高精度角度传感器和茶蓬面感应拨片之间通过联轴器安装设置；

12、所述茶蓬面感应拨片受茶蓬面高度变化作用产生角位移，数字式高精度角度传感器将角位移转换为高度信号输出。

13、优选的，所述控制系统以预设频率实时采集姿态传感器和触碰式茶树姿态传感组件的传感信号；

14、当姿态信号的角度偏差超出预设控制死区时驱动角度调节驱动结构执行俯仰补偿；

15、当高度信号超出预设高度偏差阈值时驱动z轴导轨结构执行升降补偿。

16、本发明另一方面公开了一种自动仿形采茶控制方法，包括如下步骤：

17、s1：自走底盘沿茶树行间行进，触碰式茶树姿态传感组件的茶蓬面感应拨片接触茶蓬面，感知茶蓬面高度变化并输出高度信号，姿态传感器监测自走底盘与水平面的角度差并输出姿态信号；

18、s2：控制系统根据高度信号驱动z轴导轨结构，调节采茶悬臂的高度，使往复式采茶刀具跟随茶蓬面高度；

19、s3：陀螺仪监测自走底盘与水平面的角度差并输出姿态信号，控制系统根据姿态信号驱动角度调节驱动结构，调节采茶悬臂的俯仰角度，使采茶刀具保持水平；

20、s4：采茶刀具切割茶叶鲜叶并进行收集。

21、优选的，所述s1中茶蓬面感应拨片的高度信号输出包括：

22、当拨片受茶蓬面高度变化作用力时在转轴处产生扭矩及角位移；

23、角位移超出设定值时通过联轴器传递至数字式高精度角度传感器，转换为电信号作为高度信号输出。

24、优选的，所述s2与s3中控制系统采用双轴协同控制策略，其中姿态补偿的执行优先于高度调节；

25、根据姿态信号完成采茶悬臂的俯仰角度补偿使刀具达到水平状态；

26、根据高度信号完成采茶悬臂的高度调节使刀具跟随茶蓬面高度；

27、其中：

28、两路传感信号以预设频率并行采集，控制系统独立输出补偿指令。

29、优选的，所述s3中控制系统还设有控制死区；

30、当姿态信号的角度偏差处于预设死区范围内时停止输出角度调节驱动结构的调节指令；

31、所述控制死区为±2度。

32、优选的，所述s3中控制系统还设有控制死区；

33、当姿态信号的角度偏差处于预设死区范围内时停止输出角度调节驱动结构的调节指令；

34、所述控制死区为±2度。

35、本发明与现有技术相比的优点在于：本发明通过z轴导轨结构与角度调节驱动结构配合，实现采茶悬臂高度和俯仰角度的双自由度自动调节，能够适应丘陵山地茶园茶蓬面高度不一和地形起伏大的工况；

36、茶蓬面感应拨片基于于力矩平衡原理实时感知茶蓬面高度变化，配合陀螺仪监测底盘水平姿态，控制系统以100hz频率闭环采集双路传感信号，驱动升降机构和电推杆协同补偿，使切割器始终跟随茶蓬面高度并保持水平，实现仿形跟踪采摘，显著提高采摘质量一致性，本发明实现丘陵山区大宗茶的高效机械化采收。

1.一种单行履带自走式采茶机，包括自走底盘（1），所述自走底盘（1）的顶部连接设有z轴导轨结构（2），所述z轴导轨结构（2）的活动端上安装设有立板（3），所述立板（3）上铰接设有采茶悬臂（4），其特征在于：采茶悬臂（4）与立板（3）之间安装设有角度调节驱动结构（5）；

2.根据权利要求1所述的一种单行履带自走式采茶机，其特征在于：所述角度调节驱动结构（5）为与立板（3）铰接安装的电推杆，电推杆的伸缩端与采茶悬臂（4）的顶部铰接设置，所述电推杆根据姿态信号伸缩，补偿自走底盘倾斜角度使采茶悬臂保持水平。

3.根据权利要求1所述的一种单行履带自走式采茶机，其特征在于：所述z轴导轨结构（2）包括立柱和安装在立柱内的z轴丝杆模组，所述z轴导轨结构（2）的活动端为与z轴丝杆模组传动连接的滑块结构（13）；

4.根据权利要求1所述的一种单行履带自走式采茶机，其特征在于：所述触碰式茶树姿态传感组件包括安装板（21）、与安装板（21）转动连接的茶蓬面感应拨片（22）和数字式高精度角度传感器（23）；

5.根据权利要求1所述的一种单行履带自走式采茶机，其特征在于：所述控制系统以预设频率实时采集姿态传感器和触碰式茶树姿态传感组件的传感信号；

6.一种自动仿形采茶控制方法，使用如权利要求1-5中任一项所述的采茶机，其特征在于：包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种自动仿形采茶控制方法，其特征在于：所述s1中茶蓬面感应拨片（22）的高度信号输出包括：

8.根据权利要求6所述的一种自动仿形采茶控制方法，其特征在于：所述s2与s3中控制系统采用双轴协同控制策略，其中姿态补偿的执行优先于高度调节；

9.根据权利要求6所述的一种自动仿形采茶控制方法，其特征在于：所述s3中控制系统还设有控制死区；

10.根据权利要求8所述的一种自动仿形采茶控制方法，其特征在于：所述高度信号采用轮询采集，姿态信号的采集频率为100hz。