采茶机器人设计` 摘 要采茶机器人是基于茶园茶树的具体生长特点以及茶叶采摘的的具体情要而设计的茶叶采摘设备，其功能主要是完成茶叶的采摘工作本次设计的是自乘式采茶机器人，代替了传统的背负式或手提式采茶机整个设计过程主要包括采茶机器人的总体方案设计、控制系统以及传动系统等设计采茶机是从茶树顶梢采收新嫩茶叶的作物收获机械根据采摘的方法不同可以分为选择性采茶机和非选择性采茶机两类这两类采茶工作具有不一样的特点分别适合名贵茶叶和大宗型茶叶总的目的是完成采茶工作的要求采茶机器人可以实现茶叶的的机械化拆摘，不仅能够节省茶园采茶工的数量，而且可以有效地减轻采茶工的工作强度，大幅度地提高了茶园茶叶采摘效率，降低生产成本，提高综合经济效益关键词：采茶机器人，自行式，传动控制采茶机器人设计 IIAbstractTea picking robot is designed for specific growth characteristics of tea plants and tea picking specific conditions should be based on the tea picking device, its main function is to complete the tea picking work.This design is the type tea picking robot, instead of a backpack or hand-held traditional tea picking machine. The overall plan of the whole design process including picking robot design, control system and drive system design. Tea picking machine is from tree top crop harvester harvesting tender tea shoots. According to the method of picking can be divided into different selective picking machine and non selective picking machine two. These two kinds of tea is not the same. Respectively for the precious tea and bulk tea. General purpose is to complete the tea job requirements.Abstract the mechanization and picking robot can realize the tea, the quantity can not only save tea tea workers, work intensity and can effectively alleviate the tea workers, greatly improve the tea picking efficiency, reduce production costs, enhance the comprehensive economic benefits.Key words：Tea picking robot, Self-propelled,Transmission control采茶机器人设计 IV 目 录1 绪论 11.1设计目的及意义 11.2 采茶机综述 11.3 国内发展现状 21.4 国外发展现状 31.5 设计的主要技术指标 42 整体方案设计 52.1 设计步骤 52.2 机器的结构构思 52.3 拟定传动方案 63 零部件的选型和设计 83.1 履带式行走装置的特点 83.2 履带式行走装置的功能与组成 83.3 传动方式的选择 133.4 履带式行走装置的设计 143.5 传动方案的分析 163.6 液压马达的选型 163.7 液压泵的选型 183.8 内燃机的选型 193.9 离心通风机的选型 203.10 普通V带传动的设计 203.11 升降传动及减速电机的选型 243.12 刀片的设计 264 机架的设计 275 液压系统的设计 305.1 液压系统原理设计 305.2 主要液压元件选型 316 PLC控制设计 326.1 可编程控制器（PLC）的产生与发展 326.2 控制的基本要求 336.3 PLC控制电路图 346.4 PLC控制流程图及梯形图 357 结 论 378 参考文献 389 致谢 3917采茶机器人设计 1 绪论1.1设计目的及意义茶叶生产季节性强，“早采一天是宝，晚采一天是草”的说法中可以体现其时效的重要性。
面对经济的发展，实现机械化采茶是必须切实面对的问题，而且能否采用机械化采茶已经成为目前制约茶叶生产发展的一个瓶颈，从采茶用工难的问题上可见一斑目前，在茶园很难见到年龄较小的采茶工，一般年龄都比较大由于采茶工人员的短缺，于是出现了争抢采茶工的问题因此，由于缺少采茶工，致使茶园的茶叶不能及时的采摘随着经济的快速发展，采茶工短缺的问题越来越凸显据统计，每亩茶园平均要用1名采茶工，然而全国茶园面积几千万亩，在采茶季节集结数量这么多的采茶工是十分困难的机械化采茶效率是手工采茶的近10 倍以上，是解决当前茶叶初制劳动力严重缺乏的根本手段，生产中机械化采茶虽然任务十分艰巨，但前景十分广阔基于上述背景，本课题旨在设计一种自行式采茶机器人，避免了手提式或背负式的负荷作业，可以有效的提高生产效率，保证鲜叶的品质，实现高要求的清洁化规模生产，降低劳动强度和生产成本1.2 采茶机综述采茶机是从茶树顶梢采收新嫩茶叶的作物收获机械根据采摘的方法不同可以分为选择性采茶机和非选择性采茶机两类选择性采茶机有折断式和摩擦式等类型折断式采茶机是利用弯曲折断的原理，采下鲜嫩的茶叶而保留粗老的枝条；后摩擦式采茶机则是用一对弹性摘指夹住茶叶，依靠摘指和茶叶之间的静摩擦力，摘下新叶并保留老叶和幼芽。
因为生产的效率过低且对茶园作业条件的要求较高的原因，选择性采茶机没有获得大量推广非选择性采茶机又称为剪切式采茶机，利用剪切原理采摘茶叶因为其结构简单，使用较方便所以得到了大力的推广非选择性采茶机的主要类型有往复切割式采茶机、钩刀切割式采茶机、螺旋滚切式采茶机等当今国内外普遍采用的采茶机都是针对大宗茶生产时采摘茶树鲜叶用的，它的基本原理是通过机械动力带动刀片的运动，快速的剪切并收集茶树的芽叶从而实现采摘茶叶的目的1.3 国内发展现状我国采茶机械的研究工作开始于上世纪六十年代，最初是从日本引进采茶剪用于茶树的修剪后来国内开始对采摘原理的进行研究和模拟采摘茶叶的试验，而且引进了日本菜茶机进行相关的试验与分析研究[1]到目前为止，在采茶机相关领域已经经历了漫长的过程此后采茶机的研究设计工作在我国各产茶省已经普遍展开在六十年代初经过努力的研究，试制成功了往复切割式采茶机，较好的机型有中国农科院茶叶研究所和南京农业机械化研究所联合研制的手动南茶—702型采茶机、浙江农业大学研制的浙农—4号采茶机等到六十年代中期，中国农科院茶叶研究所等单位在南茶—702型的基础上研制成功NIC型手提电动往复式采茶机组[1]。
上世纪七十年代后期，先后设计出了多种单人采茶机，而且在全国进行了研究试验，比较它们的优缺点，但是最终却因这些采茶机的动力、软轴不过关和制造机器的水平有限，没能在生产中得到大量应用到七十年代末期，受日本机械化茶树采摘的影响，我国加大了采茶机器人的研制工作在此期间设计出多种平形、弧形往复切割式以及各种轻、深、重采茶机器人，然而因为采茶机的动力需要从国外引进，并且受到了制造厂企业规模的限制，生产的部分零部件的质量不是不是很好，因此推广应用进展较慢八十年代末期，我国开始与国外开始合资生产采茶机，在杭州和长沙先后组建了长沙落后茶叶园林机械有限公司和浙江川崎茶叶机械有限公司这两家合资企业都是从日本进口零部件，然后再国内进行装配，为了抓住这个机遇，农业部等部门从八十年代末期开始，一方面组织各主要采茶省的有关机械厂家对采茶机器人的生产技术进行引进、吸收和消化，加速研制国产采茶机器人的发展速度，另一方面加强采茶机的推广应用工作，从而使我国的采茶机器人机械化事业迈入了新的发展阶段为了迎合国内各采茶省对采茶机器人的需求，我国农业部等相关部门非常重视和支持国内的相关机械厂采取多种方式研制生产采茶机器人例如全部国产、主件进口配件国产和散件进口并国内组装等。
浙江川崎茶叶机械有限公司和长沙落合茶叶园林机械有限公司为进口日本散件并在国内组装采茶机的中外合资厂家，而南昌飞机制造公司、杭州采茶机械厂、无锡扬名采茶机厂、泰州林业机械厂、宁波电机厂等，主要是零部件完全国产或者少数零件靠进口，大部分零部件式国产来组装生产采茶机器人我国采茶机器人械化事业之所以发展比较缓慢，主要是因为是国产的采摘机械质量不合格，这些原因，归结于我国小型的动力机、技术设备水平低、机械加工和原材料质量不高等综合因素最近几年，国内农业部等相关部门深刻的总结了先前的经验教训，开始加大对国外采茶机器人技术的理解，并结合我国具体采茶的具体环境，设计开发了符合我国采茶形式的采茶机器人，而且形成了自己的特色，随着之国内工业制造的水平的不断提高，使我国国产的采茶机械现已接近国外的相关水平1.4 国外发展现状国外对采茶机器人的研制工作起步比较早大约在1910年左右，日本就开始研究采茶、修剪器械最初是采用大剪刀进行采茶和茶树修剪，并有多种型式，1915年大剪刀获得专利，到1920年已基本普及使用1955年，日本开始研究小型动力采茶机、修剪机1956年日本奈良首先完成了一台机动背负式小型动力采茶机，此后有多种形式的单人动力采茶机投入商用。
在1970年之前日本的单人动力采茶机以往复切割式为主，1970年之后大力发展螺旋滚刀式，同时水平圆盘刀式也重新出现197O年左右，日本又发明了双人抬式采茶机，切割器多为往复切割刀片，分机动和电动两种机动以0.6-1.12kw的小型汽油机为动力，背负在身上（如图1-1所示）；电动又有发电机组供电和蓄电池组供电两种，使用时大多放置在地上，这样可以减轻操作手的劳动强度日本从1962年开始还进行了大型采茶机的研究到1976年，大型自走式、乘坐式采茶机投入开始使用，较好的机型有露岛Ⅲ型采茶机、茶试二号拖拉机装载采茶机和克罗拉采茶机它们都采用切割式采摘机头，跨在茶行上工作，集叶采取吹风式或吸风式，拖拉机6.7-22.4kw其中，克罗拉采茶机是一种履带式自走底盘，行走性能好，采摘面整齐良好，集叶损失少，回转半径小而易于掉头从70年代末开始，日本也着手折断式采摘原理的研究，三重大学提出了与前苏联不同的旋转折断式采摘器的设计日本还先后试制了压折式采茶机、夹采式采茶机、选择式采茶机等，但都没有应用到实际生产中 当今国外在对茶树的采摘机械的研制及。