茶葉自動(dòng)采摘機(jī)械裝置的電子工作參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

竇崧源

（桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院，廣西桂林 541004）

對(duì)于當(dāng)前茶葉生產(chǎn)活動(dòng)來說，使用自動(dòng)采摘機(jī)械裝置極為必要，其不僅是茶葉產(chǎn)業(yè)規(guī)?；a(chǎn)與種植的要求，同時(shí)更是滿足茶葉產(chǎn)品品質(zhì)要求下的生產(chǎn)要求。對(duì)于茶葉自動(dòng)采摘來說，自動(dòng)采摘機(jī)械裝置中所關(guān)聯(lián)的各項(xiàng)電子工作參數(shù)，不僅關(guān)系到茶葉生產(chǎn)的品質(zhì)，同時(shí)也直接影響到當(dāng)前茶葉產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；a(chǎn)。

1 茶葉自動(dòng)采摘機(jī)器應(yīng)用的具體背景分析

茶葉中含有多種營養(yǎng)元素，據(jù)統(tǒng)計(jì)，其營養(yǎng)成分超過了400種。在茶葉采摘過程中，茶葉產(chǎn)品的采摘狀況直接關(guān)系和影響到茶葉產(chǎn)品自身的品質(zhì)，因此，想要采集到標(biāo)準(zhǔn)、純正的鮮葉元素，就必須充分注重提升茶葉的采摘技術(shù)、水平。合理的茶葉采摘活動(dòng)，不僅能夠有效確保茶葉產(chǎn)品的品質(zhì)，同時(shí)也能夠有效確保茶樹自身的成長。

通過及時(shí)采摘頂端茶葉，從而有效解除了頂芽對(duì)側(cè)芽的影響，人為縮短了茶葉的生長過程，正是通過合理采摘，從而促進(jìn)生長出更多嫩芽，實(shí)現(xiàn)茶葉產(chǎn)量的有效提升。對(duì)于茶葉采摘來說，想要提升其采摘效率，實(shí)現(xiàn)高檔茶葉的品質(zhì)要求，就必須對(duì)當(dāng)前所具體使用茶葉采摘機(jī)械予以必要革新與創(chuàng)造，進(jìn)而來具體滿足不同品質(zhì)、不同品種下的茶葉采摘要求，從而實(shí)現(xiàn)茶葉采摘的及時(shí)分類與分級(jí)。

通過對(duì)茶葉自動(dòng)采摘機(jī)械裝置的電子工作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，其能夠在完成采茶動(dòng)作的同時(shí)，按照實(shí)際需要和采摘要求進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，在對(duì)整個(gè)改進(jìn)方案進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證之后，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，進(jìn)而優(yōu)化整個(gè)機(jī)械裝置。此外，要在具體滿足采摘機(jī)械裝置性能要求的前提下，盡可能去降低其生產(chǎn)成本，通過對(duì)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，通過有效把控其自動(dòng)采摘效率，從而使得整個(gè)茶葉自動(dòng)采摘機(jī)械化效率能夠?qū)崿F(xiàn)更為廣泛的應(yīng)用。

2 茶葉自動(dòng)采摘機(jī)械裝置的各項(xiàng)影響因素分析

在當(dāng)前茶葉產(chǎn)業(yè)經(jīng)營發(fā)展中，技術(shù)設(shè)備的創(chuàng)新已經(jīng)發(fā)展成為現(xiàn)階段該產(chǎn)業(yè)經(jīng)營創(chuàng)新的關(guān)鍵所在。在傳統(tǒng)的茶葉采摘加工過程中，其勞動(dòng)強(qiáng)度較大，同時(shí)生產(chǎn)效率也比較低，成本也較高。尤其是隨著當(dāng)前手工采摘?jiǎng)趧?dòng)力明顯不足，大大影響了茶葉采摘的效率和品質(zhì)，因此，在各個(gè)茶葉產(chǎn)區(qū)都注重開發(fā)和使用了“自動(dòng)采茶機(jī)器”，其從某種程度上滿足了茶葉采摘過程中的勞動(dòng)力訴求，但是，結(jié)合當(dāng)前茶葉采摘機(jī)的實(shí)際應(yīng)用狀況看，由于其并未實(shí)施分區(qū)域切割，因此，容易產(chǎn)生大量茶葉的“殘缺葉”，進(jìn)而加大了茶葉采摘浪費(fèi)，同時(shí)也影響了茶樹自身的成長，并且為后期茶葉的分類增加了相應(yīng)的難度，尤其是不適宜于品質(zhì)較高的茶葉，結(jié)合茶葉自動(dòng)采摘機(jī)械裝置的目標(biāo)與特點(diǎn)看，其需要滿足茶葉采摘過程中的單片采摘。

其一，要結(jié)合茶園和茶樹自身的相關(guān)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的自動(dòng)采摘機(jī)械裝置，確保該機(jī)械能夠橫跨茶樹進(jìn)行采摘，整個(gè)自動(dòng)采摘機(jī)械從X、Y、Z三個(gè)角度構(gòu)建，通過使用滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，通過直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，X軸在整個(gè)茶棚兩旁，使用同步運(yùn)動(dòng)。結(jié)合茶葉自身的采摘要求以及茶葉產(chǎn)品的外形特點(diǎn)，從而設(shè)計(jì)出合理的采摘手爪。整個(gè)手爪的手指上也要安裝墊塊和切刀，從而實(shí)現(xiàn)茶葉抓取以及切割茶葉。

其二，在整個(gè)茶葉自動(dòng)采摘機(jī)械裝置中，選擇合適的系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)，通過使用C語言和計(jì)算機(jī)匯編語言來構(gòu)成合適的控制軟件，通過將系統(tǒng)嵌入DSP控制板，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)茶葉自動(dòng)采摘機(jī)械數(shù)據(jù)的及時(shí)采集與處理，以及整個(gè)采摘機(jī)械的精準(zhǔn)控制。在對(duì)茶葉自動(dòng)采摘機(jī)械設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程中，著重分析影響其采摘效率的主要因素，通過系統(tǒng)化研究，可以看到電機(jī)理想空載的轉(zhuǎn)速、采摘機(jī)的負(fù)載量大小，以及脈沖輸出的具體頻率等因素是影響茶葉采摘機(jī)效率的主要因素，以二軸聯(lián)動(dòng)的采摘效率為例，其基本維持在每小時(shí)1950次至每小時(shí)2000次之間。

最后，結(jié)合茶葉自動(dòng)采摘機(jī)械裝置應(yīng)用過程中的優(yōu)缺點(diǎn)狀況，及時(shí)優(yōu)化、改進(jìn)茶葉采摘過程中的效率，通過研制其雙臂對(duì)稱性布置結(jié)構(gòu)，使得茶葉自動(dòng)采摘機(jī)械臂能夠獨(dú)立作業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)茶葉自動(dòng)采摘效率的大幅提升。對(duì)于茶葉自動(dòng)采摘機(jī)械裝置來說，其需要結(jié)合茶樹的實(shí)際生產(chǎn)狀況以及茶園自身的基礎(chǔ)狀況，進(jìn)行不斷優(yōu)化，通過及時(shí)調(diào)整采摘雙臂的實(shí)際結(jié)構(gòu)和臂長，對(duì)電子工作參數(shù)進(jìn)行本質(zhì)性調(diào)整，使其能夠真正滿足當(dāng)前茶葉采摘過程中對(duì)機(jī)械裝置的具體應(yīng)用訴求。通過使用雙臂獨(dú)立采摘，進(jìn)而使得整個(gè)茶葉自動(dòng)采摘裝置能夠?qū)崿F(xiàn)采摘效率的本質(zhì)化提升。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)茶葉自動(dòng)采摘機(jī)械裝置的電子工作參數(shù)方案

從茶葉采摘機(jī)的具體分類看，其主要有單人采摘機(jī)和雙人采摘機(jī)兩種分類，從行走方式、結(jié)構(gòu)功能等多個(gè)角度看，茶葉自動(dòng)采摘機(jī)械也有著自身的獨(dú)特性，結(jié)合當(dāng)前常見的茶葉采摘方法看，通過利用摘指與茶葉之間的靜摩擦力，進(jìn)而大量推廣茶葉采摘機(jī)。結(jié)合當(dāng)前常見的茶葉自動(dòng)采摘機(jī)械裝置參數(shù)看，其排氣量在43.2CC，標(biāo)定轉(zhuǎn)速在7500轉(zhuǎn)速之間，收割寬度在500毫米，使用單齒刀具，整個(gè)茶葉采摘機(jī)械的傳動(dòng)方式為“離心式摩擦”，根據(jù)具體采摘實(shí)效看，其效率為人工采摘量的五倍以上。

為了實(shí)現(xiàn)茶葉采摘過程中的智能化、機(jī)械化作業(yè)，需要結(jié)合茶樹的生長實(shí)際，確定合適的茶葉采摘方法，比如使用笛卡爾坐標(biāo)系作為采茶機(jī)械的主體結(jié)構(gòu)，使用二手指作為采摘手爪來進(jìn)行采摘，在根據(jù)茶園自身實(shí)際狀況來優(yōu)化茶葉自動(dòng)采摘機(jī)械裝置的電子參數(shù)設(shè)計(jì)方案。在該方案中，其使用單一的機(jī)械手結(jié)構(gòu)，使用兩根X軸進(jìn)行同步帶連接，確保茶葉采摘過程能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械化與智能化。對(duì)于茶葉機(jī)械化采摘來說，其采摘過程中的移動(dòng)速度需要予以合理把控。要針對(duì)茶園特點(diǎn)以及茶樹特征來優(yōu)化設(shè)計(jì)電子工作參數(shù)。

結(jié)合當(dāng)前茶葉自動(dòng)采摘機(jī)械裝置來說，其控制系統(tǒng)主要使用電機(jī)控制和控制器、PC機(jī)等組成，控制器將接收到的圖像處理坐標(biāo)信息向X、Y、Z軸發(fā)送預(yù)定量和頻率脈沖，從而確保電機(jī)能夠按照相應(yīng)速度進(jìn)行信息反饋和角度調(diào)整。對(duì)于茶葉自動(dòng)采摘機(jī)械裝置來說，信號(hào)采集電路作為整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，其各個(gè)軸的兩段都要通過具體的行程開關(guān)來對(duì)滑臺(tái)進(jìn)行控制，尤其是要對(duì)各軸滑臺(tái)的行程開關(guān)就行信號(hào)上的具體采集，當(dāng)然，DSP芯片與EE-SX674的供電電壓不同，因此要將獲得的信號(hào)進(jìn)行隔離采樣處理，從而獲取具體的信號(hào)處理與分析。

通過對(duì)茶葉采摘機(jī)械的控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，并且制定合理完善的控制方案，并且確定整個(gè)控制系統(tǒng)中的各項(xiàng)組成硬件，通過設(shè)計(jì)相關(guān)控制系統(tǒng)軟件，進(jìn)而對(duì)整個(gè)控制程序的各項(xiàng)模塊進(jìn)行詳細(xì)解析和軟件代碼編寫，確保茶葉自動(dòng)采摘機(jī)械能夠發(fā)揮其應(yīng)有價(jià)值。對(duì)于茶葉自動(dòng)采摘機(jī)械來說，電機(jī)系統(tǒng)是其關(guān)鍵，為了確保其能夠?qū)崿F(xiàn)最高轉(zhuǎn)速，就需要做好最高工作頻率的測試實(shí)驗(yàn)工作。具體方法為：

在不連接具體圖像處理單元的前提下，通過使用CCS軟件來對(duì)對(duì)脈沖輸出的具體頻率進(jìn)行測試，確保X軸、Y軸等各軸的電機(jī)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)最快速度，在整個(gè)函數(shù)值中，通過對(duì)TRPX數(shù)值進(jìn)行變革，從而變革f的數(shù)值，通過對(duì)TRPX數(shù)值的最小值進(jìn)行分析，其得到的就是對(duì)用輸出脈沖頻率的最大值，在進(jìn)行相應(yīng)編譯和調(diào)試之后，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能否正常工作予以足夠把控。

4 結(jié)語

對(duì)于茶葉自動(dòng)化采摘機(jī)械裝置來說，影響其工作頻率的因素極為多樣，比如電機(jī)自身的實(shí)際空轉(zhuǎn)速度，比如滾珠絲杠自身的系統(tǒng)摩擦阻尼系統(tǒng)數(shù)也會(huì)影響整個(gè)機(jī)械裝置的轉(zhuǎn)速。此外，在茶葉自動(dòng)采摘機(jī)械裝置的電子工作參數(shù)中，整個(gè)機(jī)械裝置負(fù)載量增大之后，會(huì)使得其采摘轉(zhuǎn)速大幅下降。最后，其DSP輸出脈沖頻率相對(duì)較高，尤其是在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變的情況下，要注重對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。