标准摘要
【适用范围】 本文件适用于茶树一芽一叶和一芽二叶的精准采摘机械臂的设计、建设和性能验证。 【主要技术内容】 4 机械臂结构 优选Delta并联机构。 4.1混联机械臂三维模型结构图 图1 混联机械臂模型 图2 三自由度串联机械臂转动示意图 4.2混联机构技术要求 混联机构技术应符合表1、表2的要求。 表1 并联机构相关设计指标 参数 推荐范围/要求 说明 自由度 3（平移） 实现三维定位 静平台半径 R 100–180 mm 可依据机架调整 动平台半径 r 50–150 mm 主动臂长度 Lₐ 150–300 mm 从动臂长度 Lₖ 300–600 mm 关节旋转范围 ±90° 应避免干涉 表2 串联机构相关设计指标 参数 推荐范围/要求 说明 自由度 3（旋转） 实现末端姿态调整 关节转角范围 ±90° 应避免与并联机构干涉 末端负载能力 ≥1 kg 重复定位精度 ≤0.1 mm 4.3机架 4.3.1 机架高度 H 宜在 500–1500 mm 范围内，可根据茶丛高度调整。 4.3.2 整机振动速度应≤ 0.5 mm/s。 5 控制性能要求 控制性能应符合表3的要求 表3 相关性能要求 项目 要求 响应时间（指令→动作完成） ≤2 s 紧急停止响应时间 ≤2 s 平均无故障时间（MTBF） ≥800 h 6 安全要求 6.1通用安全要求 根据GB/T 15706《机械安全 设计通则 风险评估与风险降低》，本章规定的安全要求旨在消除或降低机械臂在正常使用和合理可预见的误用条件下产生的风险。 机械臂的设计、制造与运行必须符合GB 11291.1和GB 10395.1的相关规定。所有操作与维护活动应在风险评估的基础上进行，并制定相应的安全防护措施。 6.2机械安全 6.2.1 机械臂应设置物理防护装置，并辅以安全控制器设定的电子围栏，防止人员进入危险运动区域。电子围栏应可根据作业区域动态调整，具备分级响应（预警、降速、急停）及权限管理功能，故障时应默认安全停机。 6.2.2 活动部件（如关节、连杆）应有可靠的防护罩，避免夹伤或碰撞风险。 6.2.3 应设置一个或多个易于触及的急停装置，其触发后应在2秒内停止所有危险运动并切断动力源（保持力矩除外）。 6.2.4 机械臂应配备声光报警模块，在启动、异常运行或风险预警时进行提示，声音报警声级不低于85 dB(A)，光报警应采用闪烁频率5 Hz~10 Hz的警示灯，确保操作人员能及时感知设备状态。 6.3电气安全 6.3.1 机械臂的电气系统应符合GB/T 5226.1的相关规定。 6.3.2 应具备过流、过压、短路及漏电保护功能，并设有明显的安全警示标识。 6.3.3 其他应符合： （a）控制系统及线缆的防护等级不应低于IP55，以适应茶园多尘、潮湿的环境。 （b）所有外露导电部件应可靠接地，接地电阻≤4 Ω，应符合GB/T 5226.1要求。 （c）在电压波动或瞬时断电情况下，控制系统应具备安全停机或数据保护机制，防止误动作。 6.4环境适应性 应能在0℃～50℃的环境温度下正常连续作业。 7 系统管理要求 7.1数据采集、传输与存储 7.1.1 机械臂宜具备实时数据采集能力，采集内容应至少包括：时间、位置、速度、姿态以及作业任务日志，采集的数据应带有精确的时间戳，数据存储格式应开放、可解析。 7.1.2 宜支持通过无线方式将数据上传至管控平台。 7.1.3 设备端应宜具备本地数据缓存能力。 7.2智能管控平台功能要求 表4 智能管控平台核心功能 功能模块 功能描述 状态监控 实时显示机械臂的位置、姿态、状态、报警等信息。 任务管理 支持采摘任务的创建、编辑、下发、排队执行与中断。 数据可视分析 对历史运行数据、作业效率、轨迹精度等进行图表化分析与导出。 预警与维护 对关键部件寿命、性能退化、异常状态进行分级预警。 溯源系统 应采集作业时间、地理位置（GPS）、茶树品种、采摘量估算、操作员ID、设备编号，并支持与NY/T 4508-2025规定的茶叶质量追溯编码系统对接。 8 其他要求 优先采用低碳、环境友好型的绿色材料与技术。