水果采摘裝置的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

張莎 馮聰利 趙培

摘? 要：隨著時代的發(fā)展，人們對水果的需求量也在逐步增加，但水果采摘難、采摘成本高嚴(yán)重制約了果園種植業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。文章闡述了水果采摘中存在的難點，介紹了水果采摘裝置類型特點及發(fā)展現(xiàn)狀，分析了目前市場上水果采摘裝置存在的不足，提出了水果采摘裝置的發(fā)展趨勢，希望為研發(fā)和推廣水果采摘裝置提供參考。

關(guān)鍵詞：水果采摘;發(fā)展現(xiàn)狀;存在不足;發(fā)展趨勢

中圖分類號：S225.93? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）07-0084-02

Abstract： With the advancement of the society， the demand for fruit is also gradually increasing， but the difficulty of fruit picking and the high cost of picking seriously restrict the long-term development of orchard planting industry. This paper expounds the difficulties existing in fruit picking， introduces the types， characteristics and development status of fruit picking devices， analyzes the shortcomings of fruit picking devices on the market at present， and puts forward the development trend of fruit picking devices. It is hoped to provide a reference for the development and promotion of fruit picking devices.

Keywords： fruit picking; development status; shortcomings; development trend

隨著時代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，人們的生活質(zhì)量不斷提高，對水果的需求量也在逐步增加。水果種植面積的不斷擴大，農(nóng)業(yè)從業(yè)者逐步減少及人口老齡化趨勢的加劇，人力采摘已不能滿足水果成熟期集中、快速采摘的過程。此外，傳統(tǒng)的人力采摘方式存在采摘效率低、勞動強度大、高空采摘難度大、安全隱患高的缺點。研究表明，在整個水果種植生產(chǎn)過程中，采摘果實所耗費的勞動力占耗費勞動力總體的35%～45%[1]，勞動力缺口大、采摘周期短、采摘成本高等問題，嚴(yán)重制約了果園種植業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。為了節(jié)約人力物力，提高果農(nóng)的經(jīng)濟收入，果園種植業(yè)的機械化成為發(fā)展的必然趨勢。

目前，根據(jù)采摘原理不同，水果采摘裝置可分為兩大類：一類是機械式采摘裝置;另一類是機器人采摘裝置。

1 機械式采摘裝置

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

歐美等國外發(fā)達(dá)國家農(nóng)業(yè)以大農(nóng)場為主，主要采用大型水果收割機進(jìn)行水果采摘，采摘裝置主要分為振搖式、撞擊式和切割式。振搖式是采用外力使果樹及樹枝振動，從而使水果在與樹枝聯(lián)結(jié)最弱的果蒂處分離;撞擊式是直接撞擊果枝使果實掉落;切割式是利用工具將樹枝或果蒂切斷，采摘水果。

國內(nèi)采摘機械中應(yīng)用最廣的是刀片輔助人工采摘裝置、拉拽輔助人工采摘裝置以及升降采摘臺等采摘裝置。刀片輔助人工采摘裝置分為兩種：一種裝置是人工利用刀刃直接從水果果蒂處將其剪下;另一種裝置是利用夾鉗先將水果固定，接著用于刀刃將水果剪下。拉拽輔助人工采摘裝置由伸縮桿與采摘頭組成，該裝置利用采摘頭加緊水果，接著人力拉拽伸縮桿，使得水果掉落。升降采摘臺是人站在采摘臺上，根據(jù)水果高度控制采摘臺高度，從而人工采摘水果。

1.2 存在的不足

通過對國內(nèi)外機械采摘裝置的調(diào)查研究，我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的采摘裝置存在以下不足：

國外機械采摘裝置主要針對大農(nóng)場，采摘效率高，規(guī)模大，采摘設(shè)備價位高，同時會對水果造成一定程度的損傷，不適用于我國以家庭為單位的小面積水果種植。

國內(nèi)機械采摘裝置的不足有：

（1）采摘效率低。采摘水果一般分為兩步：第一步使水果與果樹分離;第二步將水果放入采摘收納器中。采摘周期長、效率低，不能實現(xiàn)連續(xù)采摘。

（2）勞動強度大。由于是人工輔助采摘，且未實現(xiàn)連續(xù)采摘，果農(nóng)采摘每個水果均需重復(fù)操作，果農(nóng)勞動強度較大。

（3）對水果有損傷。對于拉拽輔助人工采摘裝置，在拉拽過程中，采摘頭會擠壓水果，對水果造成傷害，損害果農(nóng)的收益。

（4）大型設(shè)備價格昂貴。采用大型設(shè)備會提高采摘效率，節(jié)省人力，但是設(shè)備價位昂貴，果農(nóng)難以負(fù)擔(dān)。

2 機器人采摘裝置

2.1 發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)60年代，美國開始研發(fā)采摘果蔬機器人[2]，隨著科技的發(fā)展，尤其是計算機圖像處理技術(shù)、工業(yè)機器人技術(shù)及人工智能技術(shù)的快速崛起，水果采摘機器人的研發(fā)開始迅速發(fā)展。目前實驗成功的水果采摘機器人有葡萄、番茄、蘋果、草莓、甘蔗、黃瓜等采摘機器人[3-5]。

水果采摘機器人一般由控制系統(tǒng)、視覺識別系統(tǒng)、末端執(zhí)行器、機械手臂、和行走系統(tǒng)組成。視覺識別系統(tǒng)用來確定水果的位置以及是否成熟，該系統(tǒng)利用視覺雙目技術(shù)（模擬人眼球觀察物體的原理），對水果定位及判斷，是采摘機器人的研發(fā)難點和重點;末端執(zhí)行器模仿人類手指，利用仿生學(xué)，固定水果;機械手臂一般采用剪刀對水果果蒂進(jìn)行剪切;行走系統(tǒng)中車輪式最為常用，此外，還有履帶式、人形結(jié)構(gòu)。車輪式行走系統(tǒng)行走穩(wěn)定，轉(zhuǎn)向靈活，但是在坡地難以行走，主要應(yīng)用于地面平坦的果園。采摘水果步驟為：（1）視覺識別系統(tǒng)定位水果冰判斷水果是否成熟;（2）行走系統(tǒng)將機器人移動至待采摘水果附近;（3）末端執(zhí)行器固定水果;（4）機械手臂摘取水果。