林果機械化采收技術與裝備研究進展

苑嚴偉，白圣賀，牛 康，周利明，趙 博， 偉利國，熊 師，劉立晶※

（1.中國農業(yè)大學工學院，北京 100083； 2.中國農業(yè)機械化科學研究院土壤植物機器系統(tǒng)技術國家重點實驗室，北京 100083）

0 引 言

中國是世界最大林果起源地之一，幅員遼闊，地跨寒溫熱三帶，林果種類豐富，品種繁多，種植廣泛。據國家統(tǒng)計局公布的數據，2019年中國林果種植總面積超過1 227萬hm，總產量達到2.7億t。隨著經濟的快速發(fā)展和農業(yè)產業(yè)結構的不斷優(yōu)化，林果業(yè)逐步成為果農增收致富的主導產業(yè)和重要支柱產業(yè)，也是實現生態(tài)效益和經濟效益并重的產業(yè)，具有較強的國際競爭力，發(fā)展前景廣闊。

近年來，林果規(guī)?；N植發(fā)展較快，但作為典型的勞動密集型和季節(jié)依賴性較強的行業(yè)，目前林果生產大都以人工作業(yè)為主，效率低，人工成本占比越來越高，種植水平低，果農經濟收入水平不高，也存在一定的產品質量安全隱患。“大而不強，多而不優(yōu)”是當前國內林果業(yè)面臨的窘境。隨著農村季節(jié)性勞動力的短缺，勞動力成本急劇上升，而消費者對商品化水果的質量要求越來越高。因此，提升林果機械化水平迫在眉睫。

林果采收的勞動力投入占35%～45%。另外，采收部件與果實器官在工作過程中直接或間接接觸，容易造成果實破損，是實現機械化作業(yè)最難的環(huán)節(jié)。林果機械化采收是林果全程生產最重要的過程，是確保成熟果實及時、無損、高效收獲的關鍵，對后續(xù)的果實儲藏、運輸、加工以及銷售產生直接影響。目前國外林果采收形式主要有氣力振動式、撞擊振動式、機械振動式等，其中以機械振動采收應用最為普遍。而國內果園大多采用密植化種植，作業(yè)空間較小，國外大型高效采收機具難以直接應用。為了有效提升林果機械化采收性能，現階段研究林果采收機械結構優(yōu)化、尋求最優(yōu)工作參數組合、探索不同采收方式、作業(yè)參數對采收性能影響規(guī)律等方面，并且針對部分林果采收需求初步形成了機械化采收技術與裝備體系。

大部分林果屬于鮮食生產，即采收后直接進入超市或菜場，對成熟度、外觀、品質、保質期都有嚴格要求。因此，高效率、低損傷的林果機械化采收技術是生產林果產業(yè)發(fā)展的重大現實需求，更是林果全程機械化和規(guī)?；难芯恐攸c和難點。目前針對干果、鮮果、漿果的采收方式主要分為一次性聯(lián)合摘果采收和振動采收后分段集果撿拾，由于成熟期不一致，其中一次性聯(lián)合摘果采收一般需要借助化學催熟劑和脫落劑進行一次性聯(lián)合采收作業(yè)；振動采收后分段集果撿拾是指經過振動使果實與植株分離，并根據林果特性選取適用的方式完成撿拾。本文針對中國林果種植分布情況和機械采收發(fā)展現狀，主要對一次性聯(lián)合摘果采收和振動采收后集果撿拾技術與裝備的基本概況及存在問題進行闡述，結合國內外技術裝備研究現狀和機械化林果采收技術要求，以高效率、低損傷為目標，基于林果產業(yè)發(fā)展需求和應用場景，展望林果機械化采收技術的未來方向，以期為國內林果機械化采收技術的進一步發(fā)展和研究提供理論參考。

1 林果種植現狀

中國是栽培果樹起源中心之一，也是世界四大果品生產基地之一，主要水果的種植面積和生產產量如表1所示。根據中國生態(tài)條件適應程度林果劃分為8類、根據生長習性分為4類（表2所示）。中國地形主要分為平原地區(qū)和丘陵山地，其中果園種植以丘陵山地為主，各省丘陵山地面積占全省面積比例如圖1所示。由此，中國現有果園種植形式主要有小塊階梯種植、陡坡種植、傳統(tǒng)種植、緩坡種植、高起壟式種植以及寬行密植等模式，其特點如表3所示。

表1 中國主要林果種植面積與生產產量 Table 1 Planting area and yield of main forest fruits in China

表2 以生長習性和生態(tài)條件適應程度分類的林果類別特征 Table 2 Characteristics of forest fruit categories classified by growth habit and degree of adaptation to ecological conditions

圖1 中國主要果園種植省份丘陵山地面積占全省面積比例 Fig.1 Ratio of mountainous areas in main orchard planting provinces in China

表3 現有果園種植形式特點 Table 3 Characteristics of existing orchard planting forms

2 一次性聯(lián)合摘果采收

一次性聯(lián)合摘果采收根據采收部件的作業(yè)方式可分為氣力振動式、機械振動式（即搖振式、撞擊式）、采摘平臺和采摘機器人，其中氣力振動式主要通過氣流作用方式實現果實采收；機械振動式有多種方法實現果實采收，比如振動、切割、梳刷等；采摘平臺屬于半自動化摘果臺架，通過操控升降平臺將作業(yè)人員送到一定位置進行果實采摘；采摘機器人通過機械臂摘取果實，再將果實與果梗分離。

2.1 氣力振動式

氣力振動式按照壓力方向可分為氣吸式和氣吹式，通過風機壓縮空氣產生高壓氣流，通過導向器改變氣流方向使枝條晃動，果實在重力與氣流沖擊的共同作用下掉落。20世紀60年代，Jutrast等最早提出應用氣力振動式采收柑橘。為進一步研究其采收性能，Whinney等對柑橘采收機的果實分離效果進行探討，研究表明作業(yè)速度、氣流方向和速度對果實分離有較大影響，在化學劑的輔助作用下，果實分離率能夠達到90%～95%。Coppock等為進一步提高采收效率，研制了一種錐式掃描風機，試驗結果表明：當氣流速度為67.0 m/s、振動頻率為120次/min時，該機工作效率高達170棵/h。國內張韻通過試驗研究了圓形和扁圓形吸口的結構尺寸與采摘效率的關系，慕厚春等研制了一種沙棘果采收機，試驗表明，該機采收效率為人工的3～4倍，果實破損率低于10%。

綜上，氣力振動式采摘適用于柑橘、沙棘及黑加侖等，能夠避免工作部件與果樹直接接觸，極大降低了果實損傷率，采凈率超過90%。但該方式能耗較高、效率低且成本高，不宜規(guī)模化推廣應用。因此，今后在研究氣力振動式采收技術時，應盡量減少甚至不用化學劑輔助工作，通過改良果樹的生長特性適應機械化作業(yè)；另外，需要進一步研究不同結構果樹系統(tǒng)的動力學特性，分析果樹空間結構與采收效率之間的關聯(lián)，開發(fā)能耗低、成本低、效率高的產品。

2.2 搖振式

搖振式采收法按照果樹振動產生的位置可分為：樹枝振動、樹干振動以及樹冠振動，其工作原理是通過夾持機構夾緊果樹樹干或樹枝，借助偏心輪或曲柄滑塊裝置使果樹產生振動，完成果實分離，實現果樹采收。樹枝振動式通過人工調節(jié)夾持機構來適應不同樹枝，如Erdoan等試驗研究了沙棘和干杏的振動采收性能。樹干振動式主要對果樹樹干產生激振力，迫使果樹產生振動，實現果實分離。比如Hedden等采用線性和多方位振動模式對Hamlin和Valencia柑橘進行試驗研究。結果表明：Hamlin柑橘采收效率從64%增加到90%，Valencia柑橘采收效率從74%增加到91%；為比較單側振動和多方位振動的采收性能，Peterson利用搖振式采收機進行櫻桃采收試驗，單側振動和多方位振動的果實采收效率分別達到85%和90%。樹冠振動式通過梳齒機構使果樹枝條產生振動實現分離果實。比如Peterson研制了一種樹冠振動收獲機，采收效率為80%～90%；Lee研制了一種基于樹冠振動的紅棗收獲機，采收效率為95.8%。

1980年國內著手研究林果采收機器。由于振動頻率、振動幅度和振動時間直接影響采收質量，沈瑞珍等研究了振幅、激振頻率、振動時間與落果率的關系；張克孝等研究了梳刷和振動方式對黑加侖機械采收效果的影響。比如湯智輝等研制了4YS－24型紅棗收獲機，王長勤等研制了一種偏心式林果振動采收機，但僅適于采收樹干直徑較大的棗樹，限制了其推廣應用。

目前國內外主要采用搖振式采收，適用于橄欖、咖啡、核桃、開心果、巴旦杏以及咖啡豆等，雖然采收效果較好，但易造成果樹物理損傷和果實外表機械破損，影響果實質量。在今后研究中應剖析機械收獲過程中造成果實機械破損的原因，通過CFD-DEM耦合分析，研究果實采收機理和運動特性，明確果實-機械相互作用關系和規(guī)律，并采用緩沖隔離裝置減輕碰撞，以進一步減少果實破損。

2.3 撞擊式

撞擊式采用機械或電磁形式，單次或多次產生瞬時高輸入激勵，致使果樹產生振動使果實快速脫落，可有效避免果實破損，從而完成對果樹的撞擊采收過程。Norton等研究了撞擊式和搖振式對甜櫻桃采收效果的影響，結果表明：在較好條件下這兩種方式的采收性能無太大差異。Pellerin等為了解不同樹木形狀對撞擊式振動采收機作業(yè)效果的影響，對兩株不同枝干形狀的蘋果樹進行了測試。試驗表明兩種樹形的果實采凈率都可達到90%～95%，但開心型蘋果樹的果實損壞率偏高。Peterson等在樹木兩側設計了一種撞擊裝置，該機每小時可采收1 480 kg櫻桃果實。

撞擊式采收的采凈率較高，適用于橄欖、扁桃、核桃、櫻桃等，但對果樹個體造成的損傷較大，導致下一年果樹結果率下降，適用干粗壯型、果實硬度較大的果樹。后續(xù)需尋求機器最優(yōu)工作參數，優(yōu)化機械結構，盡可能降低果樹破損，并提高采收效率。

2.4 果園采摘平臺

果園采摘平臺屬于半自動化的工作平臺，動力由拖拉機液壓提供，根據底盤結構形式分為：履帶式和輪式。輪式采摘平臺適于相對平坦地形，具有運行速度快，控制簡單等特點。歐美發(fā)達國家大多采用輪式行走機構，比如澳大利亞CRENDON公司生產的SQUIRREL型號的升降采摘平臺；英國N.P.SEYMOUR公司生產的Windegger升降采摘平臺。履帶式采摘平臺適合在崎嶇的地面上行走，日本和韓國等中小國家大多采用履帶式，穩(wěn)定性能較好，越障能力較強，使用壽命長。

國內果園地形地貌復雜，大都分布在山區(qū)和丘陵地帶，種植比較分散。2007年新疆農業(yè)機械設計研究院研制出了國內第一臺多功能果園作業(yè)機，采用橡膠履帶，適于行走在果園土壤松軟和濕潤環(huán)境，其升降高度達到1.5 m；2011年，北京市農機鑒定站成功開發(fā)了多功能遙控電源平臺，通過手動與無線遙控結合方式對機器進行前進、轉向和停車控制操作。

果園采摘平臺適用于蘋果、梨等果皮易受損、不宜貯存的鮮食果品收獲。輪式采摘平臺采用液壓底盤，能夠自適應地形變化，有效提高了作業(yè)效率。履帶式采摘平臺穩(wěn)定性能較好，越障能力較強，使用壽命長，其性能均優(yōu)于輪式采摘平臺。由于國內果園多集中在丘陵山區(qū)，未來應以輕質化、仿變形行走、高離地間隙為研究目標，增強平臺的通過性能，使其操縱方便、結構簡單。如何在果園高空升降作業(yè)平臺上安裝噴霧、打藥、采摘和修剪等裝置，以實現高空作業(yè)平臺的一機多用性也是未來研究方向。

2.5 采摘機器人

1980年第一臺番茄采摘機器人問世以來，美國、英國、法國等國家相繼開展了各種采摘機器人的研究，應用于鮮食水果，如蘋果、柑橘、獼猴桃、荔枝、草莓、葡萄、芒果等。目前，采摘機器人的采摘方式主要分為抓取切斷和仿生采摘，其工作原理和特點如表4所示。

表4 采摘原理和特點 Table 4 Principles and characteristics of picking

針對林果不同特性，根據抓取果實或果梗原理可分為：吸入式、夾持式和吸持式，其工作原理和特點如表5所示。

表5 不同果實抓取方式的采摘原理和特點 Table 5 Picking principles and characteristics of different fruit grasping methods

目前蘋果、西紅柿、柑桔、葡萄、甜瓜及甘藍等采摘機器人的研究已取得一定成果。采摘果實時，機器人通過移動機構主動接近并準確定位目標，運用識別與定位系統(tǒng)獲取果實數字化圖像，基于圖像處理算法識別和確定果實位置，機械手接收指令后，末端執(zhí)行器開始進行果實采摘。該方式采果質量較好，但仍有許多難題需要解決，比如：果實遮擋、采收困難、效率低等。

由于林果具有發(fā)育和成熟度不一致的生長特性，結合市場需求，為采收品質一致（成熟度、尺寸、色澤、紋理、硬度等）的果實，選擇性收獲機器人技術被提出。選擇性收獲包括3個步驟：識別目標、定位采收目標、控制執(zhí)行動作，涉及的關鍵性技術為目標識別與定位、多自由度機械臂控制和末端執(zhí)行器。目標識別與定位技術有助于機器能夠精準快速識別目標果實，并確定目標在空間的位置；多自由度機械臂控制控制執(zhí)行器準確到達目標，完成果實采收。選擇性收獲機器人研究始于20世紀80年代，隨著傳感器感知精度、識別速度、新型采收結構及其控制方法的快速更新和不斷完善，采收機構執(zhí)行速度低、采收過程不可靠等技術難題得到解決，后續(xù)需要結合農藝創(chuàng)新加強末端執(zhí)行器與機械臂優(yōu)化、復雜場景下動態(tài)識別與快速決策、機器人系統(tǒng)協(xié)同控制與作業(yè)優(yōu)化等。目前典型林果采摘機器人特點如表6所示。

表6 典型林果采摘機器人 Table 6 Typical forest fruits picking robots

3 振動采收后集果撿拾

振動采收后集果撿拾是通過振動使果實與植株分離，再根據林果特性選取適用方式完成撿拾工作。國外在1960年代相繼研制出多種果園專用機械，林果振動采收后撿拾基本由人工向機械化轉變。小型生產機器多為便攜式或手持式，大型機器主要以常規(guī)拖拉機作為配套動力，采用懸掛式或牽引式，自走式機械相對缺乏。目前，按照撿拾動力不同，主要分為機械式和氣力式。

3.1 機械式

機械式撿拾裝置根據撿拾頭的類型可分為柔性撿拾裝置和剛性撿拾裝置，柔性撿拾裝置主要以毛刷和彈齒為主，與林果接觸位置具有一定的緩沖，傷果率較??；剛性撿拾裝置直接和林果接觸，易對林果造成損傷，主要適用于堅果類撿拾。

柔性撿拾一般包括梳刷式、彈齒式及抖動式等，Howard等設計了一種堅果收獲機，采用彈齒撿拾方式，通過拖拉機前懸掛驅動橫向仿形絞龍完成集果作業(yè)，然后由集果絞龍下方橫向旋轉軸上的彈性鋼齒撿拾果實，其平均集果率為97%，平均撿拾率為95%，平均損傷率為2%，但由于采用仿形絞龍的直徑較大，仿形效果差，且無法撿拾果樹下方的堅果，有效工作面積和適用范圍較小。馬利云等研制了一種耙齒式落地紅棗拾撿收獲機構，利用耙齒彈性勢能，將紅棗彈起并送入集棗箱。該裝置結構簡單，收獲效果良好，拾撿效率是人工的5倍以上，但對耙齒彈性要求較高，壽命短，不利于長期使用。魯兵等研制了一種新型落地紅棗收獲機，采用清掃+仿形鏟棗的形式撿拾落地紅棗，但僅限于相對平坦地面，功耗較大。

剛性撿拾一般包括滾筒式、撥桿夾取式、刮板輸送鏈式及挑鉤式等。Hedden等設計了一種滾筒喂入式撿拾機，采用滾筒刮板旋轉的方式對果實進行撿拾，對柑橘果實撿凈率可達到92%。Reza推出了一種新型柑橘撿拾機，采用圓頭撥桿夾取形式完成果實撿拾作業(yè)過程。張亞歐等研制出一種矮化密植模式落地紅棗收獲機，采用撥桿的形式將落地紅棗撿起，在慣性力和振動作用下完成落地紅棗撿拾；Churchill等采用刮板輸送鏈喂入的方式實現柑橘的撿拾過程。

3.2 氣力式

氣力式林果撿拾機械基于氣體作用形式分為氣吸式和氣吹式。史高昆等設計了一種氣吸式紅棗收獲機，風機產生的正壓氣流在三通管道分成兩股氣流，在吸棗管形成負壓，在其作用下將地面紅棗撿拾起來；黨凱鋒等研制出一種氣吸式紅棗撿拾收獲機，采用負壓撿拾落地紅棗，風機將雜物箱內空氣抽出形成負壓，落地紅棗在負壓作用下被撿拾，但需人工扶持吸棗管，撿拾效率低。

表7是典型林果類振動采收后撿拾機械及其工作原理。機械式撿拾多采用刮板輸送鏈、葉輪、撥桿等機構作為執(zhí)行部件，通過鏟起、挑起、撥送、夾取等動作撿拾林果，按照作業(yè)形式可分為滾筒式、撥桿夾取式、刮板輸送鏈式及挑鉤式等。該方式主要適用于行間距較大、地面較平整的大型果樹的果實撿拾，屬于直接接觸，易出現果實機械損傷、漏撿等現象。氣力式撿拾在風機的作用下將果實撿起，根據氣力作用方向分為氣吸式和氣吹式，屬于非硬性接觸，主要應用于紅棗、小漿果等林果撿拾，具有輸送效率高、傷果率低等特點，但功率消耗較大，工作時塵土飛揚，工作條件比較惡劣。

表7 典型林果類振動采收后撿拾機械及其工作原理 Table 7 Picking machinery and its working principle after vibration harvesting of typical forest fruits

現有氣力式撿拾裝置基本需要人工協(xié)助，在果實分布零散情況下，人員勞動強度較大，但對果實損傷較小。未來隨著機器視覺的發(fā)展，應促使撿拾裝置與機器視覺相結合，實現果實自動識別，完成無人化撿拾作業(yè)。

4 林果機械化采收面臨問題與發(fā)展建議

由于不同果實大小、質量和硬度的差異性與采摘作業(yè)的復雜性，目前絕大多數的林果采收作業(yè)機械化程度較低，面臨著識別準確率低、工作時間長、夾取損傷大、制作成本高、通用性低等問題。林果機械化采收的技術重點是高效低損采摘，最終目標是實現林果自動化、智能化、無人化采收，結合目前林果機械化采收現狀及已有技術，本文提出了如下問題與建議：

4.1 林果機械化采收面臨的主要問題

1）重視程度不夠，扶持力度不足。國內對林果業(yè)生產裝備發(fā)展不夠重視，林果業(yè)生產裝備一直處在市場建設不完備、政府管理不到位的狀態(tài)，很多大型林果業(yè)裝備研發(fā)未列入發(fā)展計劃。國家農機購置補貼資金等財政扶持政策對林果業(yè)機械的關注度和資金投入不夠和較少。且各地農機主管部門對林果業(yè)生產裝備的扶持和管理較為薄弱，重視程度不夠，將林果產業(yè)作為副業(yè)對待。

2）工作環(huán)境復雜，宜機化程度低。立地條件差、地形條件差、種植制度復雜等是制約果園機械化發(fā)展的主要因素。中國地域遼闊，各地果園種植形式不同，種類眾多，且多在丘陵山區(qū)，工作環(huán)境比較復雜，存在地形多變、道路崎嶇、場地狹窄、山高坡陡、障礙多、環(huán)境信號差、信號覆蓋率低等，致使大型機器裝備無法進入果園作業(yè)區(qū)域。農機、農藝標準化、規(guī)范化、宜機化生產及產業(yè)化經營滯后，試驗示范推廣不足，缺乏高標準、宜機化的林果全程機械化示范基地。農機與農藝配合不夠緊密，農機農藝融合發(fā)展的協(xié)同機制不健全。而且由于林果生產的季節(jié)性較強，專用機械使用期短，難以規(guī)范農機銷售、作業(yè)和維修市場的服務標準，推廣與應用困難。另外，目前林果采收仍然主要依靠人工作業(yè)，加之勞動力缺乏、勞動強度大以及工作效率低，人工成本逐年上升。

3）基礎性研究落后，缺乏專業(yè)技術人才。國內林果采收機械雖然經過多年發(fā)展，但是基礎性研究、機械-果實相互作用系統(tǒng)理論和共性技術較為缺乏，尤其是具有自主知識產權的技術，由此造成了國內林果機械化裝備水平低下、果樹果品的機械損傷嚴重，嚴重降低了果品質量及其經濟價值。另外由于開發(fā)難度大、集成度不高、投入成本大，也抑制了其發(fā)展進程。除此之外，從事林果業(yè)裝備的技術研發(fā)人員較少，人才隊伍結構不完善，尤其是行業(yè)領軍和優(yōu)秀人才匱乏，無法進行攻關克難，難以滿足林果產業(yè)的發(fā)展需要。

4.2 林果機械化采收發(fā)展建議

自動化、智能化時代的到來將快速推動林果生產裝備的升級，使其朝著實用、智能、標準、綠色環(huán)保的趨勢發(fā)展。為提升國內林果機械化采收技術水平和產業(yè)競爭力，今后應著力發(fā)展以下方面：

1）政府應大力支持和加大研發(fā)投入。根據林果產業(yè)發(fā)展需求出臺扶持政策，從技術、資金等方面開展扶持工作，解決林果生產機械的供需矛盾。組織重點攻關，鼓勵開展引進消化吸收再創(chuàng)新，充分利用重點建設項目和振興重點產業(yè)結構形成的市場經濟需求，加快推進林果機械化自主研發(fā)進度。實施林果裝備購置補貼，提供更多的資金補貼，擴大購置補貼范圍，提高林果裝備購置比例。

建立林果裝備技術創(chuàng)新專項補貼制度，對新工藝、新技術與新裝備，國家應給予政策性財政資金補貼或獎勵，以此加快科技成果轉化與高新技術推廣和應用；設立專項資金追蹤國際先進技術，重點引進和推廣國內外先進林果生產新工藝、新技術與新裝備，加強機電一體化、人工智能等高新技術研究，不斷提高林果技術裝備水平。重點發(fā)展林果產業(yè)機器人龍頭企業(yè)，支持企業(yè)與用戶聯(lián)合開展科研攻關，鼓勵企業(yè)和個人進行科技創(chuàng)新。通過政府引導，依托龍頭企業(yè)，利用品牌效應帶動發(fā)展，擴大產業(yè)規(guī)模，并加強和國外一流企業(yè)合作，加快特色林果業(yè)產業(yè)體系化建設。

2）加強農機與農藝配合，推動宜機化改造。實現果園宜機化是實現林果產業(yè)機械化和現代化的重要環(huán)節(jié)。研究分析不同果樹空間結構和動力學特性對采收效率的影響，有助于設計更高效節(jié)能的采收機械，并為培育適于機械化收獲的果樹提供理論依據。開展作業(yè)測評、組合選型和適用性改造等，通過多學科研究協(xié)作，解決果園專用裝備缺失、通用裝備適應性差及性價比不高的問題。全面分析當地的氣候和地形等自然條件，基于因地制宜原則，制定科學的種植計劃。加強農機、林業(yè)、農業(yè)等部門合作，合理分配各生產要素，制定完善的林果機械化生產方案，建立適合機械化生產的示范基地，加快先進成果和技術的轉化。

加強農機農藝的集成化研究，并強化管理薄弱環(huán)節(jié)，有效推進農機農藝融合發(fā)展，形成完善的技術模式。重點完善農機、種子、植保等相互配合的工作機制，規(guī)范機械化作業(yè)流程，構建并完善林果生產機械化技術體系。增設農機農業(yè)融合推廣服務，建立社會服務支撐體系，培育壯大農機專業(yè)戶、農機合作社、農機作業(yè)公司等新型農機服務組織，并鼓勵開展設備租賃服務，提高設備的使用率。

3）攻克共性關鍵技術，構建產學研技術人才培養(yǎng)體系。加強基礎技術和共性技術創(chuàng)新科研工作，重組產業(yè)共性技術研發(fā)平臺，重點分析機械化采收過程中造成林果機械損傷的原因，探究機械-林果相互作用機理、多工況條件下林果運動規(guī)律與本構特征，以減少林果的機械損傷，確保采收質量。構建林果機械化采收的經濟效益模型，綜合考慮果實損失率、燃油消耗和勞動力成本等，分析不同類型林果機械化采收的可行性，提高林果產業(yè)的經濟效益。以采摘機器人為研究重點，突破復雜環(huán)境中的連續(xù)運動控制、準確感知和信息處理技術，加快向自動化、智能化、無人化方向發(fā)展。

保障人才成長環(huán)境，確保林果產業(yè)生產需求，帶動林果產業(yè)發(fā)展。人才是科技的載體，要加快對現有科技人才的培養(yǎng)培育，積極引入專業(yè)素質的高人才參與果園生產與管理，強化領軍人才、創(chuàng)新團隊和干部培養(yǎng)，保證林果生產的科學性和合理性；優(yōu)化技術資源，穩(wěn)定人才隊伍，加強科技創(chuàng)新隊伍建設。相關院校、科研院所需大力培養(yǎng)林果產業(yè)機器人、人工智能等領域的本科生、碩士生和博士生，鼓勵生產單位、龍頭企業(yè)與研究單位、高等院校聯(lián)合，發(fā)揮各自優(yōu)勢，打造前沿技術團隊。以目標為導向構建科技發(fā)展需求，解決全局宏觀性、前瞻性和關鍵性的裝備技術難題，并加強種植人員的培訓工作，豐富從業(yè)人員的專業(yè)知識，積累更多的經驗，讓種植人員成為全能型人才，形成完整的人才培養(yǎng)體系；重點開展林果業(yè)可持續(xù)發(fā)展的管理工作，有效監(jiān)督和管理林果生產流程，提高管理水平，為林果業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供技術和人才支撐。

林果機械化采收是林果產業(yè)轉變發(fā)展方式、節(jié)本增效、增強國際市場競爭力的重要途徑之一，目前針對一次性聯(lián)合摘果采收和振動采收后集果撿拾的研究，僅形成了部分林果機械化采收裝備體系，采收機械化程度仍然很低，絕大多數的林果采收作業(yè)均需人工作業(yè)完成。但隨著傳感器感知精度、識別速度、新型采收結構及其控制方法的快速更新和不斷完善，林果機械化采收技術將向智能化方向推進。林果機械化采收的最終目標是實現林果的自動化、智能化、無人化采收，提升林果采收機械化水平是林果產業(yè)發(fā)展的重要支撐，林果產業(yè)現代化建設必須依靠先進的林果裝備。加強林果機械化采收技術基礎研究，提高自主創(chuàng)新能力和技術儲備是林果產業(yè)發(fā)展的保障。推進林果機械化采收模式下農機農藝農信深度融合，探索與各地區(qū)種植農藝相結合的林果機械化采收技術模式，形成科學合理的林果機械化采收技術體系，對促進林果產業(yè)的現代化具有重要意義。