我國(guó)特色林果機(jī)械化采收技術(shù)現(xiàn)狀

中圖分類號(hào)：S23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-5553（2025）07-0048-07

Abstract：Inrecent years，withthesupportofaseriesofagriculturalasistancepolicies，themechanized productiontechnology ofcharacteristicforestfruitsinChinahasdevelopedrapidly.Theharvesting，asthemostlabor-intensivelinkintheproduction processofcharacteristicforestfruits，hasbecomeamajorproblemrestrictingthedevelopmentofChina’scharacteristicforest fruitsindustryduetoitslowlevelofmechanizationtechnology.Inordertocomprehensivelyunderstandthecurrent development statusandexistingproblemsofmechanizedharvesting technologyforcharacteristicforestfruitsinChina，this papersystematicallyreviewedrelevantresearch fortechnologiesandequipmentinthefieldofforestfruitsmechanized harvesting from2018to 2023，and conducted indepth analysis.Theresults show that mostof theresearch on mechanized harvesting technology forforestfruitsinChinawasstillatthetheoreticallevel，andtherewerefewequipmentusedforactual production.Moreover，mostof theexistingmechanical harvestingequipment stillrequiresmanual asistanceforoperation， withrelativelysinglefunctionsandlowautomationlevel.Onthisbasis，itisproposedthatcharacteristicforestfruitsharvesting equipmentshoulddevelo towardsautomation，intellgence，anddiversifiedfunctions，layingafoundation forfurtherpromoting the mechanized production of the characteristic forest fruits industry in China.

Keywords：characteristic forest fruits；harvesting；mechanization；multifunctionality；automation

0 引言

和規(guī)模不斷擴(kuò)大，成為國(guó)家糧食安全重要組成部分，我國(guó)多省將特色林果作為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型中的優(yōu)勢(shì)作物。隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的不斷提高，特色林果近年來，桑葚、紅棗、核桃等特色林果的種植面積生產(chǎn)過程中機(jī)械化程度逐漸增加，全過程自動(dòng)化生產(chǎn)方式成為特色林果生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)，其中機(jī)械化采收直接關(guān)系到特色林果產(chǎn)品的產(chǎn)出質(zhì)量，是特色林果產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、節(jié)本增效、增強(qiáng)國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑之一[]，大力發(fā)展林果業(yè)機(jī)械化采收對(duì)促進(jìn)我國(guó)特色林果產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

林果機(jī)械化采收技術(shù)在國(guó)外已較為成熟，廣泛應(yīng)用于柑橘、櫻桃、杏和紅棗等林果的采收環(huán)節(jié)。然而，這些采收設(shè)備因其較強(qiáng)的針對(duì)性，難以適應(yīng)我國(guó)果園的地形和多樣化種植模式。相比之下，我國(guó)林果機(jī)械化采收技術(shù)起步較晚，技術(shù)層面尚有諸多不足。因此，研發(fā)適合我國(guó)林果園機(jī)械化作業(yè)的采收設(shè)備，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)特色林果產(chǎn)業(yè)邁向全程全面機(jī)械化生產(chǎn)具有重要意義。

本文基于現(xiàn)有的特色林果機(jī)械化采收技術(shù)，深入剖析我國(guó)林果機(jī)械化采收設(shè)備在行走、采摘和收獲等作業(yè)環(huán)節(jié)中存在的問題，并針對(duì)這些問題提出切實(shí)可行的解決方案，以滿足我國(guó)林果收獲的實(shí)際需求，為我國(guó)特色林果機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 振動(dòng)式采收

振動(dòng)采收是我國(guó)果園使用最廣泛的機(jī)械化采收方式之一，其工作原理為：通過振動(dòng)器直接接觸果樹，使果樹以一定的頻率和振幅振動(dòng)，帶動(dòng)果實(shí)產(chǎn)生慣性力，當(dāng)慣性力大于果實(shí)的脫落阻力時(shí)，果實(shí)掉落，達(dá)到采摘果實(shí)的目的。振動(dòng)采摘的工作原理決定了該方式的適用對(duì)象為果實(shí)較堅(jiān)硬、對(duì)采摘質(zhì)量要求不高的干果類、堅(jiān)果類和部分鮮果類林果。在研發(fā)振動(dòng)采收設(shè)備之前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過構(gòu)建果樹模型并進(jìn)行了深入的分析，研究了果樹在受到振動(dòng)時(shí)各部分的響應(yīng)情況及不同振動(dòng)位置對(duì)果實(shí)的損傷情況[2]?；诓煌駝?dòng)位置的采收效果，將林果振動(dòng)式采收機(jī)分為樹冠振動(dòng)式、樹枝振搖式（枝條）和樹干振動(dòng)式3種類型。

1.1 樹冠振動(dòng)式采收

樹冠振動(dòng)式采收裝置通常依靠指拍桿或撥棒插入果樹冠層，使用動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)指拍桿以一定軌跡運(yùn)動(dòng)，以帶動(dòng)冠層枝條進(jìn)行振動(dòng)，從而達(dá)到落果的效果。在國(guó)外，樹冠振動(dòng)采收技術(shù)發(fā)展較為成熟，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)一般林果在田間環(huán)境下的機(jī)械化采收，對(duì)于易受損傷的葡萄等漿果脫粒作業(yè)亦具備實(shí)現(xiàn)可能性。Caprara[3]和Pellenc[4]等通過動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)指拍桿擊打葡萄藤實(shí)現(xiàn)葡萄采收， Ioan^[5] 利用偏心圓盤搖桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)尼龍彈性桿振搖葡萄藤實(shí)現(xiàn)釀酒葡萄采收。在我國(guó)，樹冠振動(dòng)技術(shù)的作業(yè)對(duì)象仍以對(duì)外觀破損要求較低的紅棗、核桃等林果為主。為了適應(yīng)我國(guó)新疆紅棗的矮化密植種植模式，付威等[設(shè)計(jì)了一種樹冠振動(dòng)式采收機(jī)——4ZZ—4自走式紅棗收獲機(jī)，梅松等[7]研究了通過拍打紅棗樹冠層枝條來實(shí)現(xiàn)紅棗果實(shí)脫落。此外，樹冠振動(dòng)采收方式在核桃、油茶果、柑橘等果樹的采收作業(yè)中應(yīng)用廣泛，王真真等8通過研究驅(qū)動(dòng)撥桿轉(zhuǎn)動(dòng)來拍打核桃冠層，有效地降低了采收過程中裝置對(duì)樹枝的機(jī)械損傷；吳問天[9]、伍德林[10]和杜小強(qiáng)[等針對(duì)油茶果樹的生長(zhǎng)特點(diǎn)和果實(shí)脫落時(shí)的受力情況設(shè)計(jì)了適合油茶采收的樹冠式振動(dòng)采收裝置；蒲應(yīng)俊[12]根據(jù)柑橘樹冠形態(tài)和果實(shí)分布特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種上、下兩段式樹冠振動(dòng)裝置，當(dāng)上、下振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)頻率分別為 4.7Hz?4.1Hz 時(shí)，其采收率和樹冠損傷率分別為 82.5%.3.9% 。已有的樹冠振動(dòng)式采收機(jī)具有較高的采收效率和采凈率，適合大面積種植的小型林果采收，且選擇合適的振動(dòng)力度和頻率進(jìn)行作業(yè)，對(duì)果樹冠層枝條的損傷較小。樹冠振動(dòng)采收裝置對(duì)紅棗、枸杞等小型林果的采收效果較好[13]]

1.2 樹枝振搖式采收

樹枝振搖式采收機(jī)直接作用于直徑較大的樹枝，通過夾持裝置接觸樹枝做振動(dòng)和拽搖，使樹枝產(chǎn)生振動(dòng)，從而達(dá)到落果的目的[14]

我國(guó)樹枝振搖式采收設(shè)備經(jīng)歷了從人工手持式到背負(fù)式再到自走式的發(fā)展過程。2016年，李敏通等[15]研發(fā)了一種手持振搖式桑葚采摘機(jī)，通過人工將采摘機(jī)的夾持裝置移動(dòng)至待采摘的果枝位置，使用U型卡口夾持裝置夾持樹枝進(jìn)行拽搖來實(shí)現(xiàn)桑果的機(jī)械采摘，解決了振搖率難以控制導(dǎo)致的果實(shí)收凈率低的問題，但該采摘機(jī)的作業(yè)需要人工輔助進(jìn)行，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，且作業(yè)過程中須隨身攜帶電池以預(yù)防出現(xiàn)動(dòng)力供應(yīng)不足的問題。隨后李敏通等[16在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種背負(fù)式桑葚振動(dòng)采收機(jī)，在一定程度上解放了操作人員的雙手，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。隨著果園機(jī)械化程度的不斷提高，樹枝振搖式采收機(jī)進(jìn)一步發(fā)展成自動(dòng)化程度更高的自走式采摘裝置，師苑等[1研制了一種自走式桑葚采摘機(jī)，通過夾持桑樹樹枝進(jìn)行振搖以達(dá)到落果目的。何苗等[18]對(duì)枸杞果實(shí)的果—蒂分離條件及枸杞枝條間的動(dòng)態(tài)傳遞特性進(jìn)行了研究分析，在激振頻率為 18.22Hz 、振幅為 7.87mm 和枝條通過裝置的行進(jìn)速度為 20.93mm/s 的條件下，成熟果實(shí)分離率達(dá)到最高，為 95.18% 。手持式和背負(fù)式樹枝搖振采摘機(jī)具有操作簡(jiǎn)單、使用靈活和攜帶方便等特點(diǎn)，自走式搖振采摘機(jī)采摘效率高，大大降低了人工參與程度，但整機(jī)體形偏大，重量較大，轉(zhuǎn)移較困難。

1.3 樹干振動(dòng)式采收

樹干振動(dòng)式采收機(jī)的作用對(duì)象為果樹的主干部分，其適用范圍主要為主干粗、樹形大的干果類果樹，如紅棗、核桃、杏等。湯智輝等[19研制的 4YS-24 型紅棗收獲機(jī)就是典型的樹干振動(dòng)式采收機(jī)。楊鈞林等[20]使用高度可調(diào)的夾持裝置將桑樹樹干固定，并進(jìn)行振動(dòng)，通過倒錐型收集袋收集掉落的桑葚。林愛真等[21]在設(shè)計(jì)桑甚采摘機(jī)時(shí)，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)凸輪以帶動(dòng)搖晃臂搖晃桑樹樹干，對(duì)體形大小不同的桑樹采用不同的搖晃幅度，避免搖晃對(duì)桑樹的生長(zhǎng)造成傷害。萬娟等[22通過夾持裝置將桑葚樹干夾緊搖動(dòng)，使得成熟的桑葚落入倒錐型收集傘中，位于收集傘中間的收集筒邊緣設(shè)有氣孔，能夠?qū)m土、枯葉等雜質(zhì)吹走，提高了桑葚的采摘成品率和潔凈度。劉浩等23針對(duì)我國(guó)核桃的種植面積較小、果樹行列間距比較小和樹體低矮等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一款?yuàn)A持高度可調(diào)的樹干振動(dòng)式采收一體機(jī)，以一對(duì)轉(zhuǎn)向相反的對(duì)稱半圓式偏心輪為激振機(jī)構(gòu)，保證核桃樹體受到的合力僅為水平方向的力，落果收集裝置呈倒傘狀，保證核桃的順利收集。李宇航等[24設(shè)計(jì)了一種推搖式油茶采摘裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)單人操作完成油茶的采收。樹干振動(dòng)式采收方法對(duì)于干果類林果的采收效果較好，但是該方法僅能對(duì)單一果樹進(jìn)行作業(yè)，且容易對(duì)果實(shí)和果樹造成傷害[25]，對(duì)于振動(dòng)力度的把控要求較高，力度過低會(huì)無法將成熟的果實(shí)完全振落，而力度過高會(huì)導(dǎo)致未熟的果實(shí)被振落，甚至對(duì)樹體造成不可恢復(fù)的損傷，因此該方法的研究大多局限于理論研究，在實(shí)際中應(yīng)用較少。

2 氣力式采收

林果氣力式采收方式主要有氣力式采收一體和氣力式收集（撿拾）2種，其工作原理是使用氣流發(fā)生裝置產(chǎn)生高壓氣流（主要為負(fù)壓）作用于果樹或落地林果，以實(shí)現(xiàn)果實(shí)的脫落和收集。該方式具有工作原理簡(jiǎn)單，工作效率高、損傷小等特點(diǎn)，適用于對(duì)采摘要求較高的沙棘、枸杞等小槳果和柑橘、紅棗等小型果的采收。

2.1氣力式采收一體機(jī)

在我國(guó)林果機(jī)械采摘機(jī)研發(fā)早期，氣吸式采收機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1氣吸式小漿果收獲機(jī)

Fig.1Air suction berries harvester1.行進(jìn)單元2.排果單元3.篩選單元4.采收單元

褚樹貴等[26]研發(fā)的氣吸式桑葚采收機(jī)通過負(fù)壓采摘裝置對(duì)桑葚進(jìn)行吸附并旋轉(zhuǎn)采摘，采摘后由負(fù)壓分離裝置將桑葉和桑果進(jìn)行分離并回收。王琴等[27]設(shè)計(jì)了一種倒U型桑葚采摘機(jī)，采摘機(jī)兩側(cè)均安裝有噴氣孔和承接器，能夠?qū)崿F(xiàn)桑葚的無接觸采摘。

氣力式采收方式能夠保證采摘機(jī)械與果實(shí)或樹體的無接觸作業(yè)，降低了果樹的損傷率，采凈率較高，但具有能耗高、噪聲大等缺點(diǎn)，因其能夠利用氣流拉扯樹枝常用作輔助果實(shí)采摘和收集。李福來28設(shè)計(jì)了一種氣吸振動(dòng)式枸杞采收機(jī)，振動(dòng)裝置將枸杞從枝條上振落，采摘后落入收集器內(nèi)的果實(shí)通過氣吸式風(fēng)送機(jī)構(gòu)輸送到分離裝置進(jìn)行葉果分離，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)果實(shí)的收集。鄔備等29研制的一種氣吸式金橘采收機(jī)，利用風(fēng)機(jī)形成負(fù)壓氣流拉扯金橘果實(shí)，剪切裝置執(zhí)行剪切動(dòng)作，果實(shí)脫落通過氣吸管送至收集籃里。吳長(zhǎng)坤[30]研制的噴氣式桑葚采摘機(jī)通過風(fēng)扇形成氣流拉扯桑甚，用剪鉗采摘后利用負(fù)壓清潔桑葚表面并完成輸送和收集，不破壞桑葚表面。萬芳新等[31]利用氣吸式裝置對(duì)花椒果梗部位進(jìn)行牽拉，結(jié)合梳齒式采摘裝置完成剪切采收，并利用氣吸裝置將掉落的花椒吸至收集箱中。氣吸輔助式采摘裝置利用氣吸原理，能夠?qū)崿F(xiàn)果實(shí)的快速無接觸收集、傳輸、清洗和雜質(zhì)分離，對(duì)果實(shí)的損傷較小，適宜大規(guī)模推廣應(yīng)用。

2.2氣力式落果撿拾機(jī)

氣力式撿拾機(jī)通過風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生足夠的風(fēng)速，使吸管產(chǎn)生足夠負(fù)壓，以達(dá)到撿拾果實(shí)的目的，或使用風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的氣流將落地果實(shí)吹至集果裝置中。我國(guó)從20世紀(jì)70年代開始對(duì)林果撿拾機(jī)械進(jìn)行研究，尤其以紅棗撿拾機(jī)的研究最多，基于氣吸式撿拾機(jī)械對(duì)果實(shí)損傷率低的優(yōu)點(diǎn)，徐家忠等[32研制了4ZQ—13型落地紅棗撿拾機(jī)。經(jīng)過研究者們的不斷優(yōu)化，林果撿拾機(jī)的功能和效用更加符合實(shí)際生產(chǎn)需求。張鳳奎等[33，34]設(shè)計(jì)了小體積氣吸式紅棗拾撿機(jī)，利用負(fù)壓吸送原理對(duì)落地紅棗進(jìn)行撿拾和輸送，運(yùn)用氣流清選法和欄柵分離紅棗和雜質(zhì)。杜許懷等[35]以氣吸撿拾技術(shù)為核心設(shè)計(jì)落地紅棗撿拾機(jī)，作業(yè)時(shí)，先通過對(duì)收獲期落地紅棗進(jìn)行吹聚集條，再進(jìn)行撿拾，撿拾后的紅棗和雜物通過傳送過程中的氣流變化和抖動(dòng)篩分離。張學(xué)軍等[36設(shè)計(jì)的氣吸式小型紅棗拾撿機(jī)，通過手持吸氣管對(duì)落地紅棗進(jìn)行拾撿作業(yè)，并通過兩次篩選方法將紅棗與棗葉、枝條和碎石、土塊等雜質(zhì)分離。李賽飛等[37]研制了一種自走氣吸式紅棗撿拾機(jī)，采用柔性清掃頭對(duì)紅棗進(jìn)行清掃、集條，并基于負(fù)壓吸拾原理，完成撿拾作業(yè)。袁盼盼等[38研制了一種集集果、氣吸式拾撿和卸料功能于一體的氣吸式紅棗拾撿機(jī)，操作簡(jiǎn)單，能夠由一人單獨(dú)完成。任德志等39設(shè)計(jì)的氣吸式榛子撿拾分選機(jī)，設(shè)計(jì)了3層板氣流分選裝置，分別將樹葉、石子與榛子果實(shí)分開。潘俊兵[4設(shè)計(jì)了一種氣吹式紅棗拾撿機(jī)，通過在氣流分配管的“八\"字型區(qū)域形成氣流區(qū)，將地上的紅棗吹向其后方的輸送裝置，輸送至集棗箱，完成落地紅棗撿拾工作。

氣力式落果撿拾機(jī)具有適用性強(qiáng)、對(duì)果實(shí)損傷小等特點(diǎn)，已有的氣力式裝置均配備集果器，能夠一次性完成落果的聚攏、撿拾以及雜質(zhì)分離等工作，大大提高了落果撿拾效率。但氣力式撿拾機(jī)的撿拾作業(yè)仍然需要人工手持吸氣管進(jìn)行，屬于半機(jī)械化裝備，在落果比較分散的區(qū)域工作強(qiáng)度較大。

3其他機(jī)械化采收方式

3.1 梳刷式采收

梳刷式采收機(jī)是通過一定形式的梳刷機(jī)構(gòu)，利用梳刷指與果實(shí)之間的摩擦力進(jìn)行拔果，將果實(shí)與枝條脫離，并利用梳刷指的周期性旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)果實(shí)連續(xù)的采收。該方法損傷小、效率低，通常與氣吸式和振動(dòng)式采收方式混合使用。張文強(qiáng)等[41]設(shè)計(jì)了一種變間距梳刷式枸杞采收裝置，能夠高效進(jìn)行枸杞的采收，降低了青果的誤采率。徐麗明等[42融合振動(dòng)和梳刷原理，設(shè)計(jì)了一種梳刷振動(dòng)式枸杞收獲裝置，在振動(dòng)機(jī)構(gòu)振動(dòng)時(shí)，梳刷機(jī)構(gòu)以一定的頻率與幅度往復(fù)振動(dòng)，在梳刷轉(zhuǎn)速為 80r/min 、圓盤轉(zhuǎn)速為 100r/min 、振動(dòng)幅度為80mm 的工況下，成熟枸杞采收率為 87.46% ，破損率為 2.82% 。陳軍等[43]設(shè)計(jì)的便攜振刷式枸杞采收機(jī)，使用直齒梳刷進(jìn)行采收，當(dāng)梳刷轉(zhuǎn)速為 64.52r/min 、凸輪轉(zhuǎn)速為 29.68r/min 時(shí)，熟果采收率為 89.12% ，破損率為 6.24% 。梳刷式采收方式適用于易破損的漿果和枝條柔軟、果實(shí)密集的林果類型，該方式采收效率高，對(duì)果實(shí)的損傷小，適用于矮叢果樹的果實(shí)采收。

3.2 拍打式采收

拍打式采收方式主要作用于果樹樹枝部位，通常有手持式拍打采收和自走式拍打采收兩種類型，常用于果枝較粗壯，果實(shí)外殼堅(jiān)硬或不考慮損傷的林果類采摘。

手持式拍打采收裝置具有操作簡(jiǎn)單、使用靈活和攜帶方便等特點(diǎn)，可適用于種植密度較大的果園采收。曹成茂等[44]設(shè)計(jì)了便攜式山核桃仿人工高空拍打采摘裝置，拍打頻率在 13.33Hz 以下，采凈率達(dá) 90.3% ，且對(duì)果樹枝芽損傷較小。宋濤45使用采收裝置罩住待采收位置的果枝，振動(dòng)撥棒擊打果枝，掉落的果實(shí)通過氣吸原理被收集。朱惠斌等[14設(shè)計(jì)了一種手持式山地核桃振動(dòng)采摘機(jī)，汽油機(jī)轉(zhuǎn)速為 2480r/min 、夾持位置為1038mm 、連桿長(zhǎng)度為 55mm 時(shí)，性能最優(yōu)。

手持式拍打采收方式需要人工手持進(jìn)行作業(yè)，且其整體機(jī)型較小，電池供電能力不足，需要攜帶多塊電池進(jìn)行替換，增加了勞動(dòng)量。小型自走式拍振采收裝置在一定程度上克服了上述問題。劉英等[46采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)的可擺動(dòng)梳刷對(duì)果樹枝條進(jìn)行拍打，使得果實(shí)掉落，作業(yè)效率較高。韓鑫濤等[47研制了一種雙面擊打式油茶采摘機(jī)，分別設(shè)計(jì)2個(gè)擊爪從不同方向做往復(fù)開合運(yùn)動(dòng)拍打油茶果，迫使油茶果產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)從而掉落，擊爪上的變截面梳刷指直接作用于油茶果，提高了油茶果采摘的工作效率。張英祥48設(shè)計(jì)了一種自走式桑葚采摘設(shè)備，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)棒桿做圓周運(yùn)動(dòng)拍打桑葚樹枝，進(jìn)行桑葚采摘。拍打式樹枝采收方式具有作業(yè)方便、采凈率高、成本低等特點(diǎn)，宜與傘狀收集機(jī)構(gòu)或其他種類的收集機(jī)構(gòu)配合使用，實(shí)現(xiàn)采收聯(lián)合作業(yè)。

3.3 剪切式采收

剪切式采收的適用對(duì)象大部分是對(duì)外部品質(zhì)要求較高的小果型漿果或鮮果，通過人為控制機(jī)械臂或采摘刀片完成果實(shí)的采摘。盧正峰[49]設(shè)計(jì)了一種剪切式桑葚采摘裝置，通過人工將剪切裝置移動(dòng)至待采摘桑葚位置，按壓控制手柄，實(shí)現(xiàn)采摘剪的剪切工作，剪落的桑葚落進(jìn)采摘剪下端的漏斗中進(jìn)行收集。許波等[50設(shè)計(jì)了一種多自由度桑葉采摘裝置，通過偏心機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)切割裝置的上刀組和下刀組做往復(fù)式剪切運(yùn)動(dòng)，從而完成桑葉的機(jī)械化采摘。李濤等[51]利用偏心輪的圓周運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)切割刀片的直線往返運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了桑甚的循環(huán)快速剪切作業(yè)。陳聯(lián)新等[52]設(shè)計(jì)的電動(dòng)桑葚采摘機(jī)通過伺服電機(jī)帶動(dòng)切割刀進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使得桑葚被完整脫落。

剪切式采摘方式操作簡(jiǎn)單，對(duì)果樹和采摘的果實(shí)基本無損傷，但該方法仍然需要人工輔助進(jìn)行作業(yè)，勞動(dòng)量較大。感應(yīng)式采摘技術(shù)有效解決了這個(gè)問題，該方法通常將機(jī)械采摘與機(jī)器視覺技術(shù)結(jié)合使用，先通過機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行果實(shí)的識(shí)別與定位，而后指示機(jī)械臂完成采摘?jiǎng)幼?。王攀等[53]提出在采摘前先利用圖像處理技術(shù)對(duì)果園中的桑葚成熟度進(jìn)行檢測(cè)，再根據(jù)成熟度對(duì)采摘裝置進(jìn)行分類和任務(wù)規(guī)劃，提高了桑葚采摘的質(zhì)量。張衛(wèi)衛(wèi)等54設(shè)計(jì)了一種多功能電動(dòng)采摘裝置，通過光電感應(yīng)裝置檢測(cè)果枝是否進(jìn)入待切割裝置，操作簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)單人作業(yè)。

感應(yīng)式采摘裝置的采收效率高、接果準(zhǔn)確，但利用機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行果實(shí)的識(shí)別與定位需要大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，耗時(shí)較長(zhǎng)，且識(shí)別模型的選擇對(duì)定位準(zhǔn)確率的影響較大，目前該類型的采摘方式距離實(shí)際應(yīng)用還需要進(jìn)一步研究。

4特色林果機(jī)械化采收技術(shù)存在的問題及未來發(fā)展方向

國(guó)外針對(duì)林果機(jī)械化采收技術(shù)的研究較早，在氣力式采收、振動(dòng)采收等方面的技術(shù)研究已經(jīng)相當(dāng)成熟，正在向更加自動(dòng)化、智能化、高效節(jié)能的采摘機(jī)器人方向發(fā)展，能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)定位、高效采摘，大大提高采收效率和質(zhì)量。相比之下，我國(guó)在特色林果機(jī)械化采收技術(shù)方面的研究起步較晚。目前，我國(guó)在機(jī)械化采收方面的研究性成果較多，但實(shí)際應(yīng)用于生產(chǎn)的技術(shù)性設(shè)備卻相對(duì)較少。這導(dǎo)致我國(guó)特色林果的機(jī)械化生產(chǎn)水平普遍偏低，采收效率不高，果實(shí)品質(zhì)參差不齊。

4.1 存在問題

1）機(jī)器的泛用性較差。由于我國(guó)地域遼闊，地貌地形復(fù)雜多樣，不同地區(qū)的特色林果種植模式存在較大差異。因此，大多數(shù)研究?jī)H針對(duì)特定地形環(huán)境、種植方式和林果種類來設(shè)計(jì)采收設(shè)備，導(dǎo)致設(shè)備無法廣泛應(yīng)用于不同種植地形和果樹種類。為解決這一技術(shù)難點(diǎn)，可以搭建履帶動(dòng)力平臺(tái)，以適應(yīng)不同地形作業(yè)環(huán)境。同時(shí)，針對(duì)不同品種果樹設(shè)計(jì)專用采摘裝置，并通過模塊化裝配，提升機(jī)器對(duì)果樹種類的兼容性。

2）機(jī)器采收功能有待完善。目前，我國(guó)機(jī)械化一次性聯(lián)合收獲技術(shù)主要集中在采摘功能的研究和優(yōu)化上，而對(duì)集果裝置的研究相對(duì)較少。現(xiàn)有的采收一體化裝置通常使用氣吸式集果裝置或倒傘型集果裝置進(jìn)行落果收集，但采摘裝置和集果裝置未能實(shí)現(xiàn)聯(lián)合作業(yè)。大部分機(jī)械化采收裝備甚至沒有裝配集果裝置，僅在作業(yè)果樹周圍鋪設(shè)棉布，以便落果后再進(jìn)行收集。

3）機(jī)器自動(dòng)化程度較低?，F(xiàn)有的特色林果機(jī)械化采收設(shè)備仍需人工輔助進(jìn)行作業(yè)。例如，桑葚的機(jī)械化采收裝置需要操作員手動(dòng)將采摘裝置移動(dòng)至待采摘桑葚位置，或手動(dòng)控制采摘結(jié)構(gòu)以完成采摘?jiǎng)幼?；振?dòng)采收機(jī)需要人為進(jìn)行激振力、頻率和振幅等參數(shù)調(diào)控，行走、轉(zhuǎn)向等操作也需人工進(jìn)行，尚未達(dá)到生產(chǎn)全過程自動(dòng)化的要求。

4）果園宜機(jī)化標(biāo)準(zhǔn)程度低。果園的機(jī)械化生產(chǎn)并非單純依賴農(nóng)機(jī)優(yōu)化與改進(jìn)所能達(dá)成，需要農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝的雙向配合，共同推進(jìn)果園作業(yè)的機(jī)械化進(jìn)程。我國(guó)果園多因地制宜，種植方式缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，規(guī)模小、密度大，這些因素均不利于農(nóng)機(jī)的有效作業(yè)，進(jìn)而影響了果園的管理效率及產(chǎn)量與品質(zhì)的提升。大力推動(dòng)果園宜機(jī)化建設(shè)，如優(yōu)化果園道路布局、完善排水系統(tǒng)、調(diào)整種植模式等，以實(shí)現(xiàn)“機(jī)藝融合”，為農(nóng)機(jī)作業(yè)提供便利的條件。

4.2 未來發(fā)展方向

1）研發(fā)適應(yīng)性更強(qiáng)的多功能采收設(shè)備。機(jī)械化采收設(shè)備應(yīng)該向多功能、適應(yīng)性強(qiáng)等方向發(fā)展，開發(fā)適用于地形復(fù)雜、種植模式多元、種植種類多樣的林果機(jī)械化采收裝備，形成集采收、運(yùn)輸、清洗、收集于一體的多功能采收設(shè)備，以適應(yīng)不同地形、不同種植模式和不同果樹的采收需求。

2）研發(fā)機(jī)械化、自動(dòng)化程度更高的采收設(shè)備。特色林果的機(jī)械化采收設(shè)備應(yīng)不斷向自動(dòng)化發(fā)展，如增加遠(yuǎn)程調(diào)控功能，工作人員可通過遠(yuǎn)程控制軟件操控設(shè)備的行走和采收動(dòng)作。為適應(yīng)不同地形的行走需求，可以設(shè)計(jì)自動(dòng)調(diào)平機(jī)構(gòu)，還可以結(jié)合視覺技術(shù)，增加路徑規(guī)劃、障礙識(shí)別和自動(dòng)轉(zhuǎn)向等功能，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無人駕駛，加快我國(guó)特色林果機(jī)械化采收設(shè)備向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。

3）研發(fā)更為清潔、無損的采收設(shè)備。為了降低采收設(shè)備對(duì)作物的損傷，可以進(jìn)一步開發(fā)采收機(jī)器人，利用機(jī)器視覺技術(shù)的識(shí)別、定位優(yōu)勢(shì)，指示機(jī)械臂精準(zhǔn)收獲，實(shí)現(xiàn)高效、低損耗的機(jī)械化采收。這不僅能提高采收效率，還能有效降低對(duì)果品的損傷。

此外，加快林果機(jī)械化采摘技術(shù)的發(fā)展，還需要加大在機(jī)械化采收技術(shù)方面的研發(fā)力度。政府和企業(yè)應(yīng)加大對(duì)相關(guān)技術(shù)研發(fā)的投人，鼓勵(lì)科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)合作，加速技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化；積極引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的采收技術(shù)，結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況進(jìn)行本土化改造，提高我國(guó)特色林果的采收效率和質(zhì)量。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)林果種植戶的培訓(xùn)，通過舉辦培訓(xùn)班、現(xiàn)場(chǎng)演示等形式，讓種植戶了解機(jī)械化采收技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用方法，提高種植戶對(duì)機(jī)械化采收技術(shù)的認(rèn)識(shí)和接受程度。

5結(jié)語

長(zhǎng)期以來，我國(guó)特色林果生產(chǎn)一直依賴傳統(tǒng)生產(chǎn)作業(yè)方式，生產(chǎn)規(guī)模小，規(guī)?；?、機(jī)械化生產(chǎn)水平整體偏低。我國(guó)在特色林果機(jī)械化采收方面取得一些研究進(jìn)展，但目前僅在部分大型農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)公司和合作社形成機(jī)械化采收裝備體系，果園的機(jī)械化程度仍然很低，大多數(shù)果園的采收作業(yè)仍需人工完成?，F(xiàn)有的特色林果采收機(jī)械類型較多，但絕大多數(shù)技術(shù)局限在理論試驗(yàn)階段，尚未落地使用；此外，設(shè)備的作業(yè)方式對(duì)作物種植模式要求較高，且設(shè)備價(jià)格昂貴，小規(guī)模種植農(nóng)戶難以承擔(dān)。為推進(jìn)我國(guó)特色林果機(jī)械化采收裝備的發(fā)展，未來特色作物機(jī)械化采收裝備的研發(fā)可以以輕量型機(jī)械為主，重點(diǎn)關(guān)注機(jī)械制造成本、作業(yè)成本、作業(yè)效率、機(jī)器適用性等，推進(jìn)我國(guó)特色林果機(jī)械化采收裝備向自動(dòng)化、智能化發(fā)展。

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