趙一迪 李金城 孫志川 宋向陽 李勇平 周濤

【摘要】我國(guó)是水果生產(chǎn)和消費(fèi)的大國(guó)，水果采摘成為相關(guān)人士的研究課題。通過水果采摘現(xiàn)狀了解，我國(guó)的果園主要是果農(nóng)承包制，一般果園的面積不大，水果品種多元化，大部分果樹都種植在半山坡，水果采摘方式主要是人工采摘方式，也有機(jī)械輔助采摘。通過機(jī)械水果采摘裝置調(diào)查與分析，以及機(jī)械裝置水果采摘工作方式比較研究，得出適合在山地運(yùn)動(dòng)、手動(dòng)操作靈活的機(jī)器采摘器械，以及智能化采摘機(jī)器人裝置，更具有發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】水果采摘;機(jī)械采摘;調(diào)查研究，比較分析

1背景介紹

我國(guó)是水果生產(chǎn)和消費(fèi)的大國(guó)，水果已成為我國(guó)繼糧食、蔬菜之后的第三大農(nóng)業(yè)種植產(chǎn)業(yè)，每年大約生產(chǎn)各種水果26000萬噸，不同季節(jié)，采收不同水果，水果采摘成為相關(guān)人士的研究課題。然而，目前的水果采摘，仍以傳統(tǒng)的手工采摘為主，缺少機(jī)械化操作，尤其是蘋果、梨子、桃、杏、柿子等樹形相對(duì)較高的果樹，一般種植在山坡上，低處的果實(shí)可隨手采摘，但高處的果實(shí)則不得不借助于人字梯才能采摘。據(jù)了解，水果采摘主要靠人工采摘，每人平均一天采摘1500斤左右。由于樹枝及果實(shí)分布的隨機(jī)性，人們有時(shí)候不得不爬梯子，爬上爬下來回移動(dòng)梯子，去采摘?jiǎng)e的果子，不僅浪費(fèi)了人力、物力和時(shí)間，而且果園地面不平，梯子架設(shè)不穩(wěn)，空中作業(yè)還具有一定的危險(xiǎn)性。此外，也存在用長(zhǎng)柄鉤子擰摘果實(shí)的方式，但是效率比較低。用這種方式采摘單個(gè)果實(shí)，果實(shí)從高處跌落時(shí)，極易造成損傷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量，連帶枝葉采摘時(shí)，也不能保證果實(shí)不會(huì)跌落，而且還會(huì)損傷果樹枝條。

2水果采摘現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的果園，主要是果農(nóng)承包制，一般果園的面積不大，水果品種多元化，大部分果樹都種植在半山坡。水果采摘方式主要是人工采摘方式，也有機(jī)械輔助采摘。果農(nóng)的水果采摘工作，主要集中在白天操作，早上清爽，工作效率高，中午天氣炎熱，人工基本休息，工作效率低，傍晚太陽落山，天氣不冷不熱，但是人工已經(jīng)疲憊，也沒有工作效率，夜間休息不操作?，F(xiàn)有的水果采摘裝置，以鉤子擰摘果實(shí)為主，手柄不具有伸縮功能，使用頻率及工作效率也不高，只是偶爾使用，不具有照明功能，夜間無法操作，功能單一。機(jī)械化水果采收裝置的使用，非常少，在走訪的三類城市果園市場(chǎng)，幾乎看不到大型機(jī)械化水果采收裝置的使用，更沒有智能化水果采收裝置的身影。水果的最佳采摘時(shí)機(jī)不同。從水果基本成熟到水果完全成熟，期間預(yù)計(jì)需要20天的時(shí)間。果園的承包商和經(jīng)營(yíng)者，通常采用分期分批采摘和上市的策略，從水果基本成熟開始采摘、上市，直到水果完全成熟采摘、上市完畢，持續(xù)推送，延長(zhǎng)水果的收獲期。

3機(jī)械水果采摘裝置調(diào)查與分析

水果采摘調(diào)研目的是為了解現(xiàn)在農(nóng)戶對(duì)機(jī)械化農(nóng)具的接受程度。調(diào)研內(nèi)容包括對(duì)果農(nóng)所擁有果樹數(shù)量、果樹高度、作業(yè)方式、好果壞果落果數(shù)量、作業(yè)耗費(fèi)時(shí)間費(fèi)用、關(guān)于采摘器的不足以及未來的發(fā)展方向等。

3.1水果采摘分類

（1）人工作業(yè)水果采摘為主。人工手工水果采摘，工作效率低，但優(yōu)點(diǎn)是水果損傷度少。

（2）機(jī)械長(zhǎng)臂輔助水果采摘裝置。主要借助長(zhǎng)桿，以擰斷方式為主，在采摘高處水果時(shí)偶爾使用。

（3）機(jī)械化機(jī)械采摘裝置。主要是推搖式機(jī)械采摘器，借助升降機(jī)構(gòu)，根據(jù)果實(shí)所在的位置，可以進(jìn)行升降和移動(dòng)，升降和移動(dòng)最高值大約6米左右。

（4）智能化采摘機(jī)器人裝置。機(jī)器人采摘裝置自動(dòng)化技術(shù)要求高，采用自動(dòng)化控制技術(shù)，采摘機(jī)器人需要移動(dòng)時(shí)，或者是履帶移動(dòng)，或者是人字梯結(jié)構(gòu)移動(dòng)，或者是車輪式結(jié)構(gòu)移動(dòng)。

3.2機(jī)械裝置水果采摘工作方式比較研究

不同的水果，果型不同，大小各異，而且水果的布局比較隨機(jī)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，要求水果損傷率低，完成水果精準(zhǔn)采摘工作有一定難度，不同的水果采摘機(jī)械，適應(yīng)于不同的環(huán)境。

（1）機(jī)械長(zhǎng)臂輔助水果采摘裝置。結(jié)構(gòu)包括長(zhǎng)臂、剪切或擰斷結(jié)構(gòu)，工作原理為延長(zhǎng)人的手臂，模仿人手的動(dòng)作，以擰斷方式為主，在采摘高處水果時(shí)偶爾使用。優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)用靈活、機(jī)件小巧，不選擇地面環(huán)境，輔助人工，實(shí)現(xiàn)采摘工作，可以完成一定高度的采摘工作。

（2）機(jī)械化機(jī)械采摘裝置。對(duì)地面環(huán)境有要求，機(jī)械結(jié)構(gòu)龐大，運(yùn)用推搖式機(jī)械采摘器，借助升降機(jī)構(gòu)，根據(jù)果實(shí)所在的位置，可以進(jìn)行升降和移動(dòng)，人工在設(shè)備上，完成采摘工作。其優(yōu)點(diǎn)是升降和移動(dòng)的距離大，采摘水果損傷率低，缺點(diǎn)是需要的操作面積也大。還有的水果采摘機(jī)械，通過撞擊水果的根蒂部位，使得水果掉落，使用此種機(jī)械的缺點(diǎn)是壞果率高，只適合外殼較厚的水果。

（3）智能化采摘機(jī)器人裝置。機(jī)器人采摘裝置，采用自動(dòng)化控制技術(shù)，具有識(shí)別功能。采摘機(jī)器人移動(dòng)時(shí)，履帶式機(jī)器人移動(dòng)比較笨拙，人字梯結(jié)構(gòu)式機(jī)器人移動(dòng)比較方便，但是穩(wěn)定性較差，車輪式結(jié)構(gòu)式機(jī)器人移動(dòng)非常靈活，但是不適合坡路地面。智能化采摘機(jī)器人裝置，要求操作者具有一定的智能知識(shí)，同時(shí)具有一定的協(xié)調(diào)性，需要人機(jī)互動(dòng)。水果采摘的工作環(huán)境在野外，要求智能化采摘機(jī)器人裝置帶電工作有時(shí)長(zhǎng)，能夠克服不良環(huán)境，具有越障功能，以及拾取落果的功能。

4總結(jié)

綜上所述，雖然市場(chǎng)出現(xiàn)了一些水果采摘機(jī)器設(shè)備，中等果園不利于機(jī)器的使用。由于機(jī)械采摘裝置損傷果比較嚴(yán)重，工作效率低，所以很少被使用，勞動(dòng)成本高，適合于坡路操作的機(jī)器比較少等問題，限制采摘設(shè)備的使用和發(fā)展。對(duì)于智能化采摘機(jī)器人裝置，由于果樹品種不一樣，需求摘果的方式以及水果的大小不一樣，不適合大規(guī)模作業(yè)。采摘機(jī)器需要熟練的操作，果農(nóng)的操作協(xié)調(diào)性較差，有一些技術(shù)難題沒有攻克，果農(nóng)也存在著操作誤區(qū)，也是阻礙采摘機(jī)器使用的主要原因。采摘機(jī)器人雖然具有識(shí)別功能，但是對(duì)果實(shí)的分辨不清，水果在動(dòng)態(tài)，采摘時(shí)無法辨別果實(shí)的具體位置，采摘時(shí)無法確定剪切的部分是否在果梗處。果實(shí)采摘具有季節(jié)性，水果又是人們每天生活必需品。生產(chǎn)出高效率高勞動(dòng)強(qiáng)度，適合在山地運(yùn)動(dòng)、手動(dòng)操作靈活的機(jī)器采摘器械，在一定時(shí)間內(nèi)，還是深受果農(nóng)的歡迎的輔助工具，智能化采摘機(jī)器人裝置，實(shí)現(xiàn)可識(shí)別和智能化，更具有發(fā)展前景。目前的水果采摘機(jī)械裝置，都只注意樹上高處的水果采摘，而忽視落地水果的拾取，這一發(fā)現(xiàn)，為水果采摘裝置的功能設(shè)計(jì)提供方向。

（遼寧科技大學(xué)）