趙一迪 李金城 孫志川 宋向陽 李勇平 周濤

【摘要】我國是水果生產(chǎn)和消費的大國，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，也有機械輔助采摘。通過機械水果采摘裝置調(diào)查與分析，以及機械裝置水果采摘工作方式比較研究，得出適合在山地運動、手動操作靈活的機器采摘器械，以及智能化采摘機器人裝置，更具有發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】水果采摘;機械采摘;調(diào)查研究，比較分析

1背景介紹

我國是水果生產(chǎn)和消費的大國，水果已成為我國繼糧食、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，缺少機械化操作，尤其是蘋果、梨子、桃、杏、柿子等樹形相對較高的果樹，一般種植在山坡上，低處的果實可隨手采摘，但高處的果實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。由于樹枝及果實分布的隨機性，人們有時候不得不爬梯子，爬上爬下來回移動梯子，去采摘別的果子，不僅浪費了人力、物力和時間，而且果園地面不平，梯子架設(shè)不穩(wěn)，空中作業(yè)還具有一定的危險性。此外，也存在用長柄鉤子擰摘果實的方式，但是效率比較低。用這種方式采摘單個果實，果實從高處跌落時，極易造成損傷，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量，連帶枝葉采摘時，也不能保證果實不會跌落，而且還會損傷果樹枝條。

2水果采摘現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計，我國的果園，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。現(xiàn)有的水果采摘裝置，以鉤子擰摘果實為主，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，幾乎看不到大型機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。水果的最佳采摘時機不同。從水果基本成熟到水果完全成熟，期間預(yù)計需要20天的時間。果園的承包商和經(jīng)營者，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，延長水果的收獲期。

3機械水果采摘裝置調(diào)查與分析

水果采摘調(diào)研目的是為了解現(xiàn)在農(nóng)戶對機械化農(nóng)具的接受程度。調(diào)研內(nèi)容包括對果農(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)耗費時間費用、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)點是水果損傷度少。

（2）機械長臂輔助水果采摘裝置。主要借助長桿，以擰斷方式為主，在采摘高處水果時偶爾使用。

（3）機械化機械采摘裝置。主要是推搖式機械采摘器，借助升降機構(gòu)，根據(jù)果實所在的位置，可以進行升降和移動，升降和移動最高值大約6米左右。

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

3.2機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，勞動強度大，要求水果損傷率低，完成水果精準(zhǔn)采摘工作有一定難度，不同的水果采摘機械，適應(yīng)于不同的環(huán)境。

（1）機械長臂輔助水果采摘裝置。結(jié)構(gòu)包括長臂、剪切或擰斷結(jié)構(gòu)，工作原理為延長人的手臂，模仿人手的動作，以擰斷方式為主，在采摘高處水果時偶爾使用。優(yōu)點是運用靈活、機件小巧，不選擇地面環(huán)境，輔助人工，實現(xiàn)采摘工作，可以完成一定高度的采摘工作。

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

（3）智能化采摘機器人裝置。機器人采摘裝置，采用自動化控制技術(shù)，具有識別功能。采摘機器人移動時，履帶式機器人移動比較笨拙，人字梯結(jié)構(gòu)式機器人移動比較方便，但是穩(wěn)定性較差，車輪式結(jié)構(gòu)式機器人移動非常靈活，但是不適合坡路地面。智能化采摘機器人裝置，要求操作者具有一定的智能知識，同時具有一定的協(xié)調(diào)性，需要人機互動。水果采摘的工作環(huán)境在野外，要求智能化采摘機器人裝置帶電工作有時長，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，雖然市場出現(xiàn)了一些水果采摘機器設(shè)備，中等果園不利于機器的使用。由于機械采摘裝置損傷果比較嚴重，工作效率低，所以很少被使用，勞動成本高，適合于坡路操作的機器比較少等問題，限制采摘設(shè)備的使用和發(fā)展。對于智能化采摘機器人裝置，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)，也是阻礙采摘機器使用的主要原因。采摘機器人雖然具有識別功能，但是對果實的分辨不清，水果在動態(tài)，采摘時無法辨別果實的具體位置，采摘時無法確定剪切的部分是否在果梗處。果實采摘具有季節(jié)性，水果又是人們每天生活必需品。生產(chǎn)出高效率高勞動強度，適合在山地運動、手動操作靈活的機器采摘器械，在一定時間內(nèi)，還是深受果農(nóng)的歡迎的輔助工具，智能化采摘機器人裝置，實現(xiàn)可識別和智能化，更具有發(fā)展前景。目前的水果采摘機械裝置，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)計提供方向。

（遼寧科技大學(xué)）