1、辅助人工采摘机械发展综述1651876 陈哲【摘要】 我国是世界第一大水果生产国，也是世界第一 大水果消费国。但我国水果采摘作业机械化程度低，因此水果采摘作业对辅助人工采摘机械有广泛的需求。为了使该领域的研究人员对当前各种辅助人工采摘机械有较全面的了解，因此对各种辅助人工采摘机械进行了系统论述，即先对辅助人工采摘机械的必要性和设计目的进行论述，然后对一些具体的解决方案进行综述，并对发展趋势进行预测。【关键词】 水果 机械辅助采收 人工成本 发展现状 发展趋势 1 引言中国是世界上最大的水果出产国，居全球 13 个产量超 1000 万吨的国家之首。截止 2015 年末，全国水果（含瓜果）总面积
2、1536.71 万公顷，较“十二五”期初增加 143.38 万公顷，增长 10.3%，年均增长 1.6%。其中，园林水果种植面积 1281.67 万公顷，比“十二五”期初增加 127.28 万公顷，增长 11.03%，年均增长 1.62%。水果采收作为果园生产全过程中的一个重要环节具有季节性强和劳动密集型的特点所用劳动力占整个生产过程所用劳动力的35451。并且人工采摘劳动强度大，而采用辅助人工采摘机械采收能减轻人们的劳动强度、节省成本、提高效率，并提供更多利润。加之未来人口老龄化趋势，人工成本必会上升，因此辅助人工采摘必将具有巨大的经济效益和广泛的应用前景。2 设计要求目前我国的水果采摘绝大
3、部分还是以人工采摘为主。采摘作业比较复杂， 季节性很强。若使用人工采摘，不仅效率低、劳动量大而且容易造成果实的损伤，如果人手不够不能及时采摘还会导致经济上的损失2。针对这种现状辅助人工采摘应该是能提高劳动生产率，并且还应能长时间续航，对果实果树损伤小，环境友好，除此外，它还应易于操作，并使使用者感到舒适，同时安全性也应该有保证。当这些要求不能够被同时满足是，应首先满足提高劳动生产率和不损伤果实果树这两点，其次应满足使使用者感到舒适和保证安全性的条件。3 现有解决方案3.1 刀片辅助采摘此类机械由伸缩杆、落果袋、刀片、电机及电机控制机构构成。此类机械工作原理为通过电机控制机构控制电机带动刀片切断
4、果柄，使果实落入落果袋中，完成采摘。此类机械操作简单，较为安全，对环境破坏小，通用性高。但此类机械由于刀片暴露在外面，操作时容易伤及果实或果树枝干，因此需要精确瞄准，导致采摘效率较低。3.2 电气动辅助采摘此类机械的包括果柄入口、剪刀、弹力圈、剪刀加长杆、剪刀电机、弯头、采摘头、接头、袋子、空心杆、开关、涵道风机、蓄电池、电路板，其工作原理大致如下：使用涵道风机使采摘头产生较大的吸力，不用极准确地对准水果，吸力就把采摘头吸向所要采摘的水果的下方，持杆人顺势向上一顶，水果就落入采摘头里了，持续的吸力，把水果吸入采摘头里，把果柄拉入圆滑的 V 型口进入剪刀口，随即被高速剪刀剪掉果柄3。此类机械对小
5、型长柄的水果有较好的采摘效果，操作简便。但对如枣这种短柄水果采摘就比较困难，极易损伤果肉。3.3 拉拽式辅助采摘此类机械包括水果抓取机构、机架、曲柄、连杆及与曲柄连接的第一驱动机构其工作原理是通过果实抓取机构固定果实，再由驱动机带动果实抓取机构旋转，在水果果梗与树枝的连接处产生拉力和剪力，这种拉力和剪力的合力可使水果的果梗与树枝快速分离4。此类机械无刀具使用，不易误伤果树，操作简便。但无法确定是果梗与树枝连接力大还是果梗与果实连接力大，可能会将果梗扯掉；并且在抓取果实时有可能会损伤果实。3.4 差速摩擦辅助采摘此类机械包括横向导向机构、推进矫正姿态机构、拧断收获机构以及将上述机构联接的采摘平台
6、机构，主要用于采摘菠萝等在地面上生长的水果。其作用原理为用两条差速皮带在两侧摩擦菠萝，产生力矩，使菠萝旋转与枝干分离。但此种机械易对菠萝产生损伤，并且其适用范围较小，对大小不一的菠萝无法进行有效采摘。4 发展前景为了降低生产成本，在辅助人工采摘机械的研发方面，此种机械会朝以下的数个方向发展：一是成本更低，以便于推广普及，使果农们能大规模使用，提高劳动生产率。二是多自由度的转向头，由此可以实现对刀具等的更高效率的控制。三是高精度控制装置配合小型刀具，例如可以通过摄像头与智能手机的双线无线数据传输来对刀具位置进行监控和调控，进而实现高效率高准确度的采摘水果，并可以有效防止损伤果实。四是更高的利用率，使用者可以根据不同的采摘对象来选取并更换专用的末端执行器进行采摘作业，这样可以大大提高辅助人工采摘机械的利用率。【参考文献】1SANDERS K FOrange harvesting systems reviewJBiosystems Engineering，2005，90(2)：1151252 付荣利.果园采摘机械的现状及发展趋势J.农业开发与装备,2011,(5):17-193 黄圭鹏.电气动水果采摘器:中国,CN201610087967.7P.2016-6-22.4 高改梨;刘钧;程卓.一种拉拽式水果采摘装置:中国,CN201611034247.0P.2016-11-16.
