藍(lán)莓機(jī)械化采收技術(shù)與裝備研究進(jìn)展.pdf

第3期占才學(xué) 等 藍(lán)莓機(jī)械化采收技術(shù)與裝備研究進(jìn)展4 9 D O I 1 0 1 3 7 3 3 j j c a m i s s n 2 0 9 5 5 5 5 3 2 0 2 5 0 3 0 0 8 占才學(xué) 宋志禹 韓余 等 藍(lán)莓機(jī)械化采收技術(shù)與裝備研究進(jìn)展 J 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 2 0 2 5 4 6 3 4 9 5 3 Z h a n C a i x u e S o n g Z h i y u H a n Y u e t a l R e s e a r c h p r o g r e s s o n m e c h a n i z e d b l u e b e r r y h a r v e s t i n g t e c h n o l o g y a n d e q u i p m e n t J J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n 2 0 2 5 4 6 3 4 9 5 3 藍(lán)莓機(jī)械化采收技術(shù)與裝備研究進(jìn)展 占才學(xué) 宋志禹 韓余 孫翔靈 蔣清海 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所 南京市 2 1 0 0 1 4 摘要 目前國(guó)內(nèi)藍(lán)莓采收基本上是以人工采收為主 隨著勞動(dòng)短缺和成本的增加 發(fā)展機(jī)械化采收代替人工采收是一大趨 勢(shì) 研發(fā)藍(lán)莓機(jī)械化采收裝備用于藍(lán)莓園作業(yè)具有重要意義 針對(duì)國(guó)內(nèi)外藍(lán)莓種植現(xiàn)狀 重點(diǎn)從機(jī)械振動(dòng)式采收技術(shù)與 裝備 氣力采收技術(shù)與裝備和采收機(jī)器人3方面進(jìn)行全面分析 指出目前藍(lán)莓機(jī)械化采收存在損失率較高 農(nóng)機(jī)農(nóng)藝不匹 配 采摘分級(jí)難度大等問(wèn)題 并且提出農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相結(jié)合 增強(qiáng)藍(lán)莓采收機(jī)械的通用性等方面的建議 關(guān)鍵詞 藍(lán)莓 機(jī)械化采收技術(shù) 機(jī)械化采收裝備 振動(dòng)式采收 氣力式采收 采收機(jī)器人 中圖分類(lèi)號(hào) S 2 2 0 1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2 0 9 5 5 5 5 3 2 0 2 5 0 3 0 0 4 9 0 5 收稿日期 2 0 2 4年4月2日 修回日期 2 0 2 4年6月2 7日 基金項(xiàng)目 江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 現(xiàn)代農(nóng)業(yè) B E 2 0 2 0 3 1 5 江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金 C X 2 1 2 0 2 8 第一作者 占才學(xué) 男 1 9 9 1年生 湖北麻城人 碩士 助理研究員 研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)裝備工程技術(shù) E m a i l 5 7 2 7 5 0 9 3 7 q q c o m 通訊作者 宋志禹 男 1 9 8 4年生 山東威海人 碩士 副研究員 研究方向?yàn)椴韫呱a(chǎn)與加工機(jī)械 E m a i l s o n g z y 1 9 8 4 1 6 3 c o m Research progress on mechanized blueberry harvesting technology and equipment Z h a n C a i x u e S o n g Z h i y u H a n Y u S u n X i a n g l i n g J i a n g Q i n g h a i Nanjing Institute of Agricultural Mechanization Ministry of Agriculture and Rural Affairs Nanjing 2 1 0 0 1 4 China Abstract A t p r e s e n t b l u e b e r r y h a r v e s t i n g i n C h i n a i s b a s i c a l l y d o n e m a n u a l l y W i t h i n c r e a s i n g l a b o r s h o r t a g e s a n d r i s i n g c o s t s p r o m o t i n g m e c h a n i z e d h a r v e s t i n g t o r e p l a c e m a n u a l l a b o r i s a m a j o r t r e n d T h e r e f o r e d e v e l o p i n g m e c h a n i z e d h a r v e s t i n g e q u i p m e n t f o r b l u e b e r r y o r c h a r d s i s o f g r e a t i m p o r t a n c e T h i s p a p e r p r o v i d e s a c o m p r e h e n s i v e a n a l y s i s o f m e c h a n i c a l h a r v e s t i n g t e c h n o l o g i e s a n d e q u i p m e n t f o c u s i n g o n m e c h a n i c a l v i b r a t i o n h a r v e s t i n g p n e u m a t i c h a r v e s t i n g a n d h a r v e s t i n g r o b o t s b a s e d o n t h e c u r r e n t p l a n t i n g s i t u a t i o n b o t h d o m e s t i c a l l y a n d i n t e r n a t i o n a l l y I t i d e n t i f i e s s e v e r a l p r o b l e m s w i t h m e c h a n i z e d b l u e b e r r y h a r v e s t i n g i n c l u d i n g h i g h l o s s r a t e s m i s m a t c h e s b e t w e e n a g r i c u l t u r a l m a c h i n e r y a n d a g r o n o m y a n d c h a l l e n g e s i n s o r t i n g t h e h a r v e s t e d f r u i t S u g g e s t i o n s a r e m a d e r e g a r d i n g t h e i n t e g r a t i o n o f a g r i c u l t u r a l m a c h i n e r y w i t h a g r o n o m y a n d e n h a n c i n g t h e v e r s a t i l i t y o f b l u e b e r r y h a r v e s t i n g m a c h i n e r y Keywords b l u e b e r r y m e c h a n i z e d h a r v e s t i n g t e c h n o l o g y m e c h a n i z e d h a r v e s t i n g e q u i p m e n t v i b r a t i o n h a r v e s t i n g p n e u m a t i c h a r v e s t i n g h a r v e s t i n g r o b o t s 0 引言 藍(lán)莓 又名越橘 屬于杜鵑花科 越橘屬植物 是一 種富含營(yíng)養(yǎng)且口感鮮美的小型漿果 1 藍(lán)莓富含維生 素C 維生素K以及纖維素等多種營(yíng)養(yǎng)成分 被認(rèn)為是 一種天然抗氧化劑 有助于維持身體健康 2 藍(lán)莓植株 生長(zhǎng)低矮 果實(shí)生長(zhǎng)在植株中下部 傳統(tǒng)的人工手工采 摘需要彎腰或蹲坐 不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大 而且人工采摘方 式效率低下且勞動(dòng)成本較高 而機(jī)械化采收能夠提高 生產(chǎn)效率 降低勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本 因此 發(fā)展機(jī)械化 采收 可以提高生產(chǎn)效率 降低勞動(dòng)成本 提升產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng) 力 是藍(lán)莓種植業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵推動(dòng)力之一 3 藍(lán)莓采收機(jī)械化經(jīng)歷從最初的手工采摘到傳統(tǒng)的 振動(dòng)式采摘機(jī) 再到依靠視覺(jué)導(dǎo)引采摘機(jī)器人等多種 類(lèi)型 起初 依賴(lài)人工采摘效率低且成本高昂 隨著技 術(shù)的發(fā)展 簡(jiǎn)單的機(jī)械設(shè)備如振動(dòng)器出現(xiàn) 提高了采收 效率但損傷藍(lán)莓 近年來(lái) 結(jié)合視覺(jué)識(shí)別技術(shù)和機(jī)器 學(xué)習(xí)等能夠精準(zhǔn)識(shí)別成熟果實(shí) 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化采摘 從而 提高采摘效率和質(zhì)量 藍(lán)莓采收機(jī)械化系統(tǒng)根據(jù)工作 原理和設(shè)計(jì)特點(diǎn) 主要包括機(jī)械振動(dòng)式采摘機(jī) 氣力式 第4 6卷 第3期 2 0 2 5年3月 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n V o l 4 6 N o 3 M a r 2 0 2 5 5 0 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)2 0 2 5年 采摘機(jī) 采摘機(jī)器人等不同類(lèi)型 這些不同類(lèi)型的采收 機(jī)械在提高采摘效率 降低成本 減少勞動(dòng)力需求方面 發(fā)揮重要作用 4 1 藍(lán)莓種植現(xiàn)狀 世界藍(lán)莓種植情況呈現(xiàn)日益蓬勃的發(fā)展態(tài)勢(shì) 成為 全球重要的經(jīng)濟(jì)作物之一 其主要分布在北美洲 歐洲 南美洲 亞洲和大洋洲等地區(qū) 北美洲是世界藍(lán)莓種植的 主要地區(qū)之一 尤其以美國(guó)的加州 華盛頓州和新澤西州 為主要產(chǎn)區(qū) 此外 加拿大的不列顛哥倫比亞省和安大略 省也有大量的藍(lán)莓種植園 歐洲的藍(lán)莓產(chǎn)地主要集中在 西班牙 波蘭和葡萄牙等國(guó)家 南美洲的智利和阿根廷也 是藍(lán)莓的重要產(chǎn)區(qū)之一 亞洲的藍(lán)莓種植則主要集中在 中國(guó) 韓國(guó)和日本等國(guó)家 大洋洲的澳大利亞和新西蘭也 有相當(dāng)規(guī)模的藍(lán)莓種植園 全球藍(lán)莓種植地區(qū)多樣 且逐 年擴(kuò)大 以滿足不斷增長(zhǎng)的國(guó)際市場(chǎng)需求 中國(guó)的藍(lán)莓種植業(yè)近年來(lái)蓬勃發(fā)展 成為農(nóng)業(yè)領(lǐng) 域的重要產(chǎn)業(yè)之一 藍(lán)莓種植主要分布在南方的云 南 福建 廣東 廣西等地區(qū) 以及北方的山東 河北 河 南等地區(qū) 云南省因其溫暖濕潤(rùn)的氣候和高海拔的地 理?xiàng)l件 成為中國(guó)重要的藍(lán)莓產(chǎn)區(qū)之一 尤其大理 麗 江等地區(qū)藍(lán)莓產(chǎn)量居前 福建 廣東 廣西等南方地區(qū) 也逐漸成為藍(lán)莓種植的重要區(qū)域 其氣候條件利于藍(lán) 莓的生長(zhǎng) 此外 在北方地區(qū) 山東 河北 河南等省份 也開(kāi)始大規(guī)模種植藍(lán)莓 借助先進(jìn)的溫室技術(shù)和種植 管理 使得北方地區(qū)也能產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的藍(lán)莓 中國(guó)藍(lán)莓 種植業(yè)呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢(shì)頭 不斷探索適合本土氣 候和土壤的種植技術(shù)和新品種 為國(guó)內(nèi)市場(chǎng)提供豐富 的藍(lán)莓產(chǎn)品 同時(shí)也積極拓展國(guó)際市場(chǎng) 2 國(guó)內(nèi)外藍(lán)莓機(jī)械化采收技術(shù)與裝備 藍(lán)莓采收機(jī)械主要包括機(jī)械振動(dòng)式采摘機(jī) 氣力 式采摘機(jī)以及采摘機(jī)器人等類(lèi)型 機(jī)械振動(dòng)式采摘機(jī) 通過(guò)機(jī)械振動(dòng)作用于藍(lán)莓植株 將果實(shí)振落至收集器 中 其工作原理簡(jiǎn)單高效 適用于大規(guī)模種植采收?qǐng)?景 氣力式采摘機(jī)利用氣流或氣壓將藍(lán)莓從植株上吹 落至收集器中 操作簡(jiǎn)便 適用于不同類(lèi)型的藍(lán)莓品種 和生長(zhǎng)環(huán)境 而采摘機(jī)器人則結(jié)合先進(jìn)的機(jī)械與人工 智能技術(shù) 能夠自主識(shí)別成熟果實(shí)并進(jìn)行精準(zhǔn)采摘 提 高采摘效率和質(zhì)量 并減輕人工勞動(dòng)強(qiáng)度 機(jī)械振動(dòng) 式采摘機(jī)采收機(jī)械適用于大面積 大規(guī)?；{(lán)莓采收 場(chǎng)景 而氣力式采摘機(jī)以及采摘機(jī)器人因制造成本高 技術(shù)發(fā)展受限等問(wèn)題 尚處于初步應(yīng)用階段 5 2 1 機(jī)械振動(dòng)式采收技術(shù)與裝備 藍(lán)莓機(jī)械振動(dòng)式采摘機(jī)根據(jù)振動(dòng)器的工作類(lèi)型可 分為慣性振動(dòng)式 拍打式和梳刷式采收機(jī) 慣性振動(dòng) 式采收機(jī)通過(guò)振動(dòng)器產(chǎn)生的慣性力使藍(lán)莓果實(shí)脫落 拍打式采收機(jī)則利用機(jī)械臂或振動(dòng)器直接對(duì)藍(lán)莓植株 進(jìn)行拍打 使果實(shí)掉落 而梳刷式采收機(jī)則通過(guò)旋轉(zhuǎn)的 刷子或梳子 輕柔地刷取藍(lán)莓果實(shí) 國(guó)外藍(lán)莓采收機(jī)械市場(chǎng)涌現(xiàn)出一些技術(shù)成熟的公 司 其中美國(guó)在藍(lán)莓采摘技術(shù)方面擁有豐富經(jīng)驗(yàn)和領(lǐng) 先地位 6 研制了一款自走式藍(lán)莓采摘機(jī) 采用機(jī)械旋 轉(zhuǎn)振動(dòng)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)藍(lán)莓的采摘 利用機(jī)械采收裝置進(jìn) 行旋轉(zhuǎn)振動(dòng) 使成熟的藍(lán)莓從樹(shù)上脫落 采摘的藍(lán)莓隨 后被收集到內(nèi)置的收集系統(tǒng)中 以確保高效 可靠地完 成采摘作業(yè) 自走式藍(lán)莓采摘機(jī)在藍(lán)莓種植業(yè)中應(yīng)用 廣泛 為農(nóng)民提供了一種高效 節(jié)省成本的采摘解決方 案 7 O R 1 6 0 1型漿果采收機(jī)是一款專(zhuān)為漿果采摘 而設(shè)計(jì)的機(jī)器 該機(jī)器采用振動(dòng)撥指旋轉(zhuǎn)振動(dòng)技術(shù) 能夠高效地采收各種包括藍(lán)莓在內(nèi)的漿果 通過(guò)振動(dòng) 撥指旋轉(zhuǎn)振動(dòng) O R 1 6 0 1型采摘機(jī)輕柔地振動(dòng)藍(lán)莓 植株 使成熟的藍(lán)莓從樹(shù)上脫落 采摘的藍(lán)莓隨后被 收集到機(jī)器內(nèi)部的容器中 以確保采摘過(guò)程高效 而且 使藍(lán)莓的質(zhì)量得到保證 8 美國(guó)研發(fā)的O X B O 9 3 0型 牽引式藍(lán)莓采收機(jī)采用振動(dòng)裝置 呈雙排豎直分布 利 用上下往復(fù)振動(dòng)的工作原理實(shí)現(xiàn)對(duì)藍(lán)莓果實(shí)的采收 振動(dòng)裝置以垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)的方式輕柔地振動(dòng)藍(lán)莓樹(shù) 使成熟的藍(lán)莓從樹(shù)上脫落并被收集 在國(guó)內(nèi) 東北林業(yè)大學(xué)是對(duì)藍(lán)莓機(jī)械振動(dòng)式采收機(jī) 的研究相對(duì)較多且理論相對(duì)成熟的研究機(jī)構(gòu)之一 其 在藍(lán)莓采摘機(jī)械方面開(kāi)展了廣泛的研究 涉及振動(dòng)采收 原理 無(wú)損收集等領(lǐng)域 為藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供重要的 技術(shù)支持和理論基礎(chǔ) 郭艷玲等 8 9 設(shè)計(jì)了一款創(chuàng)新的 手推式藍(lán)莓采摘機(jī) 建立藍(lán)莓植株力學(xué)分析模型 并深 入分析藍(lán)莓果實(shí)與果柄之間的結(jié)合力和振動(dòng)機(jī)理 通 過(guò)對(duì)藍(lán)莓植株力學(xué)特性的系統(tǒng)研究 探索了果實(shí)與果柄 結(jié)合力的形成機(jī)制以及振動(dòng)對(duì)其影響的原理 這一深 入的理論研究為手推式藍(lán)莓采摘機(jī)的設(shè)計(jì)提供了重要 的理論依據(jù) 為提高采摘效率和質(zhì)量提供了技術(shù)支持 對(duì)藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和機(jī)械采摘技術(shù)的進(jìn)步具有重要意 義 為藍(lán)莓機(jī)械化采收提供新的思路和方法 陳嘉瑤等 1 0 研發(fā)了一款軸向振動(dòng)式藍(lán)莓采摘機(jī) 該 采摘裝置豎直分布 采用上下往復(fù)的振動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)藍(lán)莓 的高效采摘 通過(guò)這一設(shè)計(jì) 振動(dòng)裝置能夠精準(zhǔn)地施加振 動(dòng)力量于藍(lán)莓植株 使成熟的藍(lán)莓果實(shí)輕巧地脫離樹(shù)枝 這款軸向振動(dòng)式藍(lán)莓采摘機(jī)不僅能提高采摘的效率 而且 能夠在采摘過(guò)程中減少對(duì)植株的損傷 有助于保證藍(lán)莓的 整體質(zhì)量 其豎直分布的采摘裝置以及上下往復(fù)的振動(dòng) 機(jī)制 使得機(jī)器能夠適應(yīng)不同高度和形狀的藍(lán)莓植株 提 第3期占才學(xué) 等 藍(lán)莓機(jī)械化采收技術(shù)與裝備研究進(jìn)展5 1 高了適應(yīng)性和靈活性 這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)對(duì)藍(lán)莓的機(jī)械化采 摘提供一種更加高效和可持續(xù)的解決方案 史亮等 1 1 設(shè)計(jì)了一款抖動(dòng)式藍(lán)莓采收機(jī) 通過(guò) A d a m s軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 建立了采收機(jī)構(gòu)的剛?cè)狁?合模型 該研究探究偏心塊轉(zhuǎn)速和半徑對(duì)藍(lán)莓采收質(zhì) 量的影響 通過(guò)對(duì)采收機(jī)構(gòu)進(jìn)行剛?cè)狁詈夏Ｐ偷慕?和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 能夠深入理解機(jī)構(gòu)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)特性和相 互作用 從而更好地優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù) 提高藍(lán)莓采摘的效 率和質(zhì)量 這一創(chuàng)新研究為藍(lán)莓采收技術(shù)的發(fā)展和藍(lán) 莓產(chǎn)業(yè)的提升提供了重要的理論和實(shí)踐支持 2 2 氣力采收技術(shù)與裝備 氣力式藍(lán)莓采收機(jī)利用氣流的力量 可以提高采 收效率 并減小果實(shí)的損傷 其類(lèi)型主要分為氣吹式和 氣吸式兩種類(lèi)型 氣吹式藍(lán)莓采收機(jī)的工作原理是利 用強(qiáng)大的氣流從機(jī)器噴口噴射出去 將藍(lán)莓吹落到收 集系統(tǒng)中 該過(guò)程可大幅度提高采收速度 而且由于氣 流比較柔和 對(duì)藍(lán)莓本身造成的損傷較小 氣吸式藍(lán) 莓采收機(jī)則是通過(guò)吸力將藍(lán)莓從樹(shù)上抽離 并通過(guò)管 道系統(tǒng)將其送入集裝箱 該方式同樣避免果實(shí)被損傷 且適用于不同高度的藍(lán)莓樹(shù) 氣吸式采收機(jī)還具有自 動(dòng)調(diào)節(jié)吸力的功能 可以根據(jù)果實(shí)的大小和成熟度進(jìn) 行調(diào)整 進(jìn)一步減少損傷 1 2 1 3 塞爾維亞研制了一款K O K A N 5 0 0 S型脈沖氣流 漿果采收機(jī) 該機(jī)專(zhuān)門(mén)用于采收藍(lán)莓等漿果類(lèi)作物 以 提高采收效率并減少果實(shí)損傷 運(yùn)用可控的脈沖氣流 技術(shù) 通過(guò)精密設(shè)計(jì)的噴嘴向藍(lán)莓植株噴射高壓氣流 實(shí)現(xiàn)果實(shí)的輕柔分離和快速收集 其工作原理在于氣 流的脈沖沖擊 使得果實(shí)從植株上脫落 減少果實(shí)和植 株的損傷 優(yōu)點(diǎn)包括效率高 損傷小 適應(yīng)性強(qiáng) 能夠 節(jié)約人力成本 提高采摘效率和果實(shí)質(zhì)量 G a l l a r d o等 1 4 對(duì)藍(lán)莓采收機(jī) O T R 的作業(yè)性能 進(jìn)行深入研究 研究結(jié)果表明 采用氣力式振動(dòng)器的 設(shè)計(jì)顯著降低了對(duì)藍(lán)莓果實(shí)的沖擊 從而實(shí)現(xiàn)更為輕 柔 無(wú)損的采摘過(guò)程 這項(xiàng)技術(shù)的引入不僅提高采摘 效率 減少損傷率 同時(shí)為藍(lán)莓等小漿果類(lèi)采收提供一 種創(chuàng)新的解決方案 有望推動(dòng)藍(lán)莓等小漿果采收技術(shù) 向更加可持續(xù)和高效的方向發(fā)展 國(guó)內(nèi)氣力藍(lán)莓采收裝備的研發(fā)目前尚處于起步階 段 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)在藍(lán)莓氣力采收裝備的研發(fā)方面積 極探索 何宇 1 5 研制了一款集采摘 收集 輸送為一體 的氣吸式小漿果聯(lián)合收獲機(jī) 并且通過(guò)F l u e n t E D E M 軟件進(jìn)行了耦合仿真分析 通過(guò)F l u e n t軟件的流體 動(dòng)力學(xué)仿真 精準(zhǔn)模擬了機(jī)器內(nèi)氣流的運(yùn)動(dòng)情況 確保 了漿果采摘的高效性和精準(zhǔn)性 同時(shí) 通過(guò)E D E M軟 件的離散元方法進(jìn)行仿真 成功地模擬了漿果在機(jī)器 內(nèi)的運(yùn)動(dòng)和輸送過(guò)程 有力減少了漿果在采收和輸送 過(guò)程中的損傷 根據(jù)仿真結(jié)果得到最優(yōu)參數(shù) 趙永超等 1 6 基于空氣動(dòng)力學(xué)原理成功設(shè)計(jì)了一 款小型 便攜的氣吸式小漿果采收機(jī) 并通過(guò)E D E M F l u e n t軟件耦合方式對(duì)其輸送裝置進(jìn)行詳細(xì)建模和仿 真 通過(guò)對(duì)輸送管內(nèi)氣體壓力云圖及壓降的分析 對(duì) 比研究不同管徑輸送管 3 2 m m 4 0 m m和5 0 m m 的 輸送效率及輸送過(guò)程中的破果率 隨后 在自制的撿 拾輸送裝置上進(jìn)行實(shí)際試驗(yàn) 經(jīng)過(guò)綜合分析試驗(yàn)結(jié)果 和仿真數(shù)據(jù) 得出結(jié)論 采用4 0 m m的輸送管徑為該 小漿果采收機(jī)輸送裝置的最佳選擇 通過(guò)建立并擬合 回歸方程 揭示輸送效率 破果率與氣體流量之間的關(guān) 系 為小漿果采收機(jī)的設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化提供理論基礎(chǔ) 2 3 采收機(jī)器人 藍(lán)莓采收機(jī)器人是結(jié)合先進(jìn)的機(jī)器視覺(jué)和機(jī)器學(xué) 習(xí)技術(shù) 自動(dòng)化地識(shí)別 定位和采摘藍(lán)莓的智能設(shè)備 其原理基于高分辨率攝像頭捕捉藍(lán)莓植株和果實(shí)的圖 像 通過(guò)圖像處理算法識(shí)別成熟的藍(lán)莓 并利用機(jī)械臂 或夾具進(jìn)行精準(zhǔn)采摘 隨著人工勞動(dòng)成本的不斷上漲 和農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力短缺的加劇 藍(lán)莓采收機(jī)器人逐漸受到農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)者的關(guān)注和采用 其發(fā)展情況涵蓋硬件技術(shù)的不 斷改進(jìn) 如機(jī)械臂的精準(zhǔn)度和速度的提升 以及軟件技術(shù) 的進(jìn)步 如機(jī)器學(xué)習(xí)算法的優(yōu)化和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力的增 強(qiáng) 為藍(lán)莓采收提供更可靠 高效的解決方案 S u n等 1 7 為解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中藍(lán)莓采摘的勞動(dòng)力 短缺和成本上升等問(wèn)題 開(kāi)發(fā)了一種創(chuàng)新的田間測(cè)量 藍(lán)莓灌木高度的平臺(tái) 該平臺(tái)利用左右掃描方式 能 夠快速 準(zhǔn)確地獲取藍(lán)莓植株的高度數(shù)據(jù) 形成三維點(diǎn) 云模型 這種點(diǎn)云數(shù)據(jù)不僅提供了藍(lán)莓灌木的立體信 息 還能反映植株的生長(zhǎng)狀況和密度分布 為后續(xù)的藍(lán) 莓采收機(jī)器人采摘提供了重要的參考依據(jù) 與傳統(tǒng)的 手工測(cè)量方式相比 這種自動(dòng)化的測(cè)量平臺(tái)不僅提高 了測(cè)量效率 還降低了人力成本 為藍(lán)莓采收機(jī)器人的 研究提供技術(shù)支持 G o n a l e z等 1 8 提出了一種創(chuàng)新藍(lán)莓采收機(jī)器人的 圖像識(shí)別技術(shù)的解決方案 采用基于M a s k R C N N 算法 并選擇R e s N e t 5 0作為主干網(wǎng)絡(luò) 以提高檢測(cè)和 分割的準(zhǔn)確性和效率 該方法的關(guān)鍵在于其對(duì)藍(lán)莓圖 像的深度學(xué)習(xí)處理 通過(guò)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)使其能夠準(zhǔn)確地識(shí) 別藍(lán)莓植株的位置和形狀 并進(jìn)行精準(zhǔn)的實(shí)例分割 采用M a s k R C N N的多任務(wù)學(xué)習(xí)框架 使得網(wǎng)絡(luò)能 夠同時(shí)完成藍(lán)莓檢測(cè)和分割 提高了系統(tǒng)的整體性能 而選擇R e s N e t 5 0作為主干網(wǎng)絡(luò) 則進(jìn)一步增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò) 的特征提取能力和泛化性能 使得網(wǎng)絡(luò)在復(fù)雜場(chǎng)景下 依然能夠保持穩(wěn)定的識(shí)別效果 這項(xiàng)研究的意義在于 5 2 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)2 0 2 5年 為藍(lán)莓采收機(jī)器人的圖像識(shí)別技術(shù)提供了重要的理論 依據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 韓非 1 9 提出了一種基于雙目視覺(jué)系統(tǒng)的立體視覺(jué) 檢測(cè)及定位系統(tǒng) 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)藍(lán)莓的形狀和尺寸進(jìn)行準(zhǔn) 確 高效的分級(jí) 為藍(lán)莓采收機(jī)器人的研究奠定了堅(jiān)實(shí) 的技術(shù)基礎(chǔ) 這項(xiàng)技術(shù)不僅僅是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的視覺(jué)識(shí)別 更成功應(yīng)對(duì)了復(fù)雜農(nóng)業(yè)環(huán)境下智能化處理的巨大挑戰(zhàn) 雙目視覺(jué)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地感知藍(lán)莓的大小 形狀以及位 置 從而為機(jī)器人進(jìn)行藍(lán)莓采摘提供了精準(zhǔn)的指導(dǎo) 提 高了采摘效率 并減少采摘過(guò)程中的損失 基于雙目視 覺(jué)系統(tǒng)的立體視覺(jué)檢測(cè)及定位系統(tǒng)的成功研發(fā)將為藍(lán) 莓采收機(jī)器人的研制提供強(qiáng)有力的支撐 王迪等 2 0 基于A R M微處理器成功構(gòu)建了藍(lán)莓采 摘機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 有效解決藍(lán)莓采摘機(jī)械手在 運(yùn)動(dòng)控制方面的關(guān)鍵問(wèn)題 為未來(lái)采摘機(jī)器人的研發(fā)提 供了堅(jiān)實(shí)的控制基礎(chǔ) 該系統(tǒng)的核心是A R M微處理 器 其高效的計(jì)算能力和穩(wěn)定的運(yùn)行性能使得漿果采摘 機(jī)械手能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn) 快速的運(yùn)動(dòng)控制 大大提高了采 摘效率和質(zhì)量 讓采摘機(jī)器人能夠更加靈活 精準(zhǔn)地進(jìn) 行采摘操作 不僅可以應(yīng)對(duì)不同形狀 大小的漿果 還能 夠適應(yīng)多樣化的采摘環(huán)境 此外 采用A R M微處理器 構(gòu)建的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)具有成本低 功耗小等優(yōu)勢(shì) 有助 于推動(dòng)漿果采摘機(jī)器人技術(shù)的商業(yè)化和大規(guī)模應(yīng)用 3 藍(lán)莓機(jī)械化采收面臨的問(wèn)題 1 損傷率比較高 藍(lán)莓機(jī)械化采摘在提高效率的 同時(shí)也帶來(lái)了損傷率較高的問(wèn)題 其主要原因之一是 機(jī)械設(shè)備難以準(zhǔn)確區(qū)分成熟和未成熟的藍(lán)莓果實(shí) 由 于藍(lán)莓的成熟度不一 機(jī)械采摘往往無(wú)法像人工采摘那 樣精準(zhǔn)地辨別出應(yīng)該采摘的果實(shí) 導(dǎo)致大量未成熟的藍(lán) 莓被誤傷和漏采 此外 機(jī)械設(shè)備的采摘方式容易造成 藍(lán)莓果實(shí)的擠壓和損壞 同時(shí) 藍(lán)莓的特殊生長(zhǎng)環(huán)境和 植株結(jié)構(gòu)也增加了機(jī)械采摘的難度 藍(lán)莓植株矮小 果 實(shí)隱藏在葉片底部等特點(diǎn) 使得機(jī)械設(shè)備很難完全適 應(yīng) 不同品種的藍(lán)莓在成熟度 果實(shí)大小和形狀上存在 差異 使得機(jī)械設(shè)備需要不斷調(diào)整和適應(yīng) 增加了損傷 的機(jī)率 因此 盡管藍(lán)莓機(jī)械化采摘提高了生產(chǎn)效率 降低了人工成本 但依舊存在著損傷率比較高的問(wèn)題 2 農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝不匹配 主要源于藍(lán)莓種植的分 布廣泛 品種繁多 種植管理水平的模塊化和規(guī)范化程 度相對(duì)較低 首先 藍(lán)莓種植分布廣泛 不同地區(qū)的種 植環(huán)境 土壤條件和氣候特點(diǎn)各異 導(dǎo)致不同地區(qū)藍(lán)莓 樹(shù)的生長(zhǎng)習(xí)性和果實(shí)特性有所差異 這種差異性使得 設(shè)計(jì)適用于所有種植地區(qū)的通用采摘設(shè)備變得困難 因?yàn)椴煌貐^(qū)的種植條件可能需要不同類(lèi)型或參數(shù)的 機(jī)械設(shè)備 其次 藍(lán)莓品種多樣 既有早熟品種也有晚 熟品種 果實(shí)大小 顏色和成熟度也有所不同 這種多 樣性增加了機(jī)械采摘設(shè)備識(shí)別成熟果實(shí)的難度 容易 導(dǎo)致漏采或采摘未成熟的果實(shí) 降低了采摘效率和果 實(shí)品質(zhì) 另外 由于藍(lán)莓種植管理水平的模塊化和規(guī) 范化程度較低 種植者在樹(shù)冠修剪 植株間距 果園布 局等方面的操作存在較大的差異 使得機(jī)械采摘設(shè)備 難以適應(yīng)不同種植園的實(shí)際情況 增加了采摘操作的 復(fù)雜性和不確定性 因此 藍(lán)莓機(jī)械化采摘的農(nóng)機(jī)農(nóng) 藝不匹配問(wèn)題根源于種植分布廣泛 品種繁多 以及種 植管理水平的模塊化和規(guī)范化程度較低 3 采摘分級(jí)難度比較大 藍(lán)莓樹(shù)上的果實(shí)成熟 度不均且果實(shí)的分布密集程度不同 首先 藍(lán)莓樹(shù)上 的果實(shí)成熟度存在明顯的差異 從未成熟到完全成熟 的果實(shí)相間分布 機(jī)械采摘設(shè)備難以準(zhǔn)確識(shí)別和分辨 這些不同成熟度的果實(shí) 容易將未成熟的果實(shí)誤傷或 漏采 同時(shí)也難以確保所有采摘的果實(shí)都處于最佳成 熟狀態(tài) 影響果實(shí)的品質(zhì)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力 其次 藍(lán)莓樹(shù) 的生長(zhǎng)形態(tài)復(fù)雜 樹(shù)冠密集 果實(shí)分布密度大 機(jī)械采 摘設(shè)備在復(fù)雜環(huán)境中操作 難以精確地控制采摘的力 度和位置 容易造成果實(shí)的擠壓 損傷甚至漏采 導(dǎo)致 采摘效率低下和損失率增加 此外 機(jī)械采摘過(guò)程中 的振動(dòng)和摩擦也會(huì)對(duì)果實(shí)造成不同程度的影響 進(jìn)一 步增加采摘分級(jí)的難度 因此 藍(lán)莓機(jī)械化采摘存在 采摘分級(jí)難度大的問(wèn)題 主要是由于藍(lán)莓樹(shù)上果實(shí)成 熟度不均和果實(shí)分布密集所致 需要通過(guò)改進(jìn)采摘設(shè) 備的識(shí)別和操作技術(shù) 提高機(jī)械采摘的精準(zhǔn)度和適應(yīng) 性 以降低采摘損失率 提高采摘效率和果實(shí)品質(zhì) 4 藍(lán)莓機(jī)械化采收發(fā)展建議 1 農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相結(jié)合 藍(lán)莓作為一種重要的經(jīng) 濟(jì)作物 在栽培品種和種植模式上擁有豐富的多樣性 使得農(nóng)藝與農(nóng)機(jī)相融合更為關(guān)鍵 首先 針對(duì)不同的 藍(lán)莓栽培品種 農(nóng)藝可以提供個(gè)性化的栽培方案 包括 土壤管理 施肥技術(shù) 病蟲(chóng)害防治等 以確保不同品種 的生長(zhǎng)環(huán)境和生長(zhǎng)需求得到最優(yōu)的滿足 同時(shí) 針對(duì) 不同的種植模式 例如大棚栽培 露地栽培等 農(nóng)藝技 術(shù)也能夠提供相應(yīng)的管理策略 以適應(yīng)不同種植模式 下的藍(lán)莓生長(zhǎng)需求 其次 農(nóng)機(jī)技術(shù)在藍(lán)莓機(jī)械化采 收中發(fā)揮著關(guān)鍵作用 針對(duì)藍(lán)莓多品種 多模式的特 點(diǎn) 農(nóng)機(jī)的設(shè)計(jì)需要考慮到不同品種和種植模式的差 異性 提供靈活多變的采摘方案 例如 智能化的藍(lán)莓 采摘機(jī)器人可以根據(jù)不同品種的果實(shí)大小 成熟度和 樹(shù)冠結(jié)構(gòu) 進(jìn)行智能化的采摘操作 以確保采摘的效率 和質(zhì)量 同時(shí) 農(nóng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)步也促進(jìn)了藍(lán)莓栽培技 第3期占才學(xué) 等 藍(lán)莓機(jī)械化采收技術(shù)與裝備研究進(jìn)展5 3 術(shù)的發(fā)展 例如通過(guò)機(jī)械化的施肥 灌溉等管理 提高 了藍(lán)莓的生長(zhǎng)效率和產(chǎn)量穩(wěn)定性 綜上所述 農(nóng)藝與 農(nóng)機(jī)的相互配合是解決藍(lán)莓機(jī)械化采收趨勢(shì)的關(guān)鍵因 素 通過(guò)不斷優(yōu)化和創(chuàng)新 可以實(shí)現(xiàn)藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)的可持續(xù) 發(fā)展 推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程 2 增強(qiáng)藍(lán)莓采收機(jī)械的通用性 隨著藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)的 蓬勃發(fā)展 機(jī)械化采收已成為提高生產(chǎn)效率 應(yīng)對(duì)人力 成本上升的重要趨勢(shì) 在這一發(fā)展浪潮中 增強(qiáng)藍(lán)莓采 收機(jī)械的通用性顯得尤為重要 通過(guò)提升機(jī)械設(shè)備的 通用性 可以適應(yīng)不同的藍(lán)莓品種和種植農(nóng)業(yè)要求 從 而更好地滿足不同地區(qū)和種植戶的需求 首先 增強(qiáng)藍(lán) 莓采收機(jī)械的通用性意味著它能夠適應(yīng)多種藍(lán)莓品種 的采收需求 藍(lán)莓作為一種具有多樣性的果實(shí) 不同品 種在果實(shí)大小 形狀 樹(shù)型等方面存在差異 因此 一款 通用性強(qiáng)的采收機(jī)械需要具備可調(diào)節(jié)的采摘裝置以及 不同規(guī)格的采摘籃等 以適應(yīng)不同品種的藍(lán)莓果實(shí)特 征 確保采摘效果和果實(shí)品質(zhì) 其次 通用性強(qiáng)的采收 機(jī)械應(yīng)當(dāng)能夠滿足不同種植農(nóng)業(yè)要求 藍(lán)莓種植在不 同地區(qū)和環(huán)境條件下 農(nóng)業(yè)實(shí)踐和管理方式各異 有些 地區(qū)采用大面積的開(kāi)放式種植 而有些地區(qū)采用棚架或 溫室種植 因此 通用性強(qiáng)的采收機(jī)械需要具備可調(diào)節(jié) 的結(jié)構(gòu)和適應(yīng)性 以應(yīng)對(duì)不同種植方式下的采摘需求 提高適用范圍和靈活性 增強(qiáng)藍(lán)莓采收機(jī)械的通用性 不僅有助于提高生產(chǎn)效率和降低成本 還能夠促進(jìn)藍(lán)莓 產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展 通過(guò)滿足不同品種和種植農(nóng)業(yè)要 求 可以更好地適應(yīng)市場(chǎng)需求變化 提高藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)的競(jìng) 爭(zhēng)力和可持續(xù)性 因此 加強(qiáng)藍(lán)莓采收機(jī)械的通用性將 成為推動(dòng)藍(lán)莓機(jī)械化采收發(fā)展的重要策略之一 為藍(lán)莓 產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)支撐 參 考 文 獻(xiàn) 1 李麗敏 我國(guó)藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)布局及關(guān)鍵技術(shù)研究 J 中國(guó)農(nóng) 機(jī)化學(xué)報(bào) 2 0 1 3 3 4 5 8 4 8 8 L i L i m i n S t u d y o n t h e i n d u s t r i a l l a y o u t i n C h i n a a n d k e y t e c h n o l o g y o f b l u e b e r r y J J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n 2 0 1 3 3 4 5 8 4 8 8 2 王二雷 藍(lán)莓花青素高純提取物的制備技術(shù)及誘導(dǎo)腫瘤細(xì) 胞凋亡作用研究 D 長(zhǎng)春 吉林大學(xué) 2 0 1 4 3 林歡 孫磊厚 王二化 我國(guó)林果振動(dòng)采收機(jī)發(fā)展應(yīng)用現(xiàn) 狀與展望 J 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2 0 2 1 4 9 1 3 6 4 2 4 王虹虹 倪曉宇 李維林 等 藍(lán)莓機(jī)械采收技術(shù)研究現(xiàn)狀 及發(fā)展趨勢(shì) J 林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備 2 0 2 0 4 8 7 4 8 5 許林云 劉冠華 宣言 等 果實(shí)振動(dòng)響應(yīng)時(shí)的空中運(yùn)動(dòng) 數(shù)學(xué)模型 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2 0 1 9 3 5 1 6 2 0 6 2 1 3 X u L i n y u n L i u G u a n h u a X u a n Y a n e t a l M a t h e m a t i c a l m o d e l o f f r u i t s a e r i a l m o v e m e n t i n v i b r a t i o n r e s p o n s e J T r a n s a c t i o n s o f t h e C h i n e s e S o c i e t y o f A g r i c u l t u r a l E n g i n e e r i n g 2 0 1 9 3 5 1 6 2 0 6 2 1 3 6 鮑玉冬 梁釗 趙彥玲 等 藍(lán)莓采收機(jī)高通過(guò)性自行走 裝置設(shè)計(jì)及性能研究 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2 0 1 8 3 4 2 4 3 6 4 5 B a o Y u d o n g L i a n g Z h a o Z h a o Y a n l i n g e t a l D e s i g n a n d p e r f o r m a n c e o f h i g h t r a f f i c a b i l i t y s e l f p r o p e l l e d d e v i c e o f b l u e b e r r y h a r v e s t e r J T r a n s a c t i o n s o f t h e C h i n e s e S o c i e t y o f A g r i c u l t u r a l E n g i n e e r i n g 2 0 1 8 3 4 2 4 3 6 4 5 7 王海濱 藍(lán)莓植株多自由度系統(tǒng)振動(dòng)建模及仿真研究 D 哈爾濱 東北林業(yè)大學(xué) 2 0 1 4 8 郭艷玲 鮑玉冬 何培莊 等 手推式矮叢藍(lán)莓采摘機(jī)設(shè) 計(jì)與試驗(yàn) J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2 0 1 2 2 8 7 4 0 4 5 G u o Y a n l i n g B a o Y u d o n g H e P e i z h u a n g e t a l D e s i g n a n d e x p e r i m e n t o f h a n d p u s h l o w b u s h b l u e b e r r y p i c k i n g m a c h i n e J T r a n s a c t i o n s o f t h e C h i n e s e S o c i e t y o f A g r i c u l t u r a l E n g i n e e r i n g 2 0 1 2 2 8 7 4 0 4 5 9 鮑玉冬 李志鵬 郭艷玲 等 振動(dòng)式藍(lán)莓采摘機(jī)對(duì)果實(shí) 收獲的影響試驗(yàn) J 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 自然科學(xué)版 2 0 1 4 4 0 1 9 6 1 0 0 1 0 陳嘉瑤 王英 梁冬泰 等 小型化軸向振動(dòng)式藍(lán)莓采 摘機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn) J 機(jī)械設(shè)計(jì) 2 0 2 1 3 8 4 3 7 4 3 1 1 史亮 范久臣 喬晗 基于A D A M S的藍(lán)莓采摘機(jī)構(gòu)設(shè) 計(jì)與仿真 J 機(jī)械研究與應(yīng)用 2 0 1 5 2 8 4 1 5 8 1 6 0 1 2 陳度 杜小強(qiáng) 王書(shū)茂 等 振動(dòng)式果品收獲技術(shù)機(jī)理 分析及研究進(jìn)展 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2 0 1 1 2 7 8 1 9 5 2 0 0 C h e n D u D u X i a o q i a n g W a n g S h u m a o e t a l M e c h a n i s m o f v i b r a t o r y f r u i t h a r v e s t a n d r e v i e w o f c u r r e n t a d v a n c e J T r a n s a c t i o n s o f t h e C h i n e s e S o c i e t y o f A g r i c u l t u r a l E n g i n e e r i n g 2 0 1 1 2 7 8 1 9 5 2 0 0 1 3 F u m i o m i T W e i Y C h a n g y i n g L e t a l A p p l y i n g n e w t e c h n o l o g i e s t o t r a n s f o r m b l u e b e r r y h a r v e s t i n g J A g r o n o m y 2 0 1 7 7 2 3 3 1 4 G a l l a r d o R K S t a f n e E T D e v e t t e r L W e t a l B l u e b e r r y p r o d u c e r s a t t i t u d e s t o w a r d h a r v e s t m e c h a n i z a t i o n f o r f r e s h m a r k e t J H o r t t e c h n o l o g y 2 0 1 8 2 8 1 1 0 1 6 1 5 何宇 氣吸式小漿果收獲機(jī)設(shè)計(jì)及輸送系統(tǒng)參數(shù)的試驗(yàn) 研究 D 哈爾濱 東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 2 0 1 5 1 6 趙永超 孔德剛 霍俊偉 等 氣吸式小漿果撿拾輸送裝置 仿真與試驗(yàn) J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2 0 1 6 3 2 1 7 3 2 3 9 1 7 S u n S H e i g h t e s t i m a t i o n f o r b l u e b e r r y b u s h e s u s i n g L i D A R b a s e d o n a f i e l d r o b o t i c p l a t f o r m C 2 0 1 6 A S A B E A n n u a l I n t e r n a t i o n a l M e e t i n g A m e r i c a n S o c i e t y o f A g r i c u l t u r a l a n d B i o l o g i c a l E n g i n e e r s 2 0 1 6 1 8 G o n z a l e z S A r e l l a n o C T a p i a J D e e p b l u e b e r r y Q u a n t i f i c a t i o n o f b l u e b e r r i e s i n t h e w i l d u s i n g i n s t a n c e s e g m e n t a t i o n J I E E E A c c e s s 2 0 1 9 9 9 1 1 9 韓非 藍(lán)莓機(jī)器視覺(jué)識(shí)別與標(biāo)定技術(shù)研究 D 哈爾濱 東北林業(yè)大學(xué) 2 0 1 1 2 0 王迪 關(guān)曉平 郭艷玲 基于A R M的漿果采摘機(jī)械手運(yùn)動(dòng) 控制研究 J 林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備 2 0 0 9 3 7 4 2 2 2 4