菠萝采摘机械研究进展

2021-12-02胡君易

农业技术与装备 2021年2期

胡君易

（中山市农业科技推广中心，广东中山 528401）

我国是菠萝十大主产国之一，主要种植区为广东、海南、广西、福建、云南等省区[1]。随着农业经济产业结构的调整优化，菠萝的种植规模不断扩大。截至2015 年，我国菠萝生产总面积达 5.37×104hm2，年总产量达150×104t 左右[2]。因农村青壮年劳动力的大量流失，劳动力成本不断攀升，传统人工采摘的方式已严重阻碍菠萝产业的发展，菠萝采摘机械的研究与推广尤为必要。

1 菠萝采摘机械关键技术

受菠萝种植地块条件限制，我国菠萝主要种植在丘陵山地地区，适宜地形条件的机械化作业难度较大，目前菠萝采摘还是以人工采摘为主，现有的菠萝采摘专用农业机械主要包含半自动式、全自动式2 种采摘机械[3]，但均存在种类单一、精度不强等问题。研发适配度高的菠萝采摘设备或加强农机农艺结合，就成了菠萝采摘机械化发展的重中之重。

近些年以来，已逐步开展便携式菠萝采摘小型辅助机械装置的研究，此种类型的作物收割采摘辅助装置主要包含人工握持系统、导向架系统、支撑杆、传动机械系统、灵活转向式的刀片、驱动绳以及复位弹簧等。在人工手持菠萝辅助采摘机械系统的基础上，可以达到灵活控制果实采摘方向以及采摘动作强度的效果，并且达到顺利切割菠萝果实的目标。此外，还可选择机器人的全自动菠萝采摘机械控制系统，确保做到准确判断菠萝果实是否具有成熟的果实收割条件，进而给出精确的菠萝采摘动作[4]。

2 菠萝采摘机械研究进展

2.1 全自动式菠萝采摘机器人

全自动式的菠萝采摘机械装置主要由智能控制的采摘机器人组成，依靠机器人的自动转向以及自动控制功能来完成自动采摘收割菠萝果实的完整操作运行过程。在此基础上，采摘机器人将会按照智能化软件给出的系统提示信息，自动识别菠萝果实是否达到采摘的成熟程度条件，然后通过调整机械手柄运行方向来完成自动切割菠萝的操作，最终达到成功采摘菠萝果实的目标。由此可见，自动化与智能化的菠萝采摘机器人机械系统必须要包含系统的末端执行器、机械手、自动行走装置以及视觉识别系统，依靠智能感知软件来实现菠萝采摘全过程的自动化处理。

2.2 半自动式手持菠萝采摘机械

半自动式的采摘机械设施基本特征就是依靠手持机械来调整果实采摘角度以及果实切割频率，在此前提下达到准确控制菠萝采摘效果的目标。与全自动式的采摘菠萝机器人系统相比，具有手持机械特征的半自动设施虽然没有完全按照智能软件的控制方式来完成运行过程，但是具有人工控制采摘果实的灵活性优势。因此，综合对比，当前多数农业种植人员倾向于优先选择手持式的半自动化菠萝果实收割采摘机械。

3 存在问题与对策

我国菠萝种植尚未形成统一种植制度，种植地块零散、种植规格不一，菠萝采摘机械通用性较差，发展小型便携式菠萝采摘机械具有较高适应性。菠萝属低矮型灌木类树种，植株繁茂且韧性强，极易遮蔽果实，无论是人工采摘还是大型机械采摘都较困难，智能化菠萝采摘机械设备能有效提高精确性，精准识别采摘，具有很大优势。针对目前菠萝采摘存在的问题，总结提出以下菠萝机械化采摘技术发展对策。

3.1 发展小型便携式菠萝采摘机械装置

小型便携式菠萝采摘机械装置可有效提升果实采摘效率、降低采摘成本，具备较高的推广应用价值。种植户普遍倾向于购买便携式手持人工采摘辅助机械装置，原因在于手持式自动转向果实采摘机械装置灵活性更高，方便对其进行实时性地调整与控制[5]。经过全方位的农业机械自动化手段创新与调整，当前时期对于结构轻便紧凑的小型机械化与自动化果实采摘机械系统必须全面研发，增强该领域的农机控制技术研发实践力度。小型化的果实采摘辅助机械系统经过上述功能的完善与创新，能够被推广于地势较为复杂的菠萝种植区域，有助于增强人工控制果实采摘操作的灵活性。

3.2 提高菠萝采摘操作的智能化与自动化

通过自动化、智能化控制手段能自动感应和控制果实采摘全过程，在果实采摘过程中，智能化农业机械装置因具备精准性优势，能实时监控和准确统计果实的采摘角度、采摘频率和采摘力矩。在枝叶遮蔽菠萝果实情况下，较难通过人工手段完成果实采摘，因此，依靠智能化的自动感应农业机械装置来采摘菠萝果实就很有必要。例如果实采摘自动控制机械系统可进行底盘角度与机械手臂位置高度的调整。通过软件在自动操作控制下，可灵活调节采摘机械装置手臂高度，避免导致采摘机械手臂触碰果实外表，出现损伤。同时，智能化菠萝采摘机械装置能准确识别菠萝果实外观状态以及果实成熟程度的目的，从而为菠萝采摘提供了精准判断根据[6]。