菠蘿采摘機械研究進展

胡君易

（中山市農(nóng)業(yè)科技推廣中心，廣東 中山 528401）

我國是菠蘿十大主產(chǎn)國之一，主要種植區(qū)為廣東、海南、廣西、福建、云南等省區(qū)[1]。隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)結(jié)構的調(diào)整優(yōu)化，菠蘿的種植規(guī)模不斷擴大。截至2015 年，我國菠蘿生產(chǎn)總面積達 5.37×104hm2，年總產(chǎn)量達150×104t 左右[2]。因農(nóng)村青壯年勞動力的大量流失，勞動力成本不斷攀升，傳統(tǒng)人工采摘的方式已嚴重阻礙菠蘿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，菠蘿采摘機械的研究與推廣尤為必要。

1 菠蘿采摘機械關鍵技術

受菠蘿種植地塊條件限制，我國菠蘿主要種植在丘陵山地地區(qū)，適宜地形條件的機械化作業(yè)難度較大，目前菠蘿采摘還是以人工采摘為主，現(xiàn)有的菠蘿采摘專用農(nóng)業(yè)機械主要包含半自動式、全自動式2 種采摘機械[3]，但均存在種類單一、精度不強等問題。研發(fā)適配度高的菠蘿采摘設備或加強農(nóng)機農(nóng)藝結(jié)合，就成了菠蘿采摘機械化發(fā)展的重中之重。

近些年以來，已逐步開展便攜式菠蘿采摘小型輔助機械裝置的研究，此種類型的作物收割采摘輔助裝置主要包含人工握持系統(tǒng)、導向架系統(tǒng)、支撐桿、傳動機械系統(tǒng)、靈活轉(zhuǎn)向式的刀片、驅(qū)動繩以及復位彈簧等。在人工手持菠蘿輔助采摘機械系統(tǒng)的基礎上，可以達到靈活控制果實采摘方向以及采摘動作強度的效果，并且達到順利切割菠蘿果實的目標。此外，還可選擇機器人的全自動菠蘿采摘機械控制系統(tǒng)，確保做到準確判斷菠蘿果實是否具有成熟的果實收割條件，進而給出精確的菠蘿采摘動作[4]。

2 菠蘿采摘機械研究進展

2.1 全自動式菠蘿采摘機器人

全自動式的菠蘿采摘機械裝置主要由智能控制的采摘機器人組成，依靠機器人的自動轉(zhuǎn)向以及自動控制功能來完成自動采摘收割菠蘿果實的完整操作運行過程。在此基礎上，采摘機器人將會按照智能化軟件給出的系統(tǒng)提示信息，自動識別菠蘿果實是否達到采摘的成熟程度條件，然后通過調(diào)整機械手柄運行方向來完成自動切割菠蘿的操作，最終達到成功采摘菠蘿果實的目標。由此可見，自動化與智能化的菠蘿采摘機器人機械系統(tǒng)必須要包含系統(tǒng)的末端執(zhí)行器、機械手、自動行走裝置以及視覺識別系統(tǒng)，依靠智能感知軟件來實現(xiàn)菠蘿采摘全過程的自動化處理。

2.2 半自動式手持菠蘿采摘機械

半自動式的采摘機械設施基本特征就是依靠手持機械來調(diào)整果實采摘角度以及果實切割頻率，在此前提下達到準確控制菠蘿采摘效果的目標。與全自動式的采摘菠蘿機器人系統(tǒng)相比，具有手持機械特征的半自動設施雖然沒有完全按照智能軟件的控制方式來完成運行過程，但是具有人工控制采摘果實的靈活性優(yōu)勢。因此，綜合對比，當前多數(shù)農(nóng)業(yè)種植人員傾向于優(yōu)先選擇手持式的半自動化菠蘿果實收割采摘機械。

3 存在問題與對策

我國菠蘿種植尚未形成統(tǒng)一種植制度，種植地塊零散、種植規(guī)格不一，菠蘿采摘機械通用性較差，發(fā)展小型便攜式菠蘿采摘機械具有較高適應性。菠蘿屬低矮型灌木類樹種，植株繁茂且韌性強，極易遮蔽果實，無論是人工采摘還是大型機械采摘都較困難，智能化菠蘿采摘機械設備能有效提高精確性，精準識別采摘，具有很大優(yōu)勢。針對目前菠蘿采摘存在的問題，總結(jié)提出以下菠蘿機械化采摘技術發(fā)展對策。

3.1 發(fā)展小型便攜式菠蘿采摘機械裝置

小型便攜式菠蘿采摘機械裝置可有效提升果實采摘效率、降低采摘成本，具備較高的推廣應用價值。種植戶普遍傾向于購買便攜式手持人工采摘輔助機械裝置，原因在于手持式自動轉(zhuǎn)向果實采摘機械裝置靈活性更高，方便對其進行實時性地調(diào)整與控制[5]。經(jīng)過全方位的農(nóng)業(yè)機械自動化手段創(chuàng)新與調(diào)整，當前時期對于結(jié)構輕便緊湊的小型機械化與自動化果實采摘機械系統(tǒng)必須全面研發(fā)，增強該領域的農(nóng)機控制技術研發(fā)實踐力度。小型化的果實采摘輔助機械系統(tǒng)經(jīng)過上述功能的完善與創(chuàng)新，能夠被推廣于地勢較為復雜的菠蘿種植區(qū)域，有助于增強人工控制果實采摘操作的靈活性。

3.2 提高菠蘿采摘操作的智能化與自動化

通過自動化、智能化控制手段能自動感應和控制果實采摘全過程，在果實采摘過程中，智能化農(nóng)業(yè)機械裝置因具備精準性優(yōu)勢，能實時監(jiān)控和準確統(tǒng)計果實的采摘角度、采摘頻率和采摘力矩。在枝葉遮蔽菠蘿果實情況下，較難通過人工手段完成果實采摘，因此，依靠智能化的自動感應農(nóng)業(yè)機械裝置來采摘菠蘿果實就很有必要。例如果實采摘自動控制機械系統(tǒng)可進行底盤角度與機械手臂位置高度的調(diào)整。通過軟件在自動操作控制下，可靈活調(diào)節(jié)采摘機械裝置手臂高度，避免導致采摘機械手臂觸碰果實外表，出現(xiàn)損傷。同時，智能化菠蘿采摘機械裝置能準確識別菠蘿果實外觀狀態(tài)以及果實成熟程度的目的，從而為菠蘿采摘提供了精準判斷根據(jù)[6]。

3.3 增強菠蘿采摘機械動作感應與識別的精準性

菠蘿果實機械化采摘需增強采摘動作精準性，降低采摘機械動作出錯率，避免破壞菠蘿果實外觀的完整性，從而影響菠蘿的商品價值。通過實施立體化圖像檢測與定位的智能技術，提高菠蘿采摘機械動作感應與識別，系統(tǒng)執(zhí)行器準確判斷菠蘿果實角度，避免偏離果實采摘方向。

4 結(jié)語

經(jīng)分析可見，菠蘿采摘專用農(nóng)業(yè)機械設施種類型號多樣，對于各種不同類型菠蘿采摘機械化裝置必須要合理地進行選擇，結(jié)合因地制宜的機械化菠蘿采摘實施思路來完成菠蘿采摘。具體在實踐中，農(nóng)業(yè)技術人員需要深刻認識菠蘿采摘機械化的優(yōu)勢，積極引進菠蘿采摘領域的新農(nóng)機設備，改進菠蘿采摘的勞動方式。