华南农业大学文献综述
究所（IMAG）发明了一种电极切割法，利用特殊电极产生高温（1000℃）切割，可防止断口的感染。
行走装置有 3 种形式：车轮式、履带式、人形结构，其中车轮式应用最广泛。车轮式行走机构具有转弯半径小、转向灵活等特点，但其对于松软地面和坡陡地面适应性差，影响机器手的运动精度。如日本岗山大学Naoshi Kondo 等人在番茄、草莓和柑桔采摘机器人的研制中使用轮式行走机构。而履带式行走机构恰恰相反，对地面适应性强，缺点是转弯半径过大，转向不灵活，目前日本有葡萄、甘蓝采摘机器人使用履带式行走机构。采用智能导航技术的无人驾驶自主式小车是智能采摘机器人行走装置的发展趋势。果实的识别和定位问题主要由视觉识别系统解决。果实的识别和定位问题是采摘机器人的难点、重点，关系到机器人的采摘效率问题。
20 世纪90 年代，日本岗山大学Naoshi Kondo 等人在番茄、草莓采摘机器人上用彩色摄像头和图像处理卡组成的视觉识别系统来寻找和识别成熟果实，利用双目视觉方法对目标进行定位。该系统从识别到采摘完成的速度大约是15 秒/个，成功率在70%左右。日本国立农业研究中心的Murakami 等人在甘蓝、茄子采摘机器人中采用CCD 视觉识别系统，工作中利用人工神经网络（NN 算法）提取果实的二维图象，采用模板匹配的方法识别合格的果实。试验表明，采摘成功率为43-62.5%，工作速度为55-64.1 秒/个。综合看，影响成功率和效率的是外部的不确定性因素，如光照的不稳定、叶子的遮挡等。
由于工作环境的复杂性和不确定性，目前采摘机器人的智能化水平离实用化和商品化还有一定距离，关键问题在于其灵巧性提高、果实的平均采摘周期较长、识别率偏低、损伤率较高、制造成本过高。随着传感器及计算机视觉等技术的发展，采摘机器人的研究还需在以下几个方面努力：一是要找到一种可靠性好、精度高的视觉系统技术，能够检测出所有成熟果实并精确定位；二是提高机械手以及末端执行器的设计柔性和灵巧性，成功避障，提高采摘的成功率，降低果实的损伤率；三是要提高采摘机器人的通用性和利用率。
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2 国内果园采摘机械现状
2.1机械式采摘
我国从20 世纪70 年代开始研究果园采摘机械，先后研制出与手扶拖拉机配套的机械振动式山楂采果机、气囊式采果器和手持电动采果器。后两者实际上还是人工作业用的辅助机械，虽然在保护果实不受损伤方面做得较好，但其效率太低。80 年代后，开始研究和制造切割型采摘器，果园采摘也从人工使用剪刀采摘发展到使用机械装置采摘，例如一种人工剪枝采摘器，它夹口上方有切刀，下方有夹钳可以将果柄先钳住后剪
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国内外果园采摘机械研究及发展探讨
断。电机式采摘器利用果柄引导突片将果柄引向切刀，再用微型电机带动的切刀作往复运动把果柄切断。还有一种振摇式采摘器，用拨叉伸入果枝用电机摆动拨叉而振落果实。此后有了更多的辅助工具如液压剪枝升降平台，用来提高工作位置，利于采摘作业。我国还曾经研制出吹气式采摘机，由于其风机功率要求大，气流易损伤果枝果实，虽然分选效果较好，但采摘效果不佳，很快就被市场淘汰。
90 年代开始，市场的因素带动了果树种植的热潮，众多中小种植户的需求带动了简易采摘器的市场。其后气动剪枝机、辅助升降平台等机具相继进入了市场。1992 年浙江金华农机所研究了由拖拉机操作的用于采摘水果的升降机，上升高度可达7m。2007年新疆机械研究院研制了我国第一台多功能果园作业机，即LG-1 型多功能果园作业机。这是一种集采摘、修剪、喷药、运输、动力发电等功能的自走式作业机。其工作原理是汽油发动机将一部分动力分配给主机的变速箱，由变速箱驱动两条橡胶履带行走，另一部分动力带动双缸风冷式空压机，为气动剪枝机和升降机提供动力。采用橡胶履带行走部件是针对果园里土壤松软和比较潮湿的环境。空压机连接的升降平台提升高度1.5m。该作业机的研制成功标志着我国果园单一的采摘机械进入到了多功能作业机械时代
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。
我国南方果园大部分处于丘陵山区地带，受限于地形，合适的采摘机械很少，机械化作业基本处于空白，而且存在费工以及作业危险性方面的问题。我国台湾省为了在坡地果园上实施机械化省工经营，改良发展了适合坡地作业特性的农机具,研制成功了一种自走式牵引振动采果机。该机以坡地搬运车为机体，在振动机的下方装一个可作360°旋转的旋转盘，采果时转动圆盘，使牵引推杆对准采收树枝干，牵引推杆上装有自动调整推杆角度的四连杆，可以使推杆处在最有效的作业角度，当拉紧套住树枝干与推杆头间的绳索时，果实受拉力即可掉落。
2.2机器人采摘
在机器人采摘研究方面，我国才刚刚起步。2006 年出台的“十一五”国家高技术研究发展计划（863 计划），提出了高技术项目《果树采摘机器人关键技术研究》。近年来国内许多高校积极介入农业机器人领域的研究，通过跟踪国外先进技术，在机器人采摘领域内取得了初步的成果。如上海交通大学正在进行黄瓜采摘机器人的研究，浙江大学对七自由度番茄收获机械手进行了机构分析和优化设计研究，中国农业大学对采摘机械手的视觉识别系统进行了研究。目前，比较典型的采摘机器人有人机协作型柑橘采摘机器人，西红柿、黄瓜、草莓和多功能葡萄采摘机器人等。
3 果园机械存在问题
目前我国果园采摘机械发展中存在的主要问题有：
长期以来果树生产存在着采摘、修枝、植保、施肥等四大难题，虽然近些年我国采摘机械得到迅速发展，在机械产品方面有采摘器、动力剪枝采摘工具、多功能果园作业
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机械等，但总的来说，国内果园作业机械，大多功能单一，只能做果园土壤管理和果园植保作业，不能解决果园生产以上四大难题。
果园作业要实现全程机械化，各个作业环节上果农都得购置机械，这样就增加果农购置机具的费用，增加生产成本，降低经济效益，影响果农种植积极性。而多功能作业机械能实现一机多用，既减少购机投入，又方便果农使用。
目前我国采摘机械的通用性不佳，也是制约采摘机械发展的因素，农机农艺之间不协调。国外较早就注意了农艺和农机相结合的工作、果树栽培的管理方式，以便于实现机械化操作，新的栽培模式和整枝方式，不仅能提高光能利用率和便于机械化操作，而且使之可以采用跨行机械，国外在大型果园环境控制中，已发展到了采用“精确定量”的控制理念，即由计算机分析果园的经济效益，拟定最佳方案，以降低成本，减少劳力，增加收入
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。
相比之下，我国主要是分散栽培，分户管理，真正集中成片统一管理的大型现代化果园很少。这种小农经济式的种植方式使果园的生产管理停留在传统经验基础上；规范、科学的生产管理方法难以实施，果园机械化程度普遍偏低。
4 果园采摘机械的发展趋势
提高资源利用率和农业生产率、降低劳动强度、提高经济效益是现代农业的趋势。由于技术和成本的原因，在今后较长时间内机器人采摘无法投入实际应用，在这种背景下，机械式采摘将占据主流，其发展具有以下几个特点：
4.1 多功能化
即该机械不仅具有采摘果实的功能，还兼具其他作业功能，如中耕、施肥、剪枝、植保等，多功能作业机械能实现一机多用，减少购机投入，同时又方便使用。
4.2 采摘与山地果园运输结合起来
南方丘陵山地果园坡陡，上山的肥料、农药和下山的果品等全靠人力运输，劳动强度大，效率低，成本高。有些山地虽能开辟机动车道，但成本高，浪费土地并易造成水土流失。因此研究省力、低成本的山地运输机械成为当务之急。
4.3 操作简便、可靠性高
机器的操作者是农民，并不具备系统的机电知识，这就要求设计合理可靠，使用方法简单，维修维护方便。
4.4 通用性好
在各种不同的条件下，如不同地形、不同的作业地表、不同的作业对象、不同的水果品种等情形下，要使该机械适用于大部分甚至绝大部分情形。
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国内外果园采摘机械研究及发展探讨
4.5 自动化和智能化
随着现代科学技术的进步和广泛应用，新技术必将进入到农业机械领域；机械化、自动化、智能化水平将进一步提高
[12]
。如日本研制的自走式采摘车，在20°以上的陡坡
地使用电视摄像机和无线电遥控组合控制方式，实现无人驾驶操作[12]。在机器人采摘研究方面，未来的采摘机器人将朝着以下几个方向发展：
4.6 高精度的视觉系统和图像处理技术
如使用视觉传感器配合测距仪来精确定位，使用模糊神经网络对图像进行智能化处理。
4.7 研发有多指及冗余自由度的机械手爪
多指及冗余自由度的机械手爪，有柔性和灵巧性的特点。机械手爪要针对作业目标的物理、生物特性设计，保证采摘时的生产质量
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。采用合适的轨迹规划，使得行走
和采摘时能够绕过障碍物而不发生碰撞。使用神经网络系统，机器人就能通过前次轨迹而自我学习，下次自动采用最近似的轨迹运动
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。
4.8 利用率高
可以根据采摘不同对象来更换末端执行器进行采摘作业，这样大大提高机器人的利用率。
4.9 低成本的机器人
便于推广普及，果农买得起，也用得起。
5 结束语
果实的采摘是一个季节性较强的劳动密集性的工作，由于人口老龄化和农村劳动力转移，在单调、繁重、危险的果实采摘作业上急需高效、通用、低成本的采摘技术，机械式采摘方式相比机器人采摘更有优势。因此，研究开发以多功能作业机械为代表的新一代果园采摘机械，对果业的发展更有现实意义。
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