藍(lán)莓采摘機(jī)械化現(xiàn)狀與裝備研究進(jìn)展.pdf

第1 2期樊晨龍等 藍(lán)莓采摘機(jī)械化現(xiàn)狀與裝備研究進(jìn)展4 7 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 4 1 2 0 0 8 樊晨龍 李維林 劉英 等 藍(lán)莓采摘機(jī)械化現(xiàn)狀與裝備研究進(jìn)展 J 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 2 0 2 4 4 5 1 2 4 7 5 1 5 9 F a n C h e n l o n g L i W e i l i n L i u Y i n g e t a l P r e s e n t s t a t u s a n d e q u i p m e n t r e s e a r c h p r o g r e s s o f b l u e b e r r y h a r v e s t i n g m e c h a n i z a t i o n 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 4 4 5 1 2 4 7 5 1 5 9 藍(lán)莓采摘機(jī)械化現(xiàn)狀與裝備研究進(jìn)展 樊晨龍1 李維林1 劉英1 2 崔濤3 吳斌1 喬夢(mèng)夢(mèng)1 1 南京林業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院 南京市 2 1 0 0 3 7 2 南京林業(yè)大學(xué)江蘇省林業(yè)資源高效加工利用 協(xié)同創(chuàng)新中心 南京市 2 1 0 0 3 7 3 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院 北京市 1 0 0 0 8 3 摘要 我國(guó)藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大 但以人工采收方式為主 作業(yè)效率低下 嚴(yán)重制約我國(guó)藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展 機(jī)械 化采摘技術(shù)與裝備研究成為我國(guó)藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效 增強(qiáng)國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑之一 介紹藍(lán)莓主產(chǎn)區(qū)分布特點(diǎn) 研究藍(lán)莓主產(chǎn)區(qū)采摘方式 從采摘方式和機(jī)械化裝備研究方面 對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外藍(lán)莓采摘機(jī)械化裝備的現(xiàn)狀 闡明國(guó)內(nèi) 外藍(lán)莓機(jī)械化采摘技術(shù)差距 明確當(dāng)前我國(guó)藍(lán)莓機(jī)械化采摘技術(shù)發(fā)展需求及要點(diǎn) 提出重點(diǎn)突破藍(lán)莓采摘機(jī)廣適性底盤(pán) 技術(shù) 低損高效振動(dòng)采收技術(shù) 智能化藍(lán)莓采摘技術(shù)等 實(shí)現(xiàn)基于農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合試驗(yàn)示范與推廣 補(bǔ)齊藍(lán)莓機(jī)械化采摘短 板 為促進(jìn)我國(guó)藍(lán)莓機(jī)械化采摘技術(shù)研發(fā) 裝備升級(jí)提供借鑒和參考 關(guān)鍵詞 藍(lán)莓 采摘機(jī)械 智能化 農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合 中圖分類號(hào) S 2 2 5 9 3 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 4 1 2 0 0 4 7 0 6 收稿日期 2 0 2 4年9月9日 修回日期 2 0 2 4年1 1月6日 基金項(xiàng)目 江蘇省現(xiàn)代農(nóng)機(jī)裝備與技術(shù)示范推廣項(xiàng)目 N J 2 0 2 3 1 6 江蘇省自然科學(xué)基金 2 0 2 3 M 7 4 1 7 2 3 第一作者 樊晨龍 男 1 9 9 4年生 山西大同人 博士 講師 研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)測(cè)控與智能農(nóng)機(jī)裝備 E m a i l f a n c l n j f u e d u c n 通訊作者 劉英 女 1 9 6 5年生 南京人 博士 教授 研究方向?yàn)檗r(nóng)林作物智能采收及在線檢測(cè) E m a i l l i u y i n g n j f u e d u c n Presentstatusandequipmentresearchprogressofblueberryharvestingmechanization FanChenlong1 LiWeilin1 LiuYing1 2 CuiTao3 WuBin1 QiaoMengmeng1 1 CollegeofMechanicalandElectronicEngineering NanjingForestryUniversity Nanjing 2 1 0 0 3 7 China 2 JiangsuCo lnnovationCenterofEfficientProcessingandUtilizationofForestResources NanjingForestryUniveristy Nanjing 2 1 0 0 3 7 China 3 CollegeofEngineering ChinaAgriculturalUniversity Beijing 1 0 0 0 8 3 China Abstract T h e a b s t r a c t s h o u l d b e i n f o r m a t i v e g i v i n g t h e s c o p e a n d e m p h a s i z e t h e m a i n c o n c l u s i o n s r e s u l t s o r s i g n i f i c a n c e o f t h e w o r k d e s c r i b e d T h e s c a l e o f t h e b l u e b e r r y i n d u s t r y i n C h i n a i s e x p a n d i n g c o n t i n u o u s l y b u t a r t i f i c i a l h a r v e s t i n g i s t h e p r i m a r y m e t h o d T h e l o w e f f i c i e n c y o f t h i s m e t h o d h a s s e r i o u s l y r e s t r i c t e d t h e h i g h q u a l i t y d e v e l o p m e n t o f o u r c o u n t r y s b l u e b e r r y i n d u s t r y R e s e a r c h o n m e c h a n i z a t i o n p i c k 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 h a s b e c o m e a n e s s e n t i a l w a y t o i m p r o v e t h e q u a l i t y a n d e f f i c i e n c y o f t h e b l u e b e r r y i n d u s t r y i n C h i n a a n d e n h a n c e t h e c o m p e t i t i v e n e s s o f t h e i n t e r n a t i o n a l m a r k e t T h i s m a n u s c r i p t i n t r o d u c e s t h e d i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e m a i n a r e a s o f b l u e b e r r y a n d s t u d i e s t h e p i c k i n g m e t h o d s o f t h e m a i n a r e a s T h e m e c h a n i z e d e q u i p m e n t p i c k i n g b l u e b e r r i e s a t h o m e a n d a b r o a d w a s c o m p a r e d a n d a n a l y z e d u s i n g t w o a s p e c t s o f t h e p i c k i n g m e t h o d a n d m e c h a n i z e d e q u i p m e n t r e s e a r c h T h i s p a p e r e x p o u n d s o n t h e t e c h n i c a l g a p o f m e c h a n i z e d p i c k i n g o f b l u e b e r r i e s a t h o m e a n d a b r o a d a n d c l a r i f i e s t h e d e v e l o p m e n t n e e d s a n d c r i t i c a l p o i n t s o f m e c h a n i z e d p i c k i n g t e c h n o l o g y o f b l u e b e r r i e s i n C h i n a I t p u t s f o r w a r d t h e k e y b r e a k t h r o u g h o f t h e b l u e b e r r y p i c k e r s c o m p r e h e n s i v e a d a p t a b i l i t y c h a s s i s t e c h n o l o g y l o w l o s s a n d h i g h e f f i c i e n c y v i b r a t i o n h a r v e s t i n g t e c h n o l o g y i n t e l l i g e n t b l u e b e r r y p i c k i n g t e c h n o l o g y t o r e a l i z e t h e e x p e r i m e n t a l d e m o n s t r a t i o n a n d p r o m o t i o n o f a g r o n o m i c i n t e g r a t i o n b a s e d o n a g r i c u l t u r a l m a c h i n e r y M a k e u p f o r t h e s h o r t c o m i n g s o f t h e m e c h a n i c a l p i c k i n g o f b l u e b e r r y a n d p r o v i d e a r e f e r e n c e f o r p r o m o t i n g t h e r e s e a r c h a n d d e v e l o p m e n t o f m e c h a n i c a l p i c k 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 u p g r a d i n g o f b l u e b e r r y i n C h i n a Keywords b l u e b e r r y p i c k i n g m a c h i n e r y i n t e l l i g e n t 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 i c i n t e g r a t i o n 第4 5卷 第1 2期 2 0 2 4年1 2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 5 N o 1 2 D e c 2 0 2 4 4 8 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)2 0 2 4年 0 引言 藍(lán)莓是新近興起的兼具營(yíng)養(yǎng)保健和社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值 的特色果樹(shù) 素有 世界水果之王 和 黃金水果 美 譽(yù) 1 2 近年需求量高速增長(zhǎng) 國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)供不應(yīng)求 3 我國(guó)藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)化種植歷史僅2 0余年 截至2 0 2 1年全國(guó)有 2 6個(gè)省市商業(yè)化種植 形成了遼東半島 膠東半島 江浙 皖 云貴等重要集中產(chǎn)區(qū) 已超越美國(guó)成為全球最大藍(lán)莓 生產(chǎn)地 4 栽培藍(lán)莓的品種叢樹(shù)體由矮到高包括矮叢 北 高叢 南高叢 兔眼藍(lán)莓等類型 栽培的地形包括平原 丘 陵和山地 以低山丘陵地區(qū)居多 5 采摘作業(yè)是藍(lán)莓生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié) 具有季節(jié)性 強(qiáng) 勞動(dòng)密集 勞動(dòng)強(qiáng)度大等特點(diǎn) 6 我國(guó)藍(lán)莓采摘主 要依靠人力 效率低 強(qiáng)度大 成本高 據(jù)統(tǒng)計(jì) 在藍(lán)莓 的種植生產(chǎn)中 采摘作業(yè)是藍(lán)莓生產(chǎn)鏈中最耗時(shí) 最費(fèi) 力的一個(gè)環(huán)節(jié) 采收的工作量約為總工作量的4 0 采 收過(guò)程花費(fèi)的費(fèi)用占總成本的5 0 7 0 7 我國(guó)藍(lán) 莓采收機(jī)械化 自動(dòng)化程度低嚴(yán)重制約了藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)的發(fā) 展 此外 受天氣 溫度等因素影響 采摘不及時(shí)將直接 影響果品質(zhì)量 造成大量經(jīng)濟(jì)損失 目前 歐美藍(lán)莓種 植已普遍實(shí)現(xiàn)機(jī)械化采摘 比人工采收效率提高約 6 0倍 可減少約8 5 的采摘成本 8 因此 藍(lán)莓的機(jī)械 化采摘是我國(guó)藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求和必然趨勢(shì) 本文對(duì)我國(guó)藍(lán)莓采摘機(jī)械化現(xiàn)狀與裝備研究進(jìn)展 進(jìn)行綜述 對(duì)技術(shù)發(fā)展前景和趨勢(shì)加以展望 深入分析 當(dāng)前藍(lán)莓機(jī)械化采摘裝備發(fā)展面臨的主要問(wèn)題 并提 出相關(guān)對(duì)策建議 1 藍(lán)莓主產(chǎn)區(qū)采摘方式研究 藍(lán)莓采摘機(jī)在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn) 推 動(dòng)了藍(lán)莓生產(chǎn)的輕簡(jiǎn)化和優(yōu)質(zhì)高效 9 2 0 2 1年 我國(guó)藍(lán) 莓栽培面積超過(guò)6 6 6 6 6 6 7 h m 2 產(chǎn)量約3 5 0 k t 1 0 隨著 國(guó)內(nèi)藍(lán)莓種植面積的不斷快速擴(kuò)大 藍(lán)莓采摘機(jī)械化 研發(fā)和應(yīng)用成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸問(wèn)題 現(xiàn)階段藍(lán) 莓果實(shí)采摘主要采用人工采摘的方式 存在勞動(dòng)力短 缺 勞動(dòng)強(qiáng)度大 成本高 采收率低 采摘率不足 8 5 1 1 等問(wèn)題 此外 國(guó)外進(jìn)口藍(lán)莓采摘裝備存在 農(nóng)機(jī)農(nóng)藝不適配 價(jià)格昂貴 采收破損率偏高等問(wèn)題 不適用于我國(guó)藍(lán)莓采收基本國(guó)情 1 2 因此 結(jié)合我國(guó) 藍(lán)莓種植農(nóng)藝攻關(guān)藍(lán)莓智能高效采摘機(jī)械 提高藍(lán)莓 采摘效率 對(duì)發(fā)展我國(guó)藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益 和廣闊市場(chǎng)前景 藍(lán)莓采摘機(jī)的研發(fā)與應(yīng)用將引領(lǐng)我國(guó)藍(lán)莓收獲朝 著高效 低損 機(jī)械分級(jí) 智能化方向發(fā)展 對(duì)推動(dòng)我國(guó) 藍(lán)莓采收裝備產(chǎn)業(yè)接軌國(guó)際先進(jìn)水平 提升產(chǎn)品市場(chǎng) 競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義 目前藍(lán)莓主流機(jī)械化采摘方式 為梳刷式 機(jī)械振動(dòng)式 氣力式以及機(jī)器人采收 如 表1所示 1 3 1 4 表1 藍(lán)莓主流機(jī)械化采摘方式 T a b 1 M a i n s t r e a m m e c h a n i z e d m e t h o d o f p i c k i n g b l u e b e r r y 采收方式工作原理優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)景 梳刷式采收通過(guò)機(jī)械化的方式將藍(lán)莓果實(shí)從植株上輕柔地梳刷下來(lái)溫和采摘 損傷較小 適應(yīng)性強(qiáng) 適合于快速收獲成熟度較為一致的藍(lán)莓 由于該方法對(duì)果實(shí)損傷較小 可適用于對(duì) 果實(shí)質(zhì)量要求較高的場(chǎng)景 1 5 機(jī)械振動(dòng)式采收 通過(guò)機(jī)械振動(dòng)裝置產(chǎn)生特定頻率的振動(dòng) 使藍(lán)莓果實(shí)從枝條上脫落 通常需要調(diào) 節(jié)振動(dòng)頻率以適應(yīng)不同果實(shí)的結(jié)合力 高效快速 大規(guī)模作 業(yè) 減少人工成本 適合大規(guī)模 高密度藍(lán)莓種植園 尤其適用 于加工 如冷凍 榨汁 制醬 的果實(shí) 1 6 氣力式采收 利用氣動(dòng)裝置產(chǎn)生負(fù)壓 將藍(lán)莓果實(shí)吸入 收集裝置 通過(guò)氣流的控制實(shí)現(xiàn)果實(shí)的 采摘 對(duì)果實(shí)損傷小 操作 靈活 可調(diào)節(jié)吸力 適合藍(lán)莓低損傷采收需求的場(chǎng)景 通常用 于對(duì)果實(shí)完整性要求較高的生產(chǎn)中 適合 高附加值市場(chǎng)藍(lán)莓的收割 減少機(jī)械損傷 并保持果實(shí)的外觀和質(zhì)量 1 7 機(jī)器人采收 采用視覺(jué)識(shí)別和機(jī)械手臂技術(shù) 自動(dòng)識(shí)別 成熟果實(shí)并進(jìn)行采摘 通常配備傳感器 和A I算法進(jìn)行果實(shí)檢測(cè)和路徑規(guī)劃 自動(dòng)化程度高 減少 人工依賴 可在復(fù)雜 環(huán)境中作業(yè) 適用于精細(xì)化農(nóng)業(yè)和需要節(jié)省人力資源的 高科技農(nóng)業(yè)領(lǐng)域 特別適于那些需要全天 候采收作業(yè)或者人力短缺的區(qū)域 1 8 1 9 1 1 梳刷式采收 梳刷式采收利用特制的梳刷裝置 通過(guò)機(jī)械化的方 式將藍(lán)莓果實(shí)從植株上輕柔地梳刷下來(lái) 該裝置通常 由多個(gè)柔軟的刷毛組成 能夠有效地接觸到果實(shí)而不損 傷植物 采收時(shí) 梳刷裝置在移動(dòng)的同時(shí) 刷毛輕輕地 將成熟的藍(lán)莓果實(shí)從枝條上脫落 并通過(guò)收集裝置將果 實(shí)收集起來(lái) 適用于地形復(fù)雜或種植密度較高的地方 應(yīng)用對(duì)象一般為矮叢藍(lán)莓 1 2 機(jī)械振動(dòng)式采收 振動(dòng)采收機(jī)通過(guò)機(jī)械振動(dòng)使藍(lán)莓從植株上掉落 設(shè)備通常配備振動(dòng)裝置 能夠調(diào)節(jié)振動(dòng)頻率和強(qiáng)度 以 適應(yīng)不同的藍(lán)莓品種和成熟度 振動(dòng)采收能夠在短時(shí) 第1 2期樊晨龍等 藍(lán)莓采摘機(jī)械化現(xiàn)狀與裝備研究進(jìn)展4 9 間內(nèi)采摘大量藍(lán)莓 同時(shí) 與全自動(dòng)機(jī)器人相比 成本 相對(duì)較低 該方式適合大規(guī)模藍(lán)莓種植園 尤其是那 些追求高產(chǎn)量的農(nóng)場(chǎng) 1 3 氣力式采收 氣力式采收機(jī)利用氣流將成熟的藍(lán)莓從植株上吸 入收集容器 設(shè)備通常配備強(qiáng)力風(fēng)機(jī)和吸嘴 能夠精 確地吸取成熟果實(shí) 其可以有效減少果實(shí)損傷 能夠 較好地保護(hù)果實(shí) 其次 靈活性高 滿足不同種植密度 和果實(shí)成熟度的藍(lán)莓園采收要求 適用于中小規(guī)模藍(lán) 莓種植園 尤其是那些注重果實(shí)質(zhì)量的農(nóng)場(chǎng) 1 4 機(jī)器人采收 通過(guò)視覺(jué)識(shí)別和機(jī)械手臂 自動(dòng)識(shí)別成熟藍(lán)莓并 進(jìn)行采摘 其高度自動(dòng)化 可減少人工成本 同時(shí) 機(jī) 器人采收可以實(shí)現(xiàn)精確采摘 減少損失 一般應(yīng)用于 高科技農(nóng)場(chǎng) 尤其是追求高效和精準(zhǔn)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)環(huán)境 2 國(guó)內(nèi)外藍(lán)莓機(jī)械化采摘裝備分析 2 1 國(guó)外采摘裝備研究 國(guó)外藍(lán)莓采摘機(jī)研究起步較早 其主流機(jī)型均為 振動(dòng)式采收 依靠指排旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)來(lái)使得藍(lán)莓植株被 迫受振動(dòng) 使果實(shí)通過(guò)慣性力與果柄分離 該收獲方 式能極大提高作業(yè)效率 但是在使用過(guò)程中需要控制 好激振頻率 行走速度等相關(guān)參數(shù) 否則易出現(xiàn)采盡率 低或?qū)麑?shí)損傷大等問(wèn)題 美國(guó)是最早研究藍(lán)莓采摘 機(jī)的國(guó)家 2 0世紀(jì)4 0年代中期 美國(guó)開(kāi)始致力于振動(dòng) 式藍(lán)莓機(jī)械采摘的研究 2 0世紀(jì)6 0年代后 振動(dòng)采 摘機(jī)械由單一的定沖程推搖方式發(fā)展為慣性式振動(dòng) 氣力推動(dòng)和使用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)振動(dòng)棒擊打果樹(shù)等多種類型 的果園采摘機(jī)械 2 0 目前 國(guó)際市場(chǎng)上藍(lán)莓采摘機(jī)主 要以美國(guó) 波蘭 德國(guó)等產(chǎn)品為主 產(chǎn)品覆蓋自走式 牽 引式 人工輔助式等系列 其中 美國(guó)形成了各具特色的品牌 技術(shù)最先進(jìn) 部分型號(hào)的藍(lán)莓采摘機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn) 推動(dòng)了 藍(lán)莓在美國(guó)大面積的推廣與種植 并獲得巨大的經(jīng)濟(jì) 效益 2 1 國(guó)外機(jī)具價(jià)格昂貴 多為大型機(jī)具 而我國(guó) 大部分藍(lán)莓種植地分布在山地或丘陵地帶 引進(jìn)技術(shù) 與機(jī)械的適應(yīng)性并不高 2 2 國(guó)內(nèi)采摘裝備研究 我國(guó)從2 0世紀(jì)7 0年代開(kāi)始研究果園采摘機(jī)械 在 蘋(píng)果 藍(lán)莓 櫻桃等果實(shí)采摘方面 主要靠人工手摘和借 助簡(jiǎn)單工具 2 2 藍(lán)莓采摘機(jī)械的研究在我國(guó)仍處于起 步階段 生產(chǎn)中的應(yīng)用處于空白 南京林業(yè)大學(xué)在藍(lán)莓 采摘品質(zhì)檢測(cè) 作業(yè)參數(shù)自適應(yīng)控制方面開(kāi)展了深入研 究 研制了一種氣力輔助式漿果精確采收裝置 以梳刷 為主 氣力為輔 可根據(jù)植株高度與果實(shí)密度實(shí)時(shí)調(diào)整 采摘平臺(tái)高度 行進(jìn)速度及脈沖氣流強(qiáng)度 可適應(yīng)于藍(lán) 莓等漿果植株高度與果實(shí)疏密程度不一的自動(dòng)化采收 作業(yè) 2 3 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)了變頻激振裝置及擺動(dòng)沖 擊試驗(yàn)裝置 研制了小型漿果振動(dòng)式收獲樣機(jī) 東北林 業(yè)大學(xué)研制了牽引式藍(lán)莓采摘機(jī) 主要依靠振動(dòng)藍(lán)莓果 樹(shù)收獲果實(shí) 同時(shí)該款采摘機(jī)具備采收過(guò)程果葉在線分 選功能 但由于農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝不協(xié)調(diào) 采摘過(guò)程中對(duì)枝葉 存在一定的損傷等 2 4 此外 浙江某公司的便攜式藍(lán)莓 采收機(jī) 雖相較于傳統(tǒng)人工采收在效率上有了較大進(jìn) 步 但與牽引式或自走式采摘機(jī)的效率仍有較大的差距 綜上 目前國(guó)內(nèi)藍(lán)莓采收機(jī)械主要以試驗(yàn)為主 基本沒(méi)有 投入產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn) 藍(lán)莓采收機(jī)械需求缺口巨大 2 3 國(guó)內(nèi)外藍(lán)莓機(jī)械化采摘技術(shù)差距分析 藍(lán)莓機(jī)械化采摘裝備在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展存在一定差 異 如表2所示 表2 藍(lán)莓采收裝備技術(shù)差距與難點(diǎn) T a b 2 G a p a n d d i f f i c u l t y o f b l u e b e r r y h a r v e s t i n g e q u i p m e n t t e c h n o l o g y 主要短板技術(shù)關(guān)鍵問(wèn)題需攻克的難點(diǎn) 底盤(pán)底盤(pán)穩(wěn)定性差 可靠性弱 通用性不強(qiáng)多功能輕量化通用底盤(pán) 提高機(jī)具適用性 底盤(pán)行距 高度可調(diào) 采摘機(jī)構(gòu)采凈率低 破損率高 對(duì)表面起伏不平的作業(yè)地塊無(wú)法適應(yīng)振動(dòng)式 氣流脈沖式 梳齒式多種采果機(jī)構(gòu) 柔性采收裝置 降低藍(lán)莓破損率 自適應(yīng)地面仿形 高度可調(diào)采摘平臺(tái) 分選收集機(jī)構(gòu)分選效果差 含雜率高高效智能化藍(lán)莓分選裝置 智能化設(shè)備效率低 成本高集成智能導(dǎo)航 路徑規(guī)劃 無(wú)人采摘等技術(shù) 提質(zhì)增效 產(chǎn)業(yè)鏈配套機(jī)器仍處于研發(fā)試驗(yàn)階段 缺乏產(chǎn)業(yè)鏈配套國(guó)家層面加大投入 完善產(chǎn)業(yè)鏈 能夠批量生產(chǎn) 與國(guó)際接軌 農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合不夠 地不適機(jī) 機(jī)不適地藍(lán)莓產(chǎn)區(qū)宜機(jī)改造 農(nóng)機(jī)農(nóng)藝深度融合 美國(guó) 加拿大等國(guó)家的藍(lán)莓機(jī)械化采摘技術(shù)相對(duì) 成熟 設(shè)備種類豐富 自動(dòng)化程度高 能有效提高采摘 效率和降低人工成本 這些國(guó)家的藍(lán)莓機(jī)械化采摘裝 備通常采用先進(jìn)的傳感器和智能控制系統(tǒng) 能夠適應(yīng) 不同的藍(lán)莓品種和生長(zhǎng)環(huán)境 我國(guó)藍(lán)莓機(jī)械化采摘的 研究和應(yīng)用逐漸增多 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)藍(lán)莓機(jī)械化采摘的 需求正在增長(zhǎng) 但由于技術(shù)研發(fā)投入不足和市場(chǎng)推廣 力度不夠 導(dǎo)致機(jī)械化采摘裝備的普及率較低 與國(guó) 5 0 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)2 0 2 4年 外先進(jìn)技術(shù)裝備相比 但整體技術(shù)水平仍較低 設(shè)備普 遍較為簡(jiǎn)單 現(xiàn)有藍(lán)莓采摘裝備普遍存在適應(yīng)性差 損果率高 自動(dòng)化程度低等技術(shù)問(wèn)題 綜上 國(guó)內(nèi)外藍(lán)莓機(jī)械化采摘裝備的對(duì)比分析可 知 國(guó)外在技術(shù)成熟度和市場(chǎng)應(yīng)用方面領(lǐng)先 而國(guó)內(nèi)則 需加大研發(fā)和推廣力度 以提升機(jī)械化采摘的效率和 經(jīng)濟(jì)性 2 4 市場(chǎng)需求分析 2 0 2 0年 我國(guó)藍(lán)莓種植面積約6 6 6 6 6 6 7 h m 2 機(jī)械 化采收率基本為0 藍(lán)莓采摘季3 0天 一臺(tái)藍(lán)莓采摘機(jī) 器能采收0 0 6 6 7 h m 2 h 一天工作4 h 由于天氣原因 一般為上午采摘 采摘3遍計(jì)算 如果全面實(shí)現(xiàn)機(jī)械化 采摘 藍(lán)莓采收機(jī)市場(chǎng)需求近2 5萬(wàn)臺(tái) 平均銷售價(jià)格 按每臺(tái)3 0萬(wàn)元計(jì) 預(yù)計(jì)總產(chǎn)值將超過(guò)7 5億 近2 0年來(lái)我國(guó)藍(lán)莓種植面積逐年快速增加 年均 復(fù)合增速高達(dá)4 5 預(yù)計(jì)到2 0 3 5年 我國(guó)藍(lán)莓種植 面積將達(dá)1 5 0 k h m 2 產(chǎn)量可達(dá)1 0 0 0 k t 并將形成一個(gè) 近千億規(guī)模的藍(lán)莓市場(chǎng) 一臺(tái)采收機(jī)相當(dāng)于數(shù)十位工 人的工作效率 按單機(jī)每日采摘0 2 6 7 h m 2 采摘季 3 0天 采摘3遍計(jì)算 1 0 k h m 2滿負(fù)荷工作需要 3 7 5 0臺(tái) 如果種植面積達(dá)到1 5 0 k h m 2 短板機(jī)具得以 有效推廣 則需要5 6萬(wàn)臺(tái) 按每臺(tái)采摘機(jī)3 0萬(wàn)元計(jì) 算 預(yù)計(jì)總產(chǎn)值將超過(guò)1 6 8 7億元 如可用于其他漿 果類采摘 則需要量更大 市場(chǎng)前景非常廣闊 3 我國(guó)藍(lán)莓機(jī)械化采摘技術(shù)發(fā)展需求及要點(diǎn) 3 1 藍(lán)莓機(jī)械化采摘技術(shù)需求 根據(jù)全國(guó)各藍(lán)莓產(chǎn)區(qū)的地形特點(diǎn)和栽培品種類 型 研發(fā)適用于平原 丘陵山地等種植條件和不同藍(lán)莓 品種類型的 藍(lán)莓采摘機(jī) 解決藍(lán)莓生產(chǎn)中的采摘難 題 使各藍(lán)莓主產(chǎn)區(qū)基本實(shí)現(xiàn)藍(lán)莓機(jī)器采收 研發(fā)藍(lán) 莓采摘機(jī)廣適性運(yùn)載系統(tǒng)集成技術(shù) 高重心采摘車高 穩(wěn)定性輪式底盤(pán)集成適配技術(shù) 四輪采摘機(jī)高效轉(zhuǎn)向 技術(shù)和采摘機(jī)履帶式底盤(pán)技術(shù) 突破采摘機(jī)地形適應(yīng) 性難題 研發(fā)藍(lán)莓低損高效振動(dòng)采摘模塊關(guān)鍵共性技 術(shù) 采摘壟矩樹(shù)體高度廣適性車輛調(diào)整技術(shù) 低損高效 振動(dòng)采摘技術(shù) 高可靠風(fēng)篩式清選技術(shù) 突破采摘機(jī)藍(lán) 莓特異性適應(yīng)技術(shù)難題 開(kāi)發(fā)梳齒式 振動(dòng)式便攜式采 摘機(jī)械手 解決山區(qū)地帶車輛無(wú)法通行的難題 研發(fā)藍(lán) 莓采摘的智能導(dǎo)航及路徑規(guī)劃技術(shù) 無(wú)人采摘技術(shù) 提 升面向未來(lái)的智能化水平 突破采摘機(jī)整機(jī)集成技術(shù) 并開(kāi)展適用性試驗(yàn) 驗(yàn)證采摘機(jī)各種種植條件下的有 效性 提出采摘機(jī)耐久性可靠性加速試驗(yàn)技術(shù) 提高 服役壽命 降低使用成本 提出基于農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合的 藍(lán)莓采摘機(jī)推廣方案 解決推廣難題 3 2 關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展要點(diǎn) 針對(duì)藍(lán)莓種植地區(qū)不同的地理?xiàng)l件和品種類型 開(kāi)發(fā)面向平原種植的高行走穩(wěn)定性的藍(lán)莓采摘機(jī) 面 向丘陵山地的輕簡(jiǎn)高效藍(lán)莓采摘機(jī) 重點(diǎn)突破藍(lán)莓采 摘機(jī)廣適性運(yùn)載系統(tǒng)集成技術(shù) 低損高效振動(dòng)采收模 塊關(guān)鍵共性技術(shù) 智能化藍(lán)莓采摘技術(shù) 整機(jī)集成技術(shù) 與適用性試驗(yàn)技術(shù) 實(shí)現(xiàn)基于農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合試驗(yàn)示范 與推廣 突破藍(lán)莓機(jī)械采摘短板 藍(lán)莓采摘機(jī) 短板 機(jī)具攻關(guān)需解決以下關(guān)鍵問(wèn)題 1 采摘機(jī)與藍(lán)莓農(nóng)藝特性的協(xié)調(diào)融合 針對(duì)國(guó) 內(nèi)藍(lán)莓種植模式復(fù)雜 現(xiàn)有采摘機(jī)具農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合性 差的問(wèn)題 重點(diǎn)對(duì)全國(guó)重點(diǎn)產(chǎn)區(qū)各類藍(lán)莓種植模式 種 植品種 地形特征 土壤條件 行距株距 采摘農(nóng)藝等進(jìn) 行詳細(xì)調(diào)研分析 總結(jié)提出適合機(jī)械化收獲的種植模 式和生產(chǎn)要求 構(gòu)建農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合的藍(lán)莓采摘裝備標(biāo) 準(zhǔn)體系 作為指導(dǎo)采摘裝備整機(jī)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵部件設(shè)計(jì) 的依據(jù) 從而提高采摘裝備的適應(yīng)性 2 藍(lán)莓采摘機(jī)廣適性運(yùn)載系統(tǒng)集成與研發(fā) 藍(lán) 莓振動(dòng)采摘機(jī)需在藍(lán)莓植株上方運(yùn)行 車輛重心較高 對(duì)車輛的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性提出挑戰(zhàn) 研究高重心采摘車高 穩(wěn)定性輪式底盤(pán)技術(shù) 集成適用于不同生長(zhǎng)高度的輪 式底盤(pán) 以適用于平原地帶大型藍(lán)莓采摘機(jī)的運(yùn)行工 況 針對(duì)丘陵地帶種植的藍(lán)莓 研究采摘機(jī)丘陵地帶 高效轉(zhuǎn)向技術(shù) 解決極端工況下車輛的轉(zhuǎn)彎 掉頭困難 問(wèn)題 研究采摘機(jī)履帶式底盤(pán)技術(shù) 擴(kuò)展裝備的地形適 用范圍 根據(jù)不同種植區(qū)域的藍(lán)莓種植和生長(zhǎng)情況 研究采摘壟矩 植株高度廣適性車輛調(diào)整技術(shù) 3 藍(lán)莓低損高效振動(dòng)采摘模塊關(guān)鍵共性技術(shù) 開(kāi)發(fā)低損高效藍(lán)莓振動(dòng)采摘技術(shù) 研究成熟藍(lán)莓脫落 的振動(dòng)條件 藍(lán)莓掉落沖擊的破損分析等關(guān)鍵問(wèn)題 考慮振動(dòng)對(duì)藍(lán)莓植株的損傷 研究輕柔采摘方法防止 采摘過(guò)程對(duì)藍(lán)莓生長(zhǎng)的影響 為保證藍(lán)莓采摘機(jī)通過(guò) 植株時(shí)不出現(xiàn)縫隙 研究底部魚(yú)鱗板系統(tǒng)及落果輸送 系統(tǒng) 研究高可靠風(fēng)篩式清選技術(shù) 實(shí)現(xiàn)藍(lán)莓的高效 收集與存儲(chǔ) 對(duì)于裝備難以進(jìn)入的丘陵山地種植情 況 研發(fā)便攜式采摘機(jī) 單人即可進(jìn)行采摘操作 振動(dòng) 參數(shù)和收集裝置能方便調(diào)整 4 采摘機(jī)整機(jī)集成與可靠性技術(shù) 藍(lán)莓采摘機(jī) 包括運(yùn)載系統(tǒng) 采摘模塊 控制系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng) 單 個(gè)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)需要分別進(jìn)行驗(yàn)證與大量的試驗(yàn) 以保證各子系統(tǒng)的有效性 針對(duì)系統(tǒng)集成 要重點(diǎn)突 破子系統(tǒng)間信號(hào)傳輸和協(xié)調(diào)控制關(guān)鍵問(wèn)題 保證整機(jī) 有較好的兼容性 減少故障率 整機(jī)可靠性 耐久性是 采摘機(jī)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵之一 采摘機(jī)整機(jī)應(yīng)有較高的 服役壽命 研究采摘機(jī)整機(jī)的結(jié)構(gòu)分析方法 提出整 第1 2期樊晨龍等 藍(lán)莓采摘機(jī)械化現(xiàn)狀與裝備研究進(jìn)展5 1 機(jī)可靠性耐久性加速試驗(yàn)技術(shù) 完成整機(jī)的結(jié)構(gòu)可靠 性耐久性驗(yàn)證 丘陵地區(qū)對(duì)采摘機(jī)靈活性提出挑戰(zhàn) 研究的藍(lán)莓采摘機(jī)結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù) 提升采摘機(jī)的運(yùn) 行水平 提高裝備服役壽命 5 藍(lán)莓采摘機(jī)智能化技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用 智能化 是農(nóng)機(jī)裝備的未來(lái)發(fā)展方向 重點(diǎn)對(duì)藍(lán)莓采摘機(jī)衛(wèi)星 導(dǎo)航定位無(wú)人駕駛 智能對(duì)壟 自適應(yīng)輸送防堵 高度 自適應(yīng)集果 果實(shí)品質(zhì)智能分選 運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等 技術(shù)進(jìn)行研究突破 并應(yīng)用于藍(lán)莓收獲裝備 提高裝備 的采摘質(zhì)量和采摘效率 4 對(duì)策建議 1 推動(dòng)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝農(nóng)田融合發(fā)展 加快藍(lán)莓種植宜 機(jī)化改造 完善適應(yīng)機(jī)械化作業(yè)的種植技術(shù)體系 用標(biāo) 準(zhǔn)化引領(lǐng)規(guī)?；?用規(guī)?；龠M(jìn)機(jī)械化 優(yōu)化藍(lán)莓采收 機(jī)械適應(yīng)性 加快推廣適合農(nóng)藝農(nóng)田要求的農(nóng)機(jī)裝備 2 加大藍(lán)莓采摘機(jī)研發(fā)及技術(shù)改造力度 針對(duì) 藍(lán)莓品種及收獲特性 研究自動(dòng)對(duì)壟對(duì)行 振幅自適應(yīng) 調(diào)節(jié) 采摘末端執(zhí)行設(shè)計(jì)等共性關(guān)鍵技術(shù) 指導(dǎo)不同品 種高低叢藍(lán)莓采收機(jī)械的研發(fā) 3 完善藍(lán)莓采摘機(jī)械購(gòu)置補(bǔ)貼支持政策 建議 對(duì)藍(lán)莓采摘機(jī)生產(chǎn)廠家及購(gòu)買(mǎi)農(nóng)戶進(jìn)行農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼 或 采用國(guó)家購(gòu)買(mǎi) 農(nóng)戶租用的方式進(jìn)行 加大農(nóng)機(jī) 首臺(tái) 套 激勵(lì)支持力度 4 政府組建行業(yè)協(xié)會(huì) 建立推廣平臺(tái) 加大市場(chǎng) 及行業(yè)信息搜集與發(fā)布力度 利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 精準(zhǔn) 整合相關(guān)農(nóng)機(jī)數(shù)據(jù) 通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析 進(jìn)行藍(lán)莓 采摘機(jī)商業(yè)化精準(zhǔn)推介 引入社會(huì)資本將藍(lán)莓采收機(jī) 做大做強(qiáng) 5 研推用一體化協(xié)同推進(jìn)機(jī)制 加強(qiáng)中央和地 方 農(nóng)機(jī)和農(nóng)藝 專項(xiàng)任務(wù)和其他項(xiàng)目 專項(xiàng)團(tuán)隊(duì)和示 范基地 專項(xiàng)研發(fā)裝備和自籌配套集成等方面的有機(jī) 結(jié)合 努力構(gòu)建 一體化導(dǎo)向目標(biāo) 一體化融合措施 一 體化成套裝備 一體化服務(wù)實(shí)體 形成由點(diǎn)及面 典型 帶動(dòng) 加快推進(jìn)藍(lán)莓機(jī)械化采摘的良好局面 參 考 文 獻(xiàn) 1 K r i s h n a P P a n d e y G T h o m a s R e t a l I m p r o v i n g b l u e b e r r y f r u i t n u t r i t i o n a l q u a l i t y t h r o u g h p h y s i o l o g i c a l a n d g e n e t i c i n t e r v e n t i o n s A r e v i e w o f c u r r e n t r e s e a r c h a n d f u t u r e d i r e c t i o n s J A n t i o x i d a n t s 2 0 2 3 1 2 4 8 1 0 2 O c h m i a n I B a s z a k M L a c h o w i c z S e t a l T h e i m p a c t o f c u l t i v a t i o n s y s t e m s o n t h e n u t r i t i o n a l a n d p h y t o c h e m i c a l c o n t e n t a n d m i c r o b i o l o g i c a l c o n t a m i n a t i o n o f h i g h b u s h b l u e b e r r y J S c i e n t i f i c R e p o r t s 2 0 2 0 1 0 1 1 6 6 9 6 3 徐立鴻 徐赫 蔚瑞華 溫室藍(lán)莓光溫協(xié)調(diào)優(yōu)化模型與控制 策略研究 J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2 0 2 2 5 3 1 3 6 0 3 6 9 X u L i h o n g X u H e W e i R u i h u a O p t i m a l m o d e l o f b l u e b e r r y g r e e n h o u s e l i g h t a n d t e m p e r a t u r e c o o r d i n a t i o n 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 f o r A g r i c u l t u r a l M a c h i n e r y 2 0 2 2 5 3 1 3 6 0 3 6 9 4 趙玉山 我國(guó)成為全球最大藍(lán)莓生產(chǎn)國(guó) J 中國(guó)果業(yè)信息 2 0 2 3 4 0 5 4 1 4 2 5 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 6 耿雷 郭艷玲 王海濱 高叢藍(lán)莓采摘機(jī)采摘系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試 驗(yàn) J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2 0 1 6 4 7 3 6 7 7 4 G e n g L e i G u o Y a n l i n g W a n g H a i b i n P i c k i n g s y s t e m d e s i g n a n d e x p e r i m e n t f o r h i g h 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 f o r A g r i c u l t u r a l M a c h i n e r y 2 0 1 6 4 7 3 6 7 7 4 7 聶宏宇 藍(lán)莓植株機(jī)械采摘振動(dòng)特性研究與采摘實(shí)驗(yàn)臺(tái)的 設(shè)計(jì) D 哈爾濱 東北林業(yè)大學(xué) 2 0 2 0 8 王海濱 李志鵬 姜雪松 等 基于槽型凸輪傳動(dòng)的藍(lán)莓采 摘機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn) J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2 0 1 8 4 9 1 0 8 0 9 1 W a n g H a i b i n L i Z h i p e n g J i a n g X u e s o 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 n b l u e b e r r y p i c k i n g m a c h i n e b a s e d o n g r o o v e c a m d r i v 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 f o r A g r i c u l t u r a l M a c h i n e r y 2 0 1 8 4 9 1 0 8 0 9 1 9 鮑玉冬 楊闖 趙彥玲 等 基于碰撞變形能的機(jī)械采收藍(lán) 莓果實(shí)碰撞損傷評(píng)估 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2 0 1 7 3 3 1 6 2 8 3 2 9 2 B a o Y u d o n g Y a n g C h u a n g Z h a o Y a n l i n g e t a l C o l l i s i o n i n j u r y a s s e s s m e n t o f m e c h a n i c a l h a r v e s t i n g b l u e b e r r y f r u i t b a s e d o n c o l l i s i o n d e f o r m a t i o n e n e r g y 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 7 3 3 1 6 2 8 3 2 9 2 1 0 徐藝格 王興東 劉有春 等 藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展趨 勢(shì)分析與展望 J 北方園藝 2 0 2 4 8 1 3 0 1 3 6 1 1 李遠(yuǎn) 梅松 石志剛 等 藍(lán)莓挑振復(fù)合采摘技術(shù)裝置設(shè)計(jì) 與試驗(yàn) J 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 2 0 2 4 4 5 1 1 0 3 1 0 8 L i Y u a n M e i S o n g S h i Z h i g a n g e t a l D e s i g n a n d t e s t o f b l u e b e r r y p i c k u p c o m p o u n d p i c k i n g t e c h n o l o g 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 2 4 4 5 1 1 0 3 1 0 8 1 2 耿雷 耿海瀟 侯文晟 等 藍(lán)莓植株的振動(dòng)特性分析與 試驗(yàn)研究 J 南方農(nóng)機(jī) 2 0 2 4 5 5 6 1 6 1 3 Y i r i d o e E K K h a n A H E s a u T J e t a l E f f e c t 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 y t y p e a n d h a r v e s t e r o w n e r s h i p a n d s e r v i c e s a c q u i s i t