蓝莓采摘机械的现状及发展趋势

鲍玉冬，郭艳玲，郭 帅

(东北林业大学 机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

0 引言

近年来，随着农林业产业结构的调整，蓝莓种植和生产已成为林果产区经济发展和农民增收致富的新亮点和支柱产业。蓝莓(学名越桔Blueberry)，素有“世界水果之王”和“黄金水果”的美誉［1－2］，其果实销量在国内外一直处于供不应求状态［3］。随着种植面积的不断扩大，蓝莓果园规模化发展的要求日益提高，使得蓝莓果园收获机械化的重要性日益显著。

在蓝莓的种植生产中，蓝莓采摘作业是蓝莓生产链中最耗时、最费力的一个环节。由于蓝莓果实小、产量高、季节性强等特点，使得蓝莓采摘成为一项劳动密集型工作，需要投入大量的人力进行采摘，但是在很多国家，由于劳动力的高龄化和人力资源的缺乏，劳动力不仅成本高，而且不容易获得，因此蓝莓采摘的机械化开发利用具有巨大的经济效益和广阔的市场前景。

1 蓝莓采摘技术的原理

蓝莓植株，灌木丛生，其果实小，生长分散，因此主要的采摘方式是振动式。振动式采摘是利用熟果和青果与母枝的结合力不同，依靠振动产生的惯性力，介于熟果和青果的结合力之间，使得熟果与母枝分离，青果保留。

采摘机械对果树施加强迫振动，果树接受振动后以一定的频率和振幅振动，树枝上的果实加速运动，当加速运动的果实受到的惯性力大于果实和树枝之间的结合力时，果实与枝分离，再利用机械自身的收获机构，实现果实的收获［4］。

2 国内外蓝莓采摘机械的研究现状

2.1 国外研究现状

国外对果园收获技术的研究起步较早，做了大量研究。20世纪40年代初由法国人率先研制出了操作简单的简易采摘器。进入40年代中期，美国开始致力于振动式采收果实的研究，直到50年代中期，该种采摘方式在欧美等地得到了发展和普遍应用［5］。美国是最早研究蓝莓收获机的国家。自从1959年H.McKibben发表第一篇关于蓝莓采摘技术的专利开始，美国的相关学者和科研人员针对蓝莓采摘技术展开了相关研究。进入20世纪60年代后，振动采摘机械由单一的定冲程推摇方式发展为惯性式振动、气力推动和使用动力驱动振动棒击打果树等多种类型的果园采摘机械［6］。

现在美国主要有三家公司研究蓝莓采摘机，形成了Korvan、Littau和BEI三种各具特色的品牌，其中BEI技术最先进，该公司研究的LBT Harvester、BEI L－Tracks Blueberry Harvester、Rotary Harvester等型号的蓝莓采摘机已经广泛应用于生产，推动了蓝莓在美国大面积的推广与种植，并获得了巨大的经济效益，当今世界各地的蓝莓采摘机多数都采用美国的技术。

国外的蓝莓采摘机按照振动方式可以分为旋转振动式和摆动振动式，旋转振动式即振动棒旋转产生振动，摆动振动式即振动棒摆动产生振动。按照行走方式可以分牵引式和自走式，牵引式即拖拉机牵引蓝莓采摘机作业，采摘机动力来自牵引拖拉机，自走式即采摘机依靠自身的动力驱动行进和工作。按照车轮类型可以分为车轮式和履带式，其中车轮式应用最广泛。车轮式行走机构转弯半径小、转向灵活，但轮式结构对于松软地面和坡陡地面适应性差。无论是那种类型的蓝莓采摘机，其振动采摘工作原理相同。图1所示为自走车轮式旋转振动蓝莓采摘机。

图1 自走车轮式旋转振动蓝莓采摘机Fig.1 Self Propelled and wheel rotating vibration picking machine of blueberry

另外，国外在水果采摘机器人方面也开展了大量研究，形成了以日本为代表的发达国家，包括美国、法国、荷兰、英国、西班牙等国相继试验成功了多种采摘机器人，如苹果、柑橘、番茄、西瓜等果实采摘的具有人工智能的机器人［7］。但是这些机器人存在采摘周期长、识别定位性差、制造成本高等问题，不能适用于蓝莓这种小浆果的采摘。

2.2 国内研究现状

我国从20世纪70年代开始研究果园采摘机械，在蓝莓采摘方面，主要靠人工手摘和借助简单工具，如图2所示。蓝莓采摘机械的研究在我国仍处于起步阶段。

新疆农垦科学院机械装备研究所研制开发了机械振动式林果采收机［8］，采用推摇树干振动的收获方式，与常规拖拉机悬挂式连接，主要适用于稀疏种植红枣、核桃等林果的收获，不适用于蓝莓收获［9］。

图1 简易采摘工具Fig.2 Ordinary picking tools

东北林业大学在蓝莓视频识别和定位、振动采摘方面做了大量研究［10］，研制了适合野生蓝莓收获的手推式矮丛蓝莓采摘机和适合矮丛蓝莓的手推式矮丛蓝莓振动收获机［11］，两款采摘均为手扶式机械，操作简单，制造成本低，在矮丛蓝莓采摘领域内取得了初步的成果，但是两款机械在行走机构需要配有动力，因此都处于实验阶段，投入农业生产实际仍需时日。在半高丛、高丛蓝莓收获方面，东北林业大学跟踪国外技术研制了牵引式蓝莓采摘机，采摘机由拖拉机牵引行进，行走方式为车轮式，主要依靠摆动振动蓝莓果树收获果实，同时该款采摘机具备采收过程中果叶的在线分选功能，但是由于采摘机与农艺之间不协调，如种植模式多样性等造成采摘机与作业环境不能匹配，采摘过程中对枝叶存在一定的损伤等，为该款采摘机在普及应用方面带来了极大的困扰。

3 制约因素

3.1 农业与农艺未能有效结合

蓝莓的规模化种植没有考虑机械化作业的因素，特别是我国的蓝莓种植主要是分散栽培，真正集中成规模的大型现代化蓝莓果园很少，致使蓝莓采摘机在工作中不能适应现有的种植环境，如预留调头区和牵引区等，在推广和使用上造成极大的困难，阻碍了蓝莓收获的大规模机械化作业。

3.2 科研力度不够，机具功能单一

我国对蓝莓收获机械化的重视程度不够，在蓝莓采摘机的研发上的投入远不及其他果蔬等相关机械的科研投入，科研力度不够。蓝莓采摘机功能单一，只能实现单纯的果实采摘，不能根据大小、颜色和糖分等选择性收获果实。

3.3 技术普及率低，技术人员缺乏

我国对蓝莓机械化收获的普及率低，加之蓝莓采摘机价格高，降低了果农接受新技术和使用机械化采收的积极性。另外，农业劳动力大量向社会其他产业转移，导致农机技术人员缺乏，阻碍了蓝莓机械的推广和普及。

4 发展趋势

蓝莓采摘机朝着与农艺相匹配的方向发展。在现代种植业中，农艺与农机关系密切，缺一不可。农艺是农机设计的前提和发展的动力。新的农艺技术要尽快应用于生产，发挥其应有的增产增收效果，必须与农机相结合，这是实现农业高效化的关键［12］。应保证采摘机与农艺技术相互匹配，使蓝莓果树栽培条件标准化，如果树品种、种植模式、树形等都要规范一致，作为采摘机研制开发的依据。

蓝莓采摘机多功能化发展。即机械不仅具有采摘果实的功能，还兼具其他功能，如果实筛选、果业分选等，以实现一机多用，减少购机投入。

蓝莓采摘机智能化发展。即机械可以根据图像识别规划采摘机行走轨迹，识别品种类型、成熟度、糖分等，有选择性采摘。

蓝莓采摘机朝着人性化发展。使用方法简单，维修维护方便，可靠性高。通用性好，在各种不同的条件和作业环境下，均能适用。

5 结束语

蓝莓产业的规模化和产业化发展，离不开先进适用的蓝莓采摘机械。随时掌握国内外蓝莓采摘机械的现状与发展趋势，引进、消化、吸收国外先进蓝莓采摘机械的生产技术和经验，研究适合我国蓝莓产业的采摘机械，不仅关系到我国果园的机械化水平，而且也关系到我国林业经济的发展。

［1］王姗姗，孙爱东，李淑燕.蓝莓的保健功能及其开发应用［J］.中国食物与营养，2010(6):17－19.

［2］董亚娟.蓝莓产业或可成为发展县域经济的一个强机遇［J］.农村实用技术，2010(9):6－8.

［3］Strik B·Blueberry production and research treands in-North America·Acta Horticulturae，2006，715:173－184.

［4］李志鹏.蓝莓采摘机采摘策略及行走轨迹规划研究［D］.哈尔滨:东北林业大学，2011.

［5］蓝峰，苏子昊，黎子明，等.国内外果园采摘机械的研究及发展探讨［J］.2010国际农业工程大会论文集，2010 (6):19－24.

［6］陈度，杜小强，王书茂，等.振动式果品收获技术机理分析及研究进展［J］.农业工程学报，2011，27(8):195－200.

［7］蓝峰，苏子昊，黎子明，等.果园采摘机械的现状及发展趋势［J］.农机化研究，2010(11):249－252.

［8］汤智辉，孟祥金，沈从举，等.机械振动式林果采收机的设计与试验研究［J］.农机化研究，2010(8):65－69.

［9］汤智辉，贾首星，沈从举，等.新疆兵团林果业机械化现状与发展［J］.农机化研究，2008(11):5－8.

［10］韩非.蓝莓机器视觉识别与标定技术研究［D］.哈尔滨:东北林业大学，2011.

［11］郭艳玲，鲍玉冬，何培庄，等.手推式矮丛蓝莓采摘机设计与试验［J］.农业工程学报，2012，28(7):40－45.

［12］张保军，韩思明，杨文平，等.新世纪农艺与农机结合的思考［J］.西北农林科技大学学报，2002，2(3):69－73.