重庆地区柑橘机械化采摘问题分析

张益维 罗 强，2 王海宝 钱利霞，2

（1.重庆三峡学院机械工程学院 重庆 400000 2.重庆市智能山地农机技术研发中心 重庆 400000）

柑橘类农作物是世界上种植量最多的果树，也是我国仅次于苹果产量的第二大水果，重庆市地处全球柑橘生态最适宜区纬度线上，并得益于三峡库区温润的气候环境成为我国柑橘品种最丰富、口感最好生长区域。由于以上优势，农业部《全国柑橘优势区域发展规划》中重庆为“长江上中游优势柑橘产业带”核心区域，据国家统计局重庆调查总队统计，2019年重庆市柑橘产量达到了126.3万t，使重庆成为了名副其实的“中国柑橘城”。

1 柑橘采摘作业所面临的主要问题

重庆目前的柑橘采摘作业主要依靠手工采摘，在整个柑橘生产作业中，采摘作业的机械化水平极为低下，其作业量占到了整个生产过程的近40%，费用成本近50%，且在收获季节短时间内需要大量人员作业。

人工采摘作业不仅效率低下，且目前更面临着无人可用的囧境。随着我国社会老龄化问题的日益突出及工业的快速发展，农业劳动力中年轻劳动力迅速向其他行业转移，而留下的多为老年人，且重庆市的地形地貌又极大的增加了人工采摘的难度和危险性。[1-2]由此造成了柑橘采摘的“无人可用”和人工成本的极大增加。

2 国内外果实机械化采摘研究

对于果实的机械化采摘，Schertz 和 Brown对扭断式和旋转切割式两种果实采摘执行器进行了研究。其中吸入扭断式果实采摘末端执行器将果实吸入橡胶软管内后，通过腕部转动将果柄扭断，而旋转切割式果实采摘末端执行器采用了刀片切断果柄。[3]日本九保田株式会社研发的末端执行器工作原理是先靠近果实，吸盘将果实吸入梳状罩中，理发推子形状切刀切断果柄，完成果实收获。[4]意大利卡塔尼亚大学G.Muscato 等研发的末端执行器由切割装置、接近开关、摄像机、伸缩托盘、下钳口等部分构成，当末端执行器到达目标果实位置时，下钳口夹住果实，切割刀片切断果柄，果实落入伸缩托盘，由托盘将果实运送至储果区。[5]美国弗罗里达大学 Michael W.Harman等研发的末端执行器采用三指夹持结构。

3 柑橘机械化采摘执行器的主要问题

柑橘采摘与苹果等果实的采摘有本质区别，苹果等采摘时果柄较长而柑橘果柄普遍较短，留给机械机构作业的空间较小；苹果等果实采摘时其果柄与果实之间可以采用拉拽等外力，果柄掉落不会对果实造成伤害，而柑橘的果柄与柑橘果皮紧密联系在一起，如果采用拉拽等外力强行摘取会导致柑橘果皮损伤，而我国柑橘的食用环境主要为新鲜水果贩卖，不同于国外的榨汁用柑橘，所以果皮损坏将造成柑橘保存时间极大较少，不利于其售卖，损害其本身价值。以上两点为制约柑橘机械化采摘作业执行器发展的主要问题所在。

4 柑橘机械化采摘执行器研究思考

通过实地调研和文献检索，结合柑橘自身特性及重庆地形地貌，制定柑橘无损采摘末端执行器性能要求指标；借助三维建模软件建立柑橘无损采摘末端执行器的模型，并进行必要的运动仿真分析；借助有限元软件对设计结构进行有限元模拟分析，分析设计结构是否满足实际工况需求，并将数值模拟的分析结果作为优化设计的重要参考要素，并以此减少实验成本，提高工作效率；选择合适的柑橘果园进行实地验证，验证采摘能力，检验柑橘无损采摘末端执行器综合性能指标。

5 总结

针对重庆山地农业中柑桔人工采摘难度大、成本高等问题，研发柑橘无损采摘机构末端执行器，实现对柑桔果实的抓取与剪柄和柑桔无损害传输，提高柑桔采摘速度和精度，降低柑桔机械损伤率，具有良好的经济社会生态效益。