草莓自動化收獲研究現(xiàn)狀及發(fā)展

王思佳，李 雷

（西南石油大學，四川 成都 610500）

1 新式栽培方式的草莓自動化收獲農(nóng)機

比利時一家科技公司Octinion開發(fā)出一種草莓采摘機器人“Strawberry Picker”，該機器人適用于大棚式懸掛草莓環(huán)境，運用搭載Beacon技術，通過3D視覺感測器，撿測出草莓成熟度，成熟度足夠的話，軟觸手會接觸草莓而不損傷果實，整個采摘過程只需3秒，且機器人會對草莓的各個面進行比較，放置果實時，將較紅的一面擺放在上面的若果實還未到達設定成熟度，該機器人會預估其成熟的時間，然后重新過來采摘。該機器人的創(chuàng)新點在于其軟觸手模擬人手的柔軟度，將草莓的損傷降到最小；工作過程仿照人工工作過程，易操作。該機器人目前處在實驗階段，但是Octinion計劃將于2018年開始與草莓農(nóng)戶進行試點測試，并正在準備2019年收割機的商業(yè)推出。

日本農(nóng)業(yè)食品產(chǎn)業(yè)技術綜合研究機構與涉谷工業(yè)株式會社共同研發(fā)出一種固定型草莓采摘系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括采摘機器人和16個草莓種植平臺，其工作時需要種植平臺移動至采摘機器人面前，機器人通過CCD攝像頭檢測草莓成熟度，若成熟度達到要求，平臺就會暫時停止移動，機器人就用帶有刀刃的手指將其采摘下來。該系統(tǒng)一小時就可以完成16個平臺的草莓采摘任務，成功率達到70%以上。該系統(tǒng)的創(chuàng)新點在于機器人位置固定，不會受光線變化的影響，識別率高，工作環(huán)境穩(wěn)定。該系統(tǒng)的工作效率與種植平臺緊密相關，若種植平臺能穩(wěn)定運行，該系統(tǒng)的工作效率高，實用性也隨之提高。

以上草莓自動化收獲農(nóng)機都存在一個共同特點，草莓栽培方式和生長環(huán)境需要專門設計，在當前情況下應用范圍窄，且新的栽培方式實現(xiàn)難度大，加之機器本身技術價值高，應用成本也隨之增高。

2 傳統(tǒng)地壟栽培的草莓自動化收獲農(nóng)機

國內(nèi)的徐麗明等人發(fā)明了一種壟作栽培草莓自動采摘裝置，該裝置為四自由度的龍門草莓自動采摘裝置，其草莓抓取機構為氣動手爪，其草莓切斷機構為刀片，工作時，該裝置在田壟間水平移動，當運動至果實處時，停止水平移動，手指開始前后、上下運動，微調(diào)采摘草莓位置，確定好后，氣動手爪伸出，抓住草莓，固定住草莓后，刀片伸出，切斷草莓莖。該裝置的創(chuàng)新點在于裝置設計有草莓抓取機構，可先固定住草莓，減小了切割難度。但是草莓莖內(nèi)含有纖維，韌性大，該裝置的草莓采摘方式為刀片直接伸出進行切割，這對刀片的鋒利度要求高，且要求刀片伸出迅速，否則容易造成切割失敗。該裝置的工作步驟多，且完全依靠人工進行操作，效率較低，目前該裝置還處于實驗階段。

美國的Robotic Harvesting公司研發(fā)了一款草莓采摘機，其體積龐大，人可坐在車上對草莓進行分裝，該機器人采用立體視覺識別技術對草莓進行定位，并通過和相關軟件配合識別出成熟果實，采摘草莓機構為三個手指。工作時，機器人兩輪在相鄰兩田壟間運動，當立體視覺攝像頭識別到果實，機器人停止運動，相關軟件分析成熟草莓，并將信息反饋給系統(tǒng)，系統(tǒng)對機械臂發(fā)出指令，機械臂便伸出對成熟果實進行定位，定位好后，三個手指夾著草莓，將草莓從草莓莖上扯下，并通過傳送帶將草莓運送至收集盒中。該機器人的創(chuàng)新點在于采用立體視覺技術，可將果實進行3D成像，并挑選出成熟草莓，整個過程中只需2秒。但該機器人的手指力度極難控制，失誤率較高，且草莓葉、草莓莖對草莓定位存在諸多干擾，對軟件分析算法要求高。目前該機器人還在加利福尼亞進行調(diào)試，有望商業(yè)化。

傳統(tǒng)地壟栽培的草莓自動化收獲農(nóng)機不用改變草莓種植環(huán)境，但地壟栽培環(huán)境復雜，若使用高成本的大型采摘機械，對于農(nóng)戶來說是極大的經(jīng)濟負擔，若使用體積小的機械，對功能模塊的微型化要求高，技術實現(xiàn)有難度。

3 農(nóng)機及農(nóng)業(yè)的未來發(fā)展

隨著科技進步與人們對健康生活要求的提高，草莓采摘這種勞動強度大、工作效率低的工作必將被農(nóng)業(yè)機械所取代，而農(nóng)業(yè)機械工作的可靠性、連續(xù)性、穩(wěn)定性必將隨著研究的進展得到穩(wěn)健提高，逐步優(yōu)于人工，而成本逐步下降。以日、美、德為代表的發(fā)達國家農(nóng)業(yè)機械化水平現(xiàn)處于領先地位，我國的農(nóng)機機械化水平還處在起步階段，近年來，我國也在這方面不懈努力，相信在不久的將來，我國農(nóng)業(yè)也將邁上新的一個臺階。

4 結語

雖然目前所開發(fā)的草莓自動化收獲農(nóng)機在結構和原理上存在差異、各有特色，但總的來說，無論是農(nóng)機開發(fā)人員還是農(nóng)業(yè)從業(yè)人員，他們在生產(chǎn)觀念上的差異最終決定著農(nóng)機的應用形態(tài)或方式。在某種程度上，傳統(tǒng)的地壟栽培模式制約著現(xiàn)代草莓自動化收獲的發(fā)展，自動化收獲技術要繼續(xù)向前發(fā)展。