菊花采摘机

导读：　菊花采摘机(共7篇)杭白菊加工方法 [农广天地]杭白菊加工技术(20130801)杭白菊又称药菊，茶菊，以头状花序入药，有着一定的药用价值，具有疏风散热，清肝明目的功效。除入药外，近年来，杭白菊也从过去单纯的药用为主向药饮兼用发展。它主产于浙江省桐乡市。杭白菊加工后的菊茶按照形状可以分为菊饼茶和散菊茶。目...

篇一 菊花采摘机
杭白菊加工方法

        [农广天地]杭白菊加工技术(20130801)

　　杭白菊又称药菊，茶菊，以头状花序入药，有着一定的药用价值，具有疏风散热，清肝明目的功效。除入药外，近年来，杭白菊也从过去单纯的药用为主向药饮兼用发展。它主产于浙江省桐乡市。杭白菊加工后的菊茶按照形状可以分为菊饼茶和散菊茶。目前，杭白菊产品以散菊茶为主。在本期的节目当中，就将向观众朋友们介绍一下散菊茶的加工技术。散菊茶加工主要包括：鲜菊采摘、机械杀青、气流烘干等步骤。杭白菊菊茶按照原料花的采摘时间和花苞开放大小的不同称为胎菊、幼菊和朵菊。杭白菊菊茶的机械杀青包括蒸汽杀青和微波杀青两种方式。目前，杭白菊菊茶加工采用二次气流烘干法,避免了产品中低沸点芳香精油物质的流失。

　　相关介绍：

　　杭白菊加工采用烧柴的小灶蒸花的办法。铁锅外缘直径50多厘米，把菊花铺放在蒸花盘内（蒸花盘用竹篾编成，周边斜上，添约5厘米，上缘直径约37至39厘米），厚约3厘米，过厚不易蒸好。锅水烧开后，放入2至3只蒸花盘，上盖木锅盖。蒸花火力要猛而均匀，每蒸一次加一次热水。锅水不宜过多，以免水沸到蒸花盘，影响菊花质量。蒸的时间约4至4.5分钟，过生过熟过头成“湿腐状”，不易晒干；蒸的时间过短，则出现生花，刚出笼时花瓣不贴伏，颜色灰白，经风一吹则成红褐色。过久花熟都影响质量。蒸好的菊花放在竹帘上晒，菊花未干不要翻动，晚上收进室内不能压，晒3天后翻身一次，约晒6－7天后，收起贮藏数天以后再晒1－2天，花心完全变硬即可贮藏。

　　亳菊的加工方法：

　　在花大部分盛开齐放、花瓣普遍洁白时，连茎秆割（折）下，分二、三次收完。扎成小捆，倒挂于通风干燥处晾干3至4周，不能曝晒，否则香气差。干燥快的色白，干燥慢的为淡黄色，至花有八成干时，即可将花摘下，置熏房内用硫磺熏白。熏后再摊晒1天即可干燥。然后装入木板箱或竹篓，内衬牛皮纸，1层菊花一层纸相间压实贮藏。一般亩产50千克，高产达150千克。

　　滁菊的加工方法：

　　菊花采后阴干、熏白，晒至六成干时，用竹筛将花头筛成圆球形，再晒至全干即成。晒时切忌用手翻动，可用竹筷轻轻翻动晾晒。

　　贡菊的加工方法：

　　菊花采后置烘房内烘焙干燥，以无烟的木炭作燃料。烘房温度控制在40至50℃之间。烘时将贡菊摊在竹帘上，当第1轮菊花烘至九成干时，再转为第2轮。第2轮的温度较第1轮低，约30至40℃。当花色烘至象牙白时，即可从烘房内取出，再置通风干燥处阴至全干。此法加工菊花，清香而有甘味，花色鲜艳而又洁白，且挥发油损失甚少，较晒熏、蒸法加工质量为好。尤其是采用硫磺熏蒸，菊花被硫和硫化物污染，严重影响药菊的质量和卫生。

　　一问：杭白菊需要用杀菌剂保鲜吗？

　　解答者：桐乡市农业技术推广服务中心副主任、高级农艺师沈学根

　　传统的杭白菊加工方法是把杭白菊做成菊花饼，蒸后晒干，但整个加工过程容易受到天气因素的影响。近年来，桐乡杭白菊加工企业采用了蒸汽杀青、热气流干燥等新技术，不仅不用受天气条件的影响，还减少了二次污染，避免产品有效成分的流失。目前，桐乡80%以上的杭白菊都用烘干机加工。菊花采下来两三小时后送到工厂就杀青了，再用4个小时烘干。隔天再烘干4小时，就是完全干燥的成品。

　　菊花一般低温保存即可，加工后的产品一般会直接放进冷库保鲜，完全没有必要使用任何添加剂。现在杭白菊企业基本上都建有冷库，规模大的可以存储几千吨，所谓菊花茶都用杀菌剂保鲜这一说法根本不成立。

　　二问：桐乡杭白菊在种植过程中使用农药吗？到采摘期会不会有残留？

        解答者：桐乡市农业技术推广服务中心副主任、高级农艺师沈学根

　　杭白菊从生长到采摘周期内，主要会遭受叶枯病等病害以及蚜虫、夜蛾等虫害影响，所以使用农药是不可避免的。但在如何防止病害虫害、用什么药、怎样用药等方面，有一套严格的安全用药办法。

　　我们严禁使用氧乐果、甲胺磷、呋喃丹等高毒高残留农药。针对叶枯病的防止办法是指导农民做好轮作、合理密度和排水降湿，同时，在药剂防治方面，主要用50%多菌灵500倍或5%井岗霉素100倍防治；虫害则主要采用抑太保、康宽等高效低残留的农药。

　　我们建立的病虫测报点会及时掌握害虫发生规律及防治适期。一到防治时期，会派出农艺师指导农民用药，保障虫害的末次用药在采收期前20天结束。这样一来，菊花上残留的农药基本上消散了，也就不会发生农药残留超标问题。

　　三问：如何对杭白菊的生产加工进行监管？

　　解答者：桐乡市质监局食品生产监督管理科科长孙国东

　　桐乡全市有生产许可证的杭白菊加工企业近60家。近年来，质监部门以食品安全整顿、严厉打击食品非法添加行为、食品安全大整治等活动为契机，多方面入手对杭白菊企业进行有效监管。

　　一方面，我们围绕原料种植收购、加工运输、实验室检测、检验员培训等重点环节，进一步完善自检自控体系。另一方面，从规范农业化学投入品的采购、贮存和施用着手，加强对杭白菊统防统治、田间档案、农药台账等环节的管理，确保实施过程规范有效。

　　从近年来的抽检情况看，桐乡杭白菊的合格率为100%。

篇二 菊花采摘机
[我爱发明]除虫菊收花机 采菊悠然(发明人刘新科)

　　[我爱发明] 20150903 采菊悠然

　　本期视频主要内容： 除虫菊好看，且有较高的经济价值，被用来做蚊香、杀虫剂，而且无公害。在我国云南，除虫菊被广泛种植。但是除虫菊采摘非常费时费力，只能留花朵，不能有花杆。刘科新发明了除虫菊收花机，通过机械方式，能大面积收割除虫菊，解放了花农的双手，提高农作效率。 （《我爱发明》 20150903 采菊悠然）

　　发明人联系方式：刘科新 13619476481

　　《采菊悠然》花絮:发明人刘师傅，是个相当乐观的人，他还有种特别的自信，就好像什么困难都不是困难。他深知百姓种除虫菊很不容易，要是不能及时收起来，一年的辛苦岂不是白费了。“一定要做一个能提高效率，减少劳动量的机器”，这个信念一直支撑着他，我想这或许是他搞发明能成功的一个因素吧。

　　

　　

　　

　　

篇三 菊花采摘机
简易型水果采摘机设计

一、选题名称：

简易型水果采摘机

二、选题背景：

随着时代的发展，国民生产总值的增长，我国的经济总量正在持续增长，而农业在人们的生活中扮演着重要的角色，它是人们生活的最基本保障，农业的发展也成了人们生活水平的伊个重要标志。现代农业向着机械化的时代发展，机械正在逐渐代替人们原始的劳动工具和原始的劳动方法，而且现代农业正呈现着前所未有的发展潜力，机械化的农业时代具有效率高、安全、便捷的特点。在黄土高原上和其他地方有很多果农，他们用自己朴实的劳动为现代大城市的人们培育了大量的优质水果，但是一直以来在很多地方，人们还用着原始的人工采摘方法，现代的大型采摘机器又太过昂贵，人们在考虑自己的经济利益的同时不得不放弃机械采摘的高效率方法。鉴于大多数农民不能承受大量的经济压力，从而设计简易的水果采摘机，方便农民采摘水果，也提高了农民的工作效率。

现在市面上的水果采摘机品种繁多，已申请专利的有二十个左右，每个产品有各自的特点，价格也大相径庭，人们有很多的选择余地;电动、手动、自动的，但是大多数体积都比较笨重，人本在采摘过程中有不适应感。简易水果采摘机的原理很简单，和剪刀的原理是相同的杠杆原理。人们用手里的手柄就可以简单的采摘果树高处的水果，结构简单，容易操作，安全舒适，可以实现不同高度和不同大小水果的采摘，而切还可以执行水果套袋任务，同时把执行机构的支架用作喷洒农药的支撑结构，实现了多用途。如果投放市场可以成为果农的好选择！该简易水果采摘机也有不足的地方，结构简单，是非自动的···如果人们举着时间过长会有疲劳酸痛的感觉，而且水果在输送带里面可能会有擦伤，损坏水果造成不必要的经济的损失。简易水果采摘机与其他同类机器相比结构简单，价格便宜，容易操作，而且可以满足不同高度的水果采摘任务。把人们常见的、普通的剪刀杠杆原理利用进来，实现了农业的需求，果农都能接受，是他们的最佳选择.

三、方案的总体描述、拟实现的功能与应用场合及特点：

（1）、方案的总体描述：

总是在农村看见农民很吃力的爬上果树，或者站在梯子上进行水果，一方面不安全，另一方面对果树的树皮也不好。为此设计简易水果摘机。该水果采摘机最大的特点就是简易、方便、便宜、该水果采摘机结构简单，其中包括操作手柄1，工作杆2，反弹弹簧

3，执行机构架4，手柄架5，执行采摘刀片6，水果运送带7。其中执行机构架的B段和运动杆是可伸缩杆，用以满足不同高度的采摘任务。当果农驱动操作手柄的时候，根据杠杆原理，可驱使执行采摘刀片进行剪切，水果被剪切后，顺着用棉质材料制成的水果运送带掉进水果筐里面。棉质的水果运送带可保证水果表面不受摩擦，从而保证了水果的质量和质地。

（2）、该发明拟实现的功能：

通过简易水果采摘机可以实现简单方便地采摘任务，而且要实现不同高度的水果采摘任务;对于不同大小的水果也要有不同的水果采摘口来适应不同大小水果的采摘，为保证水果鲜美和不被昆虫破坏，该采摘机在换掉说过采摘刀片的时候，可以实现水果套袋；换上农药喷头的时候还可以实现高位水果喷洒农药的完成。当设计更多到头的时候可以实现不同水果用一种机器采摘，真正实现多用途，提高农民的工作效率和现代农业的机械化程度。

（3）、产品的应用场合及其特点

应用场合：大中小型果园的水果采摘，对于苹果、桃子、鸭梨、杏、李子等类球形水果的采摘，水果树木高大，高位水果不易采摘，人工采摘费时费力的情况下，均可使用该简易型水果采摘机。对于高位的水果农药喷洒任务，高位、树枝头 等人不易够得着的水果套袋任务。

特点：与以前的水果采摘机相比，该型水果采摘机有简单、容易操作、价格便宜、用途较多，机器采摘对水果的损伤小，机器材质都用塑料制成，轻便，采摘效率高而且到头等可以进行二次更换，产品的利用率提高。

四、工作原理与结构：

（1）、工作原理及工作原理图:

该水果采摘机结构简单，其中包括操作手柄1，工作杆2，反弹弹簧3，执行机构架4，手柄架5，执行采摘刀片6，水果运送带7。其中执行机构架的B段和运动杆是可伸缩杆，用以满足不同高度的采摘任务。当果农驱动操作手柄的时候，根据杠杆原理，可驱使执行采摘刀片进行剪切，水果被剪切后，顺着用棉质材料制成的水果运送带掉进水果筐里面。棉质的水果运送带可保证水果表面不受摩擦，从而保证了水果的质量和质地。当果农把采摘刀片更换为套袋装置，便可以进行水果的套袋工作，方便快捷，效率高。同时果农也可以用采摘机的执行架作为支架进行农药喷洒工作，综上所诉，该简易型水果采摘机实现了农业生产中的不同工作的集中化。

简易型水果采摘机原理示意图

（2）、分析计算：

N=3, ph=4 所以：该执行机构的自由度为：

f=3x3—2x4=1

即该机构具有唯一的运动方式一般水果树的高度在3—4米之间，所以该机构操作杆的长度也应该设置在该高度范围左右，又由于执行杆和支撑杆都市可伸缩杆，所以该产品的正常状态下的长度为1米左右。这两个杆设置为四个短节，拉长后可达到果树的高度。对于水果运送带，由于它必须通到地面且为防止与地面发生严重的碰撞，所以运送带要比执行杆长1米左右，即就是运送带在5米左右的长度。到头的直径要比一般水果大，设置为12cm左右即可。

三、其余说明：

该水果采摘机的刀头是圆形的，半径在12—15cm左右,两个刀片都为半圆形的；套袋的刀头与采摘刀头是不一样的 ，设计为可以拖住水果套袋，且要能够自动将套袋口封住；将刀架去掉后可以安装农药喷头进行农药喷洒，执行机构架可作为农药喷洒管的支撑机构拖住管子。由该采摘机还可以衍生出其他的水果采摘机，只需要将刀架口和刀头改变一下。

五、总结：

（1）、采用的的思维方法和技巧

#智力激励法:每个发明创造都离不开智力的激励，每个人的智都是有待开发的，做这次创新论文，同样我的智力得到了激发。刚开始没有一点思路，但是当自己坐下来慢慢想的时候就可以萌生出许多想法，然后再联系实际生活，把想到的东西啊想着把他引用到实际生活中去，看到的东西都可以激发自己的智力，只要好好想。

#类比法：类比法是指用待发明创造的对象与某一具有同一属性的已知事物进行对照类比，以便从中得到启发从而进行发明创造。以前的水果采摘机品种多，各有千秋，但是相比下来，他们都有一个通病，就是比较笨重和繁琐，用起来不方便，所以自己感觉发明一种简易的水果采摘机是很有必要的。

#设问法：设问法是通过有关问题的形式去发现事物的症结所在并继续发明创造的一类技法。在此次创造过程中，我多次反问自己。刚开始就想着他能够采摘水果就可以了，但是最后发现不仅可以采摘水果，还可以实现水果套袋机械化，还在问自己有没有其他的用途，最后发现还可以用来喷洒农药，由当初的单一功能扩展到三个功能。刚刚开始我想把机器的执行机构架用钢铁做成，后来发现如果用钢铁的话会比较重，所以反思一下其实用硬塑料就可以了。

（2）、体会：

这是一次对我们来说这是一个比较难的任务，因为以前就没有过这么比较专业的论文写作。从开始想做什么课题就比较难，但是经过冥思苦想，联系生活实际，想出了水果采摘机这一个想法。从开始背景描述，后面的描述都是比较的难的,但是自己还是通过一步步想，最后将这个任务完成。通过这次作业，我感觉到科学的严谨和神秘，每一步的计算都要很仔细，一个产品的问世要经过很多的步骤和很多的努力。同时在这个过程中也锻炼了自己的思维，也是一个应用专业只是解决问题的过程，对自己是一个小的锻炼，对自己以后走上工作岗位也是一个借鉴。

六、参考文献：

1、徐斌，便携式水果分级采摘器的原理及应用。内蒙：《现代农业科技》2007年第13期

2、卢伟; 宋爱国; 蔡健荣; 孙海波; 陈晓颖，采摘机器人结构设计及运动学算法。东南大学学报(自然科学版)，2011年1月。

篇四 菊花采摘机
菊花栽培技术及采收加工_张慧

篇五 菊花采摘机
智能化水果采摘机的研究与开发

智能化水果采摘机的研究与开发

【摘要】随着新型农业的不断推广和科学技术的不断进步，农业机器人已逐步应用到农业生产的各个领域，成为农业生产中强有力的主力军，并促进机械装备向智能化方向发展。为此，智能化水果采摘机将先进的自动控制系统与机械设备的有效结合，实现对水果的采摘、分类、装箱、运输等一系列工作，避免了水果采摘时因人员不足带来的损失，并且提高了水果的采摘效率，在水果产业中具有良好的发展前景和应用价值[1]。

【关键词】水果采摘;智能化;效率高

Abstract：with the extension of new agriculture and the development of technology，agricultural robots are gradually being used in every area of the agriculture product.These robots are becoming more and more important in the agricultural field and are promoting the machinery and equipment to the intelligent direction.Based on this background ，the intelligent fruit picker which is the perfect combination of the auto-control system and the machinery equipment can finish all the work such as the picking、classification 、packing and the transportation.These functions can avoid the loss of the labor lack and improve the picking efficiency.As the result of the technological development，the intelligent fruit picker has a bright future and practical value.

Keywords：fruit picking;intelligence;high efficiency

引言

在水果种植产业中，水果采摘大约占到整个产业工作量的50%，由于水果采摘过程中的复杂性，大部分水果产业区在水果采摘时依然以手工作业为主。虽然有些地区采用机械化作业，但其自动化生产水平依然较低，不能满足产业的发展需求。水果作为时令性农业产品，目前在采摘过程中需要大量的劳动力，随着我国老龄化程度的不断加深，农村劳动力不断减少，生产成本不断提高，限制了整个水果产业的发展[2]。

随着计算机技术的不断进步以及自动控制系统的发展，智能化水果采摘机的出现解决目前水果种植行业面临的困境。其利用智能化的生产方式在水果采摘过程中降低果农的劳动强度以及生产成本，并根据水果直径直接在采摘过程中对水果进行分类，可以有效地增加整个产业的生产效率，符合水果产业化发展的需求。智能化采摘机在水果产业中的应用可以保证水果适时采摘、提高水果质量具有重要意义，并且随着农业向产业化发展的进程中，智能化采摘机具有广阔的市场前景[2]。

1.总体设计方案

篇六 菊花采摘机
手推式杭白菊梳齿摘花机结构设计与试验_姬长英

网络出版时间：2016-03-29 14:41:30

网络出版地址：/retype/zoom/8bbe9ca8f424ccbff121dd36a32d7375a417c6e4?pn=2&x=0&y=0&raww=313&rawh=188&o=png_6_0_0_525_90_225_135_892.83_1263&type=pic&aimh=188&md5sum=672d9155cc156680b93b67ae63502d13&sign=4d6923629a&zoom=&png=7419-106304&jpg=70285-145889" target="_blank">

1.1上，其结构如图1.2工作原理

为验证梳齿摘花方式对杭白菊花朵的可行性，对杭白菊植株的力学参数进行测量。分别对花柄、小枝（花柄与花轴之间，下同）、花轴、大枝（花轴与根茬之间，下同）、根茬间的拉断力进行测量。分别选取20个样本测量各部位的拉断力，结果如表1所示。

注：横线处为不存在或超出范围；表中力的方向一致。

由表1可知，花柄拉断力明显小于其他部位拉断力，拉断力呈现由上到下递增趋势。因此，在摘花机摘花时不会出现其他部位被拉断或连根拔起现象，表明该摘花方式可行。

2.关键机构参数设计

2.1采花梳齿间隙

采花梳齿采摘花朵时，杭白菊枝条喂入分花齿，分花齿端面以上花枝被采花梳齿卷入梳齿之

间。采花梳齿间隙过大，花朵容易漏摘；间隙太小会造成枝条缠绕、误摘、堵塞、阻力过大等。摘花时花朵在两梳齿间的受力状况如图2所示。

花柄 小枝 花轴 大枝 根茬 0.64～1.06 1.12～2.84 1.22～2.26 2.26～3.04 3.01～4.57 0.820 1.696 1.634 2.650 3.736 0.114 0.470 0.315 0.277 0.453

为防止采花梳齿摘花时梳齿间发生堵塞，梳齿间隙d应当大于杭白菊枝条最大直径；为防止采花梳齿摘花时发生漏摘，梳齿间隙d应当小于胎菊最小直径；为防止采花梳齿摘花时发生误摘，梳齿间隙d应当大于花蕾最大直径。d的理论范围为8.82mm≤d≤9.1mm，花朵在采摘时会发生挤压变形，采花梳齿最佳采摘间隙需要通过实验确定。 2.2采花梳齿排数及链轮齿数

m=4，即作性能，取i=1，从动链轮齿数z1=18。根据实际工作状况选取链条型号为12A型，节距P=19.05mm。为减小机构尺寸，取a=17P=323.85mm。

式中：Lp——链节数；

a——中心距，mm； P——节距，mm；

Z——主动链轮齿数；

杭白菊枝条呈藤蔓型，分花齿对枝条有夹持固定作用，但部分枝条仍会跟随梳齿一起运动。因此，采花梳齿垂直位移越大，花朵被摘下的概率越大。

d朵破坏的可能，同时容易造成漏摘，但过小易造成阻塞、缠绕、误摘等，为此对杭白菊植株（材料为早小洋菊）的直径进行测量。随机选取20株杭白菊盛开期植株进行测量，重复3次，试验结果如表2所示。

表2 杭白菊植株直径测量结果

Tab.2 Size parameters of chrysanthemum plant mm 花蕾 胎菊 朵菊 花托

7.16～8.82 9.10～10.66 27.68～37.52 17.90～23.02

7.996 9.978 32.974 20.568

0.5170.543 3.269 1.556

在尺寸一定时，主动链轮与从动链轮中心线位于铅垂方向时垂直位移最大。但是链传动要避免铅垂位置，且当两链轮中心线与水平线夹角大于60°时，需要增设张紧装置。考虑简化结构，减小采花器水平、垂直尺寸，主动链轮与从动链轮中心线所在平面与水平方向呈45°，其布置如图1b所示。 2.4采花梳齿外径

采花梳齿分为采花工作梳齿和传输工作梳齿。主动链轮圆周上的梳齿主要完成采花工作，为采花工作梳齿；其他梳齿主要完成传输工作，为传输工作梳齿。采花工作梳齿的运动为绕主动轴的旋转与

[10,11]

前行运动的合成 。完成采花工作的采花工作梳

3迹以图3点B。

花朵高度极差（花朵高度极差为同一采摘地花朵位置垂直高度之差，下同）。经初步测量，同一水平区域花朵高度极差均值为150mm，设计时采花梳齿外径取340mm。 2.5主动轴离地高度

梳齿摘花方式是利用冲击力将花朵摘下，采花工作梳齿所在主动轴的离地高度对果穗损失和摘除率有重要影响。因此必须对主动轴离地高度进行分析，如图4所示。

10]

： 为减少花朵损失，使摘下的花朵抛进收集箱，主动轴应位于花朵高度上方，主动轴离地高度为

式中：v——机器行进速度，m/s；

h——主动轴离地高度，mm；

r——采花工作梳齿上一点到主动轴中

心的长度，mm；

ω——主动轴旋转角速度，rad/s。 为有效提高采摘率，降低漏摘率，当采花工作梳齿运动到最低点时(h-y)应不小于同一采摘地块

式中：h1——花朵离地高度，mm。 由式（8）、（9）可得

为减少花朵损失，保证花朵摘除率，主动轴最小离地高度为

图设o上为y从水平向下开始工作。在一次采花工作中，采花工作梳齿上任意一点的轨迹方程为

式中：λmax——最大梳花速度比。

由式（11）可知主动轴最小离地高度为λ取得最大值时，但λ太大，采花梳齿对花朵冲击力较大，

[12]

造成碎花增多。λ不同时，采花工作梳齿上任意一点的轨迹如图5

所示。

式中：rM——点M到O0的距离，mm。 n点的轨迹方程为

式中：rN——点N到O0点的距离，mm。

经过∆t时间采花梳齿运动到图6b所示摘花瞬时，假设花朵在M处被冲击下，之后沿轨迹切线方向直线运动。为简化模型，假定此时O1L恰好水平，采花梳齿由直线段和弧线段组成，将主动链轮链条外圆放大到与采花梳齿弧线段相交，设此时其半径为r1，如图6b。

图5 采花速度比λ不同时采花工作梳齿的运动轨迹 Fig.5 Trajectory of working comb-teeth in different velocity

ratio

由图5可知，随着λ增大，采花工作梳齿运动轨迹的最大横弦离地高度逐渐增大，最大横弦处环增多，具有向后抛花作用的采花梳齿增多。当λmim时，可得：hmim= h1+42.5 mm，式中h1况决定。

2.6采花梳齿圆弧半径

[13-15]

。鉴于以上分析，分析摘花过程时忽略离心力的作用。花朵摘下后将继续沿该点轨迹切线运动，采花梳齿摘花过程运动分析如图6所示。

图6a中，M，N为同一弧形采花梳齿上两点，且当O0与M 连线水平时为初始位置。L为采花梳齿直线段与弧线段交点，O点为初始位置主动轴圆心O0在地面的投影，以O为圆心，前进方向为x正方向，垂直向上为y轴，建立坐标系。

m点轨迹方程为

(a) (b)

图6 采花梳齿摘花过程运动分析

Fig.6 Motion analysis of comb-teeth picking process

(a) 初始位置 (b) 摘花瞬时

以O’为圆心建立弧形采花梳齿LN段参数方程：

式中：p——O’点横坐标；q——O’点纵坐标； rO——弧形梳齿LN半径，mm；

β——弧形梳齿LN圆心角，（°）。 可得

式中：φ1——o'沿x轴正向射线与o'm之间的夹角，（°）；φ2——o'沿x轴正向射线与o'n之间的夹角，（°）。

对式（12）两方程分别对时间求导得m点x、y方向分速度为：

篇七 菊花采摘机
采摘机器人简介

采摘机器人简介

张晨光

（东北农业大学工程学院 哈尔滨 150030）

摘要：随着新的农业生产模式和新技术的发展与应用 农业机器人将成为农业生产的主力军。采

摘机器人作为农业机器人的重要类型具有很大的发展潜力。为此，在分析采摘机器人特点的基础

上，通过对几种典型的采摘机器人的开发与应用介绍，分析了国内外采摘机器人的研究进展与现

状，找出采摘机器人发展中存在的主要问题并提出相应的解决途径，指出人机协作思想和开放式

结构思想应用于采摘机器人的研究具有实际应用价值。

关键词：农业工程 采摘机器人 综述 人机协作 开放式结构

中图分类号 文献标识码 文章编号

0引言

随着电子计算机和自动控制技术的迅速发展、农业高新科技的应用和推广，农业机器人已逐步进

入到农业生产领域中，并将促进现代农业向着装备机械化、生产智能化的方向发展。果蔬采摘是

农业生产中季节性强、劳动强度大、作业要求高的一个重要环节，研究和开发果蔬采摘的智能机

器人技术对于解放劳动力、提高劳动生产效率、降低生产成本、保证新鲜果蔬品质，以及满足作

物生长的实时性要求等方面都有着重要的意义。

1果树采摘机器人的特点

工业领域是机器人技术的传统应用领域，目前已经得到了相当成熟的应用；而采摘机器人工

作在高度非结构化的复杂环境下，作业对象是有生命力的新鲜水果或蔬菜。

同工业机器人相比，采摘机器人具有以下的特点：①作业对象娇嫩、形状复杂且个体状况之

间的差异性大，需要从机器人结构、传感器、控制系统等方面加以协调和控制；②采摘对象具有

随机分布性，大多被树叶、树枝等掩盖，增大了机器人视觉定位难度，使得采摘速度和成功率降

低，同时对机械手的避障提出了更高的要求；③采摘机器人工作在非结构化的环境下，环境条件

随着季节、天气的变化而发生变化，环境信息完全是未知的、开放的，要求机器人在视觉、知识

推理和判断等方面有相当高的智能；④采摘对象是有生命的、脆弱的生物体，要求在采摘过程中

对果实无任何损伤，从而需要机器人的末端执行器具有柔顺性和灵巧性；⑤高智能导致高成本，

农民或农业经营者无法接受，并且采摘机器人的使用具有短时间、季节性、利用率不高的缺点，

是限制采摘机器人推广使用的重要因素；⑥果蔬采摘机器人的操作者是农民，不是具有机电知识

的工程师，因此要求果蔬采摘机器人必须具有高可靠性和操作简单、界面友好的特点。【菊花采摘机】

2 国内外采摘机器人的研究进展

果蔬采摘机器人的研究开始于20世纪60年代的美国(1968年)，采用的收获方式主要是机

械震摇式和气动震摇式。其缺点是果实易损、效率不高，特别是无法进行选择性的收获，在采摘

柔软、新鲜的果蔬方面还存在很大的局限性。但在此后，随着电子技术和计算机技术的发展，特【菊花采摘机】

别是工业机器人技术、计算机图像处理技术和人工智能技术的日益成熟，采摘机器人的研究和开

发技术得到了快速的发展。目前，日本、荷兰、法国、英国、意大利、美国、以色列、西班牙等

国都展开了果蔬收获机器人方面的研究工作，涉及到的研究对象主要有甜橙、苹果、西红柿、樱

桃西红柿、芦笋、黄瓜、甜瓜、葡萄、甘蓝、菊花、草莓、蘑菇等，但这些收获机器人目前都还

没能真正实现商业化。

日本Kondo-N等人研制的西红柿收获机器人由机械手末端执行器视觉传感器和移动机构等

组成。如图2所示，西红柿各个果实不一定是同时成熟并且果实有时被叶茎挡住，收获时要求机

械手活动范围大且能避开障碍物，所以机器人的采摘机械手采用7自由度的 SCORBOT ER 工业机

器人能够形成指定的采摘姿态进行采摘。用彩色摄像机作为视觉传感器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，移动机构采用4轮结构能在垄间自动行走采摘时移动机构，

行走一定距离后就进行图像采集，利用视觉系统检测出果实相对机械手坐标系的位置信息，判断

西红柿是否在收获的范围之内，若可以收获，则控制机械手靠近并摘取果实吸盘把果实吸住后，

机械手指抓住果实，然后通过机械手的腕关节拧下果实。

图2 西红柿采摘机器人Fig.2 Tomato harvesting robo

我国在农业机器人领域的研究相对开始较晚，但发展速度较快，近年来也有了许多研究成果。

中国农业大学刘兆祥、刘刚等人在苹果采摘机器人三维视觉传感器设计方面的研究；张建锋、何

东健、张志勇等对于采摘机器人自适应鲁棒跟踪控制算法设计；江苏大学蔡健荣等通过恢复障碍

物的三维信息，对于柑橘采摘机器人障碍物识别技术的研究；南京农业大学工学院王学林和姬长

英对力外环控制的果蔬抓取技术的研究。

3采摘机器人的结构组成

目前的果蔬采摘机器人一般可分为移动机构、机械手、识别和定位系统、末端执行器等四大

部分。

3．1移动机构

因为果实生长的植株是固定的且存在空间的随机分布性，所以机器人在采摘果实时需要主动

接近并准确定位目标，这就要求机器人有自己的移动机构。移动式采摘机器人的行走机构有车轮

式、履带式和人形结构。其中，车轮式应用最广泛。车轮式的行走机构转弯半径小、转向灵活，

但轮式的结构对于松软的地面适应性较差，会影响机械手的运动精度。一般番茄采摘机器人会使

用轮式行走机构。而履带式的行走机构对地面的适应性较好；但由于其转弯半径过大，转向不灵

活。目前，只有葡萄采摘机器人使用履带式行走机构。对于西瓜等作物的藤茎在地面上的果实，

使用上述两种行走装置显然不适合。移动机构的设计必须要保证机器人运动平稳和灵活避障。荷

兰开发的黄瓜收获机器人以铺设于温室内的加热管道作为小车的行走轨道。日本等尝试将人形机

器人引入到移动式采摘机器人中M1；但这种技术目前还不成熟，有待进一步的研制开发。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部分的发展趋势。

3．2机械手

机械手又称操作机，是指具有和人手臂相似的动作功能，并使工作对象能在空间内移动的机

械装置，是机器人赖以完成工作任务的实体。在收获机器人中，机械手的主要任务就是将末端执

行器移动到可以采摘的目标果实所处的位置，其工作空间要求机器人能够达到任何一个目标果

实。机械手一般可分为直角坐标、圆柱坐标、极坐标、球坐标和多关节等多种类型。多关节机械

手又称为拟人(类人)机器人，相比其它结构比较起来，要求更加灵活和方便。机械手的自由度是

衡量机器人性能的重要指标之一，它直接决定了机器人的运动灵活性和控制的复杂性。

果蔬采摘机器人往往工作于非结构性环境中，工作对象常常是随机分布的，因此在机械手的

设计过程中，必须考虑采用最合理的设计参数，包括机器人类型、工作空间、机械臂数量(机械

臂越多，机构越灵活，但控制也越复杂，消耗的时间也越多。因此，必须在系统数量和性能之间

进行平衡)以及机器人结构方式(串联式、并联式)等。评价机械手的结构性能参数主要有工作空

间、可操作度、位置多样性和冗余度等。为了设计出最合适的操作手机构，还必须进行机构的运

动学和动力学研究，同时还要考虑其运动平衡性能，综合优化算法设计，使机器人能灵巧无碰撞

地完成采摘任务。

3．3识别和定位系统

果实的识别和定位是果实采摘机器人的首要任务和设计难点，识别和定位的准确性关系到采

摘机器人工作效率。

采摘机器人视觉系统的工作方式：首先获取水果的数字化图像，然后再运用图像处理算法识

别并确定图像中水果的位置。由于环境的复杂性，有时需要利用多传感器多信息融合技术来增强

环境的感知识别能力并利用瓜果的形状来识别和定位果实。

目前的采摘机器人视觉系统在环境比较规则的情况下能取得比较好的效果，但在自然环境下

的应用仍需要进一步的研究。这需要研究出有效、快速的算法，将果实分辨出来。在目前这种技

术还不是很成熟的情况下，可采用人工辅助选择目标和定位。

3．4末端执行器

末端执行器是果蔬收获机器人的另一重要部件，通常由其直接对目标水果进行操作。因此，

需要满足各种不同的规则，以便切除水果并确保水果质量。末端执行器的基本结构取决于工作对

象的特性以及工作方式。末端执行器必须根据对象的物理属性来设计，包括数量形状(手指的数

量和形状的设计与所要采摘的果实密切相关。一般而言，手指的数量越多，采摘效果越好，但控

制也越复杂。所以，在设计时，应该在手指的数量、控制的难度及抓取的成功率上找到平衡点)、

尺寸和动力学特性(如抓取力、切割力、弹性变形、光特性、声音属性、电属性等)，水果的化学

和生物特性也必须考虑。

末端执行器的性能评估指标应包括：抓取范围、水果分离率、水果损伤率、采摘的灵活性以

及速率等。传统的末端执行器主要采用旋转拧取或机械切除方法将果实从植株上脱离，其性能一

般较差，对果实和植株都有一定的损伤。目前，还出现了激光切割、高压水喷切等新的水果分离

技术。荷兰农业环境工程研究所在研究黄瓜收获机器人时，发明了一种新的双电极切割法，利用

电极产生的高温切除果实。该方法不仅易于采摘果实，而且可以防止植物组织细胞细菌感染，还

可以减少果实水分损失，减慢果实熟化程度。美国俄亥俄州立大学开发了一种由四手指机械手和

一个机械手控制器组成的末端执行系统，能够很好地抓持和采摘果实，灵活轻巧，采摘成功率有

明显的提高。

4果蔬采摘机器人的主要问题和关键技术

4．1研究中的问题

虽然果蔬收获机器人的研究已经取得了很大的进展，但离实用化和商品化还有很长一段距

离。目前，采摘机器人研究领域主要存在以下几个问题：①果实的识别率不高或识别后定位精度

不高。目前，识别果实和确定果实位置主要采用灰度阈值、颜色色度法和几何形状特性等方法。

②果实的损伤率较大。③果实的平均采摘周期较长。目前的果实收获机器人由于视觉、结构及控

制系统等原因，大多数采摘机器人的效率不高。④采摘机器人的制造成本较高，设备利用率低，

使用维护不方便。

4．2研究中的关键技术

4．2．1智能化的果实识别和定位

1)开发智能化的图像处理算法。开发智能化的图像处理算法，以消除干扰，提高分辨率。模

糊神经网络是一种高度并行的分布式系统，应用模糊理论指导学习，是在无监督情况下具有自适

应性与自学习能力，能将采集到的信息加以存储建立起数据库，以对图像进行智能化处理。另外，

小波变换具有良好的时频局部化分析特征，能同时给出图像信号的时域和频域信息，能有效检测【菊花采摘机】

图像的边缘，抑制噪声干扰，快速、精确地提取图像边缘信息，应用前景较好。

2)采用主动光源的多维视觉系统。为改善自然环境的干扰，精确定位果实位置，可考虑采用

多维视觉系统，并根据图像采集的需要配备激光扫描器，也可自行发射出具有特定特征的光线，

在一定程度上改善图像质量。

3)多传感器信息融合。果蔬采摘机器人作为智能机器人的一种，工作在复杂多变的环境中，

需要在移动过程中检测出水果，因此还需要利用多传感器多信息融合技术来增强环境的感知识别

能力。通过视觉传感器与非视觉传感器(触觉传感器、力觉传感器和避障传感器等)的优势互补，

机器视觉系统与激光测距系统相结合，可以大大提高采摘机器人的感知功能。近些年来，多传感

器信息融合技术已成为智能机器人的关键技术，得到了普遍的关注和广泛的应用，并引入到了农

业机器人中，取得了显著的成果。

因而，开发新型传感器或按照一定融合策略构造传感器阵列，以弥补单个缺陷，以及提出新

的融合方法来提高传感器的灵敏度和反应度以完善探测结果，都是重要的研究方向。

4．2．2机械本体的优化设计

机械结构直接决定机器人运动的灵活性和控制的复杂性。理想的果蔬采摘机器人应具备以下

特点：①通用性和灵活性强，无需更换或只需很少的调整就可以抓取不同类型的果蔬；②系统简

单、成本低、可控性好、易于操作和维护；③可以实现果蔬的无损采摘。当前，大部分的采摘机

器人借用的工业机械手，体积较大，成本高。在满足机器人性能的前提下，针对采摘作业对象的

特点，设计简单、紧凑、轻巧，采摘无损高效的机械手，是必须解决的问题，现代机械设计理论

和方法也使问题的解决成为可能。例如，采用三维实体造型技术、虚拟样机技术和优化理论等可

以大大缩短设计周期，而且可以进行机构的运动学和动力学仿真，优化机器人结构。目前，在果

蔬机械采摘过程中，迫切要求农业机器人能实现一些果蔬抓持和操作的稳定性，具有力闭环控制

的抓取手或采摘机构将成为解决问题的途径。

此机械手在工作空间、可操作度、灵活性、避障等性能指标方面具有优越性。

机械手端部对基坐标系坐标变换公式：

T7= A1A2A3A4A5A6A7

番茄采摘机械手D-H坐标参数

位姿矩阵的通用公式为：

番茄采摘机械手各个关节的位姿矩阵

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