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文献综述
在农业发展的很长一段时间以来,由于机械化程度一直处于较低水准,作物收取主要依靠人工收获。新世纪以来,自动控制技术在农业上得到较为普遍的应用,计算机技术也在农业领域取到长足进进步,当代农业发展呈现出高度自动化,同时也更加符合人工智能时代的发展要求,技术应用更加紧密在农业发展的大背景下,收取机器人应运而生,不仅能解决劳动力不足的问题,而且有效地降低劳动强度,从根本上提高作物收取效率。
农业生产作业中,成熟作物采摘是极其重要的环节,消耗了巨大的人力和时间成本,约1/3 以上的时间和人力都投入在成熟作物的采摘中。迄今为止,由于机械化程度一直处于较低水准,农业作物采摘主要依靠人工采摘,50%以上的整体成本投入成为农业经济发展的巨大负担。快速发展中的农业种植产业,近年来无论是种植面积,还是年产量均呈现逐年增加的趋势,因而对采摘成功率和完整率提出了更高的要求,而高强度劳动作业,迫使一部分农户为提高采摘率而降低了采摘作物的质量,从而直接影响了后续的储藏、运输和加工,以至于最终影响到销售环节,极大程度上限制了经济作物种植产业的健康发展。基于以上事实,为实现对经济作物的自动化采摘,降低采摘成本,提高采摘质量,研制和开发自动化采摘机器人,不论是对经济效益还是对整体农业现代化发展都有非常高的价值。
20世纪,随着工业化程度的逐年提高,应用于农业实际生产中的机器人开始走上农业发展的历史舞台,其中果蔬采摘也成为农业机器人主要攻克的课题之一,但由于田间环境的复杂和不确定性,其作业效果并没有达到预期。20世纪50年代左右,种植业生产逐渐向智能、自动、机械化发展,机器人才开始正式引入到农业实际生产中。对种植作物的成熟果实采摘工作,Schertz、Brown(1968)率先进行尝试并提出了理论设计。耗时几年时间,世界上第一台采摘机诞生在美国;与此同时,德国、日本等国家也开始了自动化采摘机的研究工作。到20世纪末,一些国家领先在采摘机研制上取得了巨大进展。我国的采摘机研制起步较晚,进入新世纪,制约农业快速发展的主要瓶颈之一便是农村劳动力紧缺,因而自动采摘机器人的研究已经刻不容缓。
金银花自古被誉为清热解毒的良药。它性甘寒气芳香，甘寒清热而不伤胃，芳香透达又可祛邪。金银花既能宣散风热，还善清解血毒，用于各种热性病，如身热、发疹、发斑、热毒疮痈、咽喉肿痛等症，均效果显著。因此, 为达到最高疗效, 其采摘期和采摘时间要求较高。金银花在花微黄未开时采摘, 此时长约10~25 毫米, 直径约1~2 毫米, 上部较下部柔软、粗大, 有淡淡的清香, 花期约1~2 天，适采期在花蕾上部膨大呈白色时, 采得过早影响产量, 过晚则降低品质。且应在晴天清晨露水刚干时摘取花蕾。也正是因此要求, 最佳采摘期极短。现在, 农村青壮年劳动力大多外出打工, 而金银花采摘期间又需要大量的劳动力, 劳动力的短缺和用工成本增高, 造成当前弃摘现象严重。金银花采摘机安全卫生, 且其操作简单。
人力进行金银花采摘需要以下几个过程:识别花—抓花—传送到袋—从袋取出。由于人有复杂的神经控制系统, 抓花的力度能根据花的直径大小自由控制, 所以人采摘的质量是机器无法比拟的, 但人从识别花—抓花—传送到袋, 这个过程可以用机器代替并批量作业, 并且效率高于人, 所以金银花采摘机重点从这个过程研制。
由于金银花本体生长形状各异, 开花密度差别较大, 开花时间各有不同, 使用者水平、习惯等原因, 因此, 其采摘环境、条件远非想象中的状况。尽管该采摘机减少了手工采摘的运送过程, 但因采摘头不具备仿形功能, 仅有部分采摘区从事采摘工作, 采摘过程中, 个别花瓣由于夹持部位偏移, 可能造成花瓣损伤或断裂现象, 采摘质量和效率远非理论数据。如果采摘器增加识别系统, 具备仿形功能, 其采摘质量和效率将得到极大提高。
目前国内有一种电磁带动硅胶管金银花采摘器，由电力通过电机、风机和电磁铁等实现采摘。
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