摘要：我国富产林果，但是采摘机械的发展水平却较为落后，仍以人工采收为主，这一过程占用着大量的劳动力资源，约为整个生产过程的 35%~45%。采摘效率低下，作业周期长，难以满足市场要求。因此，必须开发出适合我国林果产业规模的采收和分级机械，提高作业效率，降低生产成本，从而提高我国林果产业的国际竞争力[1]。市场有研发的振摇式果实采摘器，属于农、林业果实收获 采摘领域。从作业效率来看，大大减轻劳动强度，提升果实采收效率。但是，这样机械的作业原理，通过强制性振动摇振树干或者敲击枝干，而使果实脱落。这种方式存在的最大弊端：对果树、果品的损伤大。为此，技术研发可尝试将强制性振动调整为自激性振动。或者将振动式收获与气力式收获结合起来，以大大降低对果树的损伤，减少对果品的打击，提升果树的采收效率[2]。相对国内采收机械而言，国外研究起步较早、技术发展快、自动化水平高，其果园采收技术已比较成熟。目前机械采收方法使用较为广泛的有机械振动式采收和气力式采收，近些年随着图像采集与处理技术的兴起用于采收的机器人也在逐步研发应用中。
关键词：林果采摘；人工采摘；机械采摘；发展趋向
引言
国外一些果园采摘机械研究成果很多，收获机械的先进技术值得进一步研究。国外大量研究表明，对于主干明显的乔木类果树，通过强迫树干振动来收获果实是最有效和可行的，并且激振频率对收获效果有很大影响。发达国家有着现代化的农业生产技术，已全面实现了机械化采收。林果收获机械以大型的摇振式，精确定位的机器人采摘为主，大规模采收作业和高质量的精准农业是欧美发达国家追求的主要目标[3-5]。但是国外果园大多面积较大，管理合理，种植规范，适合大型设备作业，并不适合国内的中小型果园，所以不能通过直接引进国外收获机械的方式来解决问题。
目前国内外的林果采收作业基本只采用单一激振频率，即强制性激振果树引起果树的振动响应。而实际上果树是存在一系列的谐振频率。如果能采用谐频激振果树，激发果树的谐响应，则可以最小的能量实现最高效的果实采收。
研究现状
从国外与国内的发展现状来叙述。
国外研究现状
目前，对于林果采收的方式，可分为半机械收获平台，机械式收获机和全自动采摘机器人三种类别。其中，最广泛使用的是机械式收获机。机械振动采收的工作原理是利用偏心块的振动或曲柄连杆机构的往复运动来振动果树。当果树受到激振力作用时，它会以一定的频率和振幅振动，与果枝相连的果实会在果枝的受迫振动下以某一种运动方式或某几种运动复合的方式加速运动。当惯性力大于某一方向的果柄结合力时，果柄撕裂，果实脱落，完成分离过程。其中，频率对采收效果有最显著的影响。
2.1.1 机械化收获的理论研究
在林果收获机械设计过程中，收获机理的研究至关重要。包括受迫振动果树的响应状态，即建立在理想条件下的果树受迫振动模型，模态试验技术用于分析受迫振动下果树的状态参数，如固有频率和阻尼比等[6]，以及频率和振幅对果实脱落的影响等。
二十世纪六十年代，Fridley 和 Adrian[7]建立了悬臂梁仿真模型，并进行系统分析，提出振动果枝可以分离果实。随后把振动装置假定为一个单自由度系统进行分析，提出了振动装置的基本原理和设计准则，1981年UpadhYaYa、Rand和 Cook[8]也采用单自由度研究方法，研究了树木受到撞击时的状态响应，该测试验证树木振动期间的能量传递。为了理解强迫振动下不同等级侧枝的动态特性，Phillips等建立了主干-侧枝的有限元模型，分析了在底部受到激振作用时侧枝的振动响应。模拟了其中的一阶模态,结果显示数值模拟结果与实际测试结果吻合良好[9]。2008年Zoltaacute;n Laacute;ng等建立土壤—树根系统和主干-树枝系统两个自由度的果树模型，分析得到振幅、加速度和频率计算方法，同时还研究了振动装 置在设计过程中,振动频率对其影响[10]。
1969 年 Cooke 和 Rand[11, 12]建立了一个用于林果采收的“果实-果柄”模型。研究振动过程中果实的固有振型及其固有频率，以及果实振动过程中所受惯性力。1988 年 Whitney 等[13]又建立了“果树-机械”系统，对其动力学特性进行分析，测试振动夹持点的受力和加速度。Horvath 和 Sitkei[14]发现，当果树系统振动时，其深入地下的主根部分也随着整个系统振动并会消耗一些振动能量。他们在侧枝，主干和土壤中安装了加速度传感器,并使用三种不同类型的激振装置来激励不同夹紧高度的果树。结果表明，振动激励点位置越高,整个系统中主根-土壤部分所消耗能量的比例越小。Yung 和 Fridley[15]分析了整个果树的动态特征及其与振动参数的关系。将果树简化成由三种不同机械特性的单元体组成的集合体：树干-侧枝，嫩叶，果柄-果枝。并使用有限元方法描述三个单元体的动态模型。有限元法可用于分析复杂果树结构的动态响应特征。
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