苹果产业的未来趋势：自动化采摘与采后分捡都将一次性在田间完成

xueyan35 · 发表于 2025-2-12 23:02

马上加入农人之家，结交更多农友，享用更多功能，让你轻松玩转。

您需要登录才可以下载或查看，没有帐号？加入农人之家大家庭

x

陆仁富（ Renfu Lu）是美国农业部负责智能果园项目的负责人。他于十月在密歇根州斯巴达的施瓦利尔乡村篮子果园（Schwallier’s Country Basket）操作了他最新版本的实验性采摘机和田间分拣设备。这台机器能够在田间将优质苹果与次果分开，从而为果农节省采后处理成本。

   该设备结合了先进的采摘技术和现场分类功能，能够直接在果园中对苹果进行初步筛选，确保新鲜苹果被及时分离，减少后续加工的复杂性和费用。这一创新不仅提高了效率，还降低了劳动力需求，为现代农业提供了更具可持续性的解决方案。。

   五年前，当陆仁富（ Renfu Lu）的研究团队在美国密歇根苹果园测试其田间分拣机时，他们收到了种植者的反馈意见，其中一些人建议，为什么不增加一个机器人收割机，创建一个全自动的采摘和分拣系统，而不是由人类将苹果送入分拣机呢？

   于是，美国农业部农业研究服务处的研究负责人 Lu 和他在密歇根州立大学的合作者们重新回到绘图板前，设计出了一台更有雄心的机器。今年秋天，他们再次来到斯巴达的 Schwallier's Country Basket，展示他们的机器人收割机原型。他们计划在未来五年内开发出商业上可行的全自动移动平台，可以在田间收获苹果并进行分拣。

   美国农业部（USDA）研究负责人陆仁富正在测试一款专为轻柔处理水果设计的软质吸盘。他预计，基于这一原型以及其团队之前开发的分拣机，全自动苹果采摘机和田间分拣设备将在未来三到五年内实现商业化。图2：

“我们的单臂机器人模块已经达到每颗水果3.5秒的采摘速度，因此我们有信心，在系统进一步优化后，双臂机器人模块能够达到目标采摘速度。”他说。

演示用的采摘机由拖拉机牵引。一名研究生使用笔记本电脑调整平台的高度和位移。团队将操作臂的速度设定为最大速度的60%。密歇根州立大学（MSU）机械工程教授李昭建预计，该采摘机将在下一季实现完全自动化。

该项目于2023年获得了美国农业部特种作物研究计划（Specialty Crop Research Initiative）提供的为期四年、总额350万美元的资助。参与方包括密歇根州立大学、宾夕法尼亚州立大学、华盛顿州立大学和蒙大拿州立大学的研究人员，以及密歇根州的企业Precise Manufacturing和Proto-Tec Inc.。

密歇根州立大学的研究生朱锴毅（Keyi Zhu）在采摘机演示过程中调整平台的高度和位移。在该机器的下一个版本中，平台的所有动作将实现完全自动化，无需人工干预。图3

   美国农业部农业研究局（ARS）国家计划负责人乔恩·福尔克（Jonn Foulk）在演示会上表示，该项目将机器人采摘机与田间分拣机相结合，这一创新设计有助于解决日益严重的劳动力短缺问题。

   果农菲尔·施瓦利尔（Phil Schwallier）对采摘机造成的水果碰伤极少表示满意。“接果框架和装箱装置非常轻柔，”施瓦利尔说道，“这些苹果看起来可以直接放在家里的餐桌上。”

   此次演示并未包含分拣部分，但当机器完全集成后，传送带会将采摘的苹果运送到同一平台上的田间分拣模块，该模块会根据用途将苹果分类放入鲜食或加工用的箱子中。密歇根州立大学（MSU）的研究人员正在分析采摘机采摘的苹果，以检查是否有碰伤情况。但吕仁夫（Lu）表示，他对系统处理水果的能力充满信心，认为其轻柔程度可媲美人工采摘。

   Lu的采摘机采用真空系统，每只机械臂由计算机系统引导，通过吸力将苹果吸附到柔软的橡胶末端执行器上。真空系统持续运行，但在末端执行器接近目标水果时才会提升至全功率。他解释说，一旦苹果被吸附，真空系统会自动降低功率，以提高能源效率。

   密歇根州立大学的李昭建（Li）指出，与需要精准定位的夹爪式末端执行器不同，真空系统即使在非理想角度下也能完成采摘任务。在一次演示中，自主机器人机械臂使用真空系统和柔软的末端执行器采摘了嘎啦苹果。（Matt Milkovich/）图4

   虽然有类似概念的采摘机正在开发中，但据密歇根团队所知，没有其他设备包含自动化的田间分拣功能。

   陆仁富最近在华盛顿州的一片果园中亲眼目睹了加州公司 advanced.farm 开发的一款基于真空技术的机器人采摘机，并为《优质水果种植者》进行了对比分析。advanced.farm 的采摘机配备了六只机械臂，而吕的模型有八只。不过，advanced.farm 的每只机械臂比 USDA 模型的更灵活。当 advanced.farm 的机械臂从树枝上拉下苹果时，有时会连同果柄一起拔下，而吕的真空机械臂通过吸附苹果并轻微扭转，使其更容易脱离枝头。

   此外，引导机械臂的感知系统也存在差异。advanced.farm 使用的是立体视觉系统：两个靠近末端执行器的摄像头。吕表示，这种设计可以提供更精确的水果位置信息。而密歇根原型机的感知系统安装在主框架上，而非机械臂上。它能够识别更大工作范围内的所有水果，并利用这些信息高效引导机械臂。然而，由于摄像头距离树冠较远，因此对于被树叶或树枝遮挡的水果，其位置信息的准确性较低。

   为了解决这一问题，密歇根研究团队正在开发一种主动激光扫描算法，以提高采摘机对目标水果的定位能力，李昭建说道。

原创：果树圈子