近年來(lái)，國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力老齡化趨勢(shì)明顯加劇，招工難、用工貴已成為制約茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。名優(yōu)茶的人工采摘消耗占整個(gè)茶園管理用工的60%左右，而高檔名優(yōu)茶芽葉采摘時(shí)，由于葉梢細(xì)嫩，生長(zhǎng)的位置、姿態(tài)和密集程度不一，特別是在微風(fēng)和光照不斷變換環(huán)境下，機(jī)器采摘實(shí)現(xiàn)難度較大。因此，加大研發(fā)智能采茶技術(shù)力度，對(duì)促進(jìn)我國(guó)茶產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
基于圖像處理的茶葉識(shí)別成研發(fā)熱點(diǎn)
實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化采茶，首先必須解決的是茶樹(shù)嫩芽的精準(zhǔn)識(shí)別。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，基于圖像處理的茶葉嫩芽的準(zhǔn)確識(shí)別成為研究的熱點(diǎn)。
末端采摘執(zhí)行器與智能控制系統(tǒng)取得進(jìn)展
茶葉的采摘對(duì)象是芽葉而非果實(shí)，傳統(tǒng)的末端采摘執(zhí)行器難以適用，因此相關(guān)研究人員針對(duì)茶葉嫩芽開(kāi)發(fā)了新的末端采摘執(zhí)行器。如2021年設(shè)計(jì)出一種可夾提式采摘茶葉嫩梢的末端執(zhí)行器，通過(guò)對(duì)其控制實(shí)現(xiàn)茶園采摘。試驗(yàn)結(jié)果表明，一芽一葉的漏采率為2.8%、采摘完整率為91%，一芽二葉的漏采率<3%、采摘完整率為94%。現(xiàn)有的茶葉采摘末端執(zhí)行器大多采用單純的機(jī)械式結(jié)構(gòu)，基本沒(méi)有誤差補(bǔ)償能力，無(wú)法確保采摘成功率和嫩梢完整率。為解決此問(wèn)題，設(shè)計(jì)出一種基于負(fù)壓導(dǎo)向的名茶采摘末端執(zhí)行器。這種末端執(zhí)行器利用負(fù)壓，以自上而下的方式引導(dǎo)茶芽，從而糾正茶葉的姿勢(shì)和空間位置。試驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的末端執(zhí)行器具有偏差容限性能，可以提高拾取成功率。
智能控制系統(tǒng)的功能，主要包括行駛系統(tǒng)的控制和采摘裝置的控制。日本在茶園智能機(jī)械行駛系統(tǒng)控制上已有一些研究成果，如日本松元株式會(huì)社利用人工智能（AI）和傳感器開(kāi)發(fā)出在無(wú)人駕駛的情況下收獲茶葉的“無(wú)人采茶機(jī)”，并已開(kāi)始上市銷售。在采摘裝置的控制上，針對(duì)傳統(tǒng)往復(fù)切割式采收裝置，設(shè)計(jì)了一種基于機(jī)器視覺(jué)的乘用式智能采茶機(jī)，提出了自動(dòng)識(shí)別茶葉嫩芽和割刀自動(dòng)調(diào)平控制方法，該機(jī)可解決現(xiàn)有采茶機(jī)無(wú)選擇性切割老葉和嫩芽的弊端。目前，針對(duì)采摘手控制系統(tǒng)所控制的末端采摘執(zhí)行器個(gè)數(shù)均為單個(gè)，采摘效率不高，未來(lái)還需針對(duì)多個(gè)末端采摘執(zhí)行器、多機(jī)械臂協(xié)同控制系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)。
研發(fā)多末端采摘執(zhí)行器及其高效控制系統(tǒng)針對(duì)茶葉采摘機(jī)械臂輕巧、柔順和高速的需求，可通過(guò)結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)和相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制算法，實(shí)現(xiàn)采茶專用末端采摘執(zhí)行器及其控制系統(tǒng)。同時(shí)因?yàn)閱蝹€(gè)末端采摘執(zhí)行器效率過(guò)低，為進(jìn)一步提高采摘效率，未來(lái)應(yīng)研發(fā)多末端采摘執(zhí)行器以及高效控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多末端采摘執(zhí)行器任務(wù)分配和運(yùn)動(dòng)協(xié)同規(guī)劃，提高茶葉采摘效率。
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