近年來，國內(nèi)農(nóng)業(yè)勞動力老齡化趨勢明顯加劇，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茶園管理用工的60%左右，而高檔名優(yōu)茶芽葉采摘時，由于葉梢細嫩，生長的位置、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，機器采摘實現(xiàn)難度較大。因此，加大研發(fā)智能采茶技術(shù)力度，對促進我國茶產(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別成研發(fā)熱點
實現(xiàn)自動化采茶，首先必須解決的是茶樹嫩芽的精準(zhǔn)識別。近年來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，基于圖像處理的茶葉嫩芽的準(zhǔn)確識別成為研究的熱點。
末端采摘執(zhí)行器與智能控制系統(tǒng)取得進展
茶葉的采摘對象是芽葉而非果實，傳統(tǒng)的末端采摘執(zhí)行器難以適用，因此相關(guān)研究人員針對茶葉嫩芽開發(fā)了新的末端采摘執(zhí)行器。如2021年設(shè)計出一種可夾提式采摘茶葉嫩梢的末端執(zhí)行器，通過對其控制實現(xiàn)茶園采摘。試驗結(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械式結(jié)構(gòu)，基本沒有誤差補償能力，無法確保采摘成功率和嫩梢完整率。為解決此問題，設(shè)計出一種基于負壓導(dǎo)向的名茶采摘末端執(zhí)行器。這種末端執(zhí)行器利用負壓，以自上而下的方式引導(dǎo)茶芽，從而糾正茶葉的姿勢和空間位置。試驗結(jié)果表明，設(shè)計的末端執(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，如日本松元株式會社利用人工智能（AI）和傳感器開發(fā)出在無人駕駛的情況下收獲茶葉的“無人采茶機”，并已開始上市銷售。在采摘裝置的控制上，針對傳統(tǒng)往復(fù)切割式采收裝置，設(shè)計了一種基于機器視覺的乘用式智能采茶機，提出了自動識別茶葉嫩芽和割刀自動調(diào)平控制方法，該機可解決現(xiàn)有采茶機無選擇性切割老葉和嫩芽的弊端。目前，針對采摘手控制系統(tǒng)所控制的末端采摘執(zhí)行器個數(shù)均為單個，采摘效率不高，未來還需針對多個末端采摘執(zhí)行器、多機械臂協(xié)同控制系統(tǒng)進行研發(fā)。
研發(fā)多末端采摘執(zhí)行器及其高效控制系統(tǒng)針對茶葉采摘機械臂輕巧、柔順和高速的需求，可通過結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計和相應(yīng)的運動控制算法，實現(xiàn)采茶專用末端采摘執(zhí)行器及其控制系統(tǒng)。同時因為單個末端采摘執(zhí)行器效率過低，為進一步提高采摘效率，未來應(yīng)研發(fā)多末端采摘執(zhí)行器以及高效控制系統(tǒng)，實現(xiàn)多末端采摘執(zhí)行器任務(wù)分配和運動協(xié)同規(guī)劃，提高茶葉采摘效率。
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