蓮蓬采摘設備的研究

趙亞平，花本杰，仲子平，施苡波，張帥帥，仕樂梅

（蘇州農業職業技術學院，江蘇 蘇州 215008）

蓮蓬是一種特種水生經濟作物，性喜相對穩定的平靜淺水、湖沼、澤地、池塘，新鮮蓮子不僅口感好,且具有養心安神、消除疲勞的功效,蓮蓬具有很大的藥用價值，蓮子、蓮心都是很好的中藥材，蓮蓬作為營養品深受人們的喜愛。蓮蓬具有生產區域性強、種植面積廣、生命周期長、營養價值豐富、經濟價值高的特點。經過幾千年的不斷培育與發展，我國已成為蓮子、蓮藕生產和出口大國，其市場需求量大，前景廣闊，經濟效益可觀。蘇州陽澄湖、太湖周邊以及相城區是我國著名的蓮蓬產區之一，由于蓮蓬的生長環境特殊，大多數種植于淤泥之中，蓮蓬采摘期位于夏季，是季節性農作物，由于白天淤泥池內溫度高，采摘更加不便，因此大多于晚上進行采摘活動，加上采摘環境的復雜性，在采摘作業中，人工采摘需下水作業，給采摘帶來了巨大挑戰，也造成了采摘困難。據調查，目前我國絕大多數的蓮蓬都為人工采摘或人工乘船進行手工采摘（如圖1、圖2），耗時耗力，效率低下，進而影響農民的收入。同時人手的長度有限，在采摘蓮蓬的過程中，船體會破壞荷花的莖干，造成荷花的莖干折斷。目前，關于蓮蓬的種植產業也是蓬勃發展，但由于長期的工作效率低下，導致蓮蓬單產收入受到了很大的限制，人工采摘效率低下，無法滿足市場對蓮蓬時令性和新鮮度的要求。

圖1 人工采摘

圖2 人工乘船采摘

實現蓮蓬的采摘自動化，對于解決蓮蓬采摘作業中人工采摘工作強度大、采摘難度大和采摘效率低下等問題，以及降低人工成本、提高采摘品質、增強蓮蓬的市場競爭力均具有十分重要的意義。針對上述問題，目前迫切需要研究一種結構簡單、操作便捷的蓮蓬采摘設備。

1 蓮蓬采摘設備的研究現狀

據調查，目前對蓮蓬采摘設備的研究主要有各科研院校、農機企業、技術推廣部門，目前已經發表了相關論文及專利，如姜琛公開了一種漏斗形蓮蓬采集器，結構簡單，造價低廉；喬建強開發出一種蓮蓬采摘器，采摘的蓮蓬落入采摘器的網袋內，蓮蓬采摘一定量后，抬高網袋端，蓮蓬即可到達網袋底口，從網袋底口即可取出蓮蓬，減輕了勞動強度，提高了采摘效率；浙江省農業科學院和浙江機電職業技術學院設計出一種便攜式蓮蓬采摘器，使用時，需將收集網扣合在蓮蓬上，剪斷葉柄后翻轉收集網完成蓮蓬采摘；浙江理工大學研制出便攜式自動蓮蓬采收裝置，動力為直流電機，通過傳動機構各動作的配合，同時完成蓮蓬的采摘和收集工作。還有類似的發明，如專利號201620655859.0的蓮蓬采摘器，采用X型的兩個刀片對蓮蓬進行剪切，而后用網兜收集蓮蓬，但該結構略顯復雜，剪切裝置和支撐桿無法分離，且其網兜正處于刀片下方，刀片無法對蓮蓬進行有效剪切。因為蓮蓬下面是蓮蓬的桿莖，如果網兜在刀片的下面，那么采摘時，蓮蓬很難進入刀片口，給采摘帶來了不便；另一方面，現有技術提供的采摘器只考慮了采摘距離較遠的蓮蓬，對于一些距離比較近但用手又采摘不到的蓮蓬，使用起來時刀片的傳送機構就不好使用。

中國專利號2012204282944中公開了一種蓮蓬采摘器，其主要由網兜、剪刀、托架、支撐桿和滑動桿組成，該裝置雖然能夠較好地延長采摘距離，但是，其施力力矩較小且在采摘期間網兜會頂到蓮蓬的支撐莖，從而不便于使用。江蘇大學唐書萍“基于機器視覺的蓮蓬識別關鍵技術研究”一文中，以自然環境下采集到的子蓮蓮蓬圖像為研究對象,從圖像預處理、圖像特征提取、目標特征降維以及目標識別等關鍵技術展開相關研究,以實現基于機器視覺的蓮蓬圖像目標物識別,為蓮蓬的自動采摘研究提供技術支持支持。然而，由于蓮蓬采摘設備研究起步較晚，生產組織化、規模化程度低，缺少持續的研發計劃與資金扶持等原因，導致蓮蓬采摘機械裝備研究發展緩慢，且許多成果還停留在方案設計，實用性有待加強。

2 輕型蓮蓬采摘設備設計

2.1 設計要求

深入陽澄湖、太湖等周邊地區了解農民對蓮蓬采摘器的功能需求，通過對調研結果進行分析，歸納梳理關于蓮蓬采摘器設計要求包括：（1）采摘器機構簡單、質量輕，易于戶外操作使用；（2）采摘器需操作省力、省時，能提高采摘效率，并且制造成本低；（3）采摘器需具有足夠的強度和剛度以避免在采摘過程中折斷或變形；（4）采摘器不僅能將蓮蓬采摘下來，還能將蓮蓬準確地收集在收集袋中，以減少浪費；（5）為了滿足不同遠近蓮蓬的采摘，采摘器應設計成可以伸縮的結構，以滿足不同距離的要求。

2.2 蓮蓬采摘器總體設計

因蓮蓬目前主要靠人工采摘，且采摘比較辛苦，費時、費力。若能研制出一種減輕采摘辛苦的蓮蓬采摘器，可解決蓮蓬種植戶的后顧之憂。根據蓮蓬生長環境、生長特性和產品質量要求等，結合采摘工人提供的經驗，提出輕型蓮蓬采摘器結構設計，如圖3、圖4所示。

圖3 采摘器外形圖

圖4 收集裝置和分斷裝置的結構示意圖

蓮蓬采摘器主要包括手柄組件、收集裝置和分斷裝置，手柄組件靠近收集裝置的一端固定設有用于安裝收集裝置和分斷裝置的連接座。分斷裝置包括固定在連接座中的電機和用于分斷蓮蓬的刀片，電機用于驅動刀片轉動，連接座上固定有導軌，蓮蓬搭設在導軌上，蓮蓬莖干位于導軌之間，手動驅動分斷裝置逐漸靠近蓮蓬，刀片在電機驅動下將蓮蓬莖干分斷，分斷后的蓮蓬落在導軌上，重復上述過程，采摘下一個蓮蓬，下一個蓮蓬將上一個蓮蓬頂入收集裝置中，也可以人手驅動分斷裝置的一端抬升，使得蓮蓬在重力的作用下自動落在收集裝置中。

3 應用前景

本文設計的采摘器，不僅解決了現有技術蓮蓬采摘不便利的問題，而且更利于被采摘的蓮蓬落入網兜中，同時擴大了采摘范圍，既能夠采摘較遠的蓮蓬，又方便采摘較近的蓮蓬。蓮蓬采摘器的成功研制，不僅能夠解決蓮蓬采摘之苦，提高采摘效率，同時在 “農家樂”等觀光旅游項目中，對于休閑旅游的人群來說，可增加他們的快樂采摘體驗，在一定程度上促進蓮蓬經濟的發展，推進水生植物機械化收獲的進程。