葉菜機械化收獲技術與裝備研究進展*

鄒亮亮，劉雪美，苑進，董小花

(1. 山東農業大學機械與電子工程學院，山東泰安，271018； 2. 山東省園藝機械與裝備重點實驗室，山東泰安，271018； 3. 濱州市引黃灌溉服務中心，山東濱州，256600)

0 引言

我國是世界上最大的蔬菜生產國和消費國，蔬菜播種面積和產量分別約占世界總量的40%和50%以上[1]。蔬菜是城鄉居民生活必不可少的重要農產品，保障蔬菜供給是重大的民生問題。葉菜作為典型蔬菜，是指以植物肥嫩的葉片和葉柄作為食用部位的蔬菜，因其營養豐富，深受消費者喜愛，是我國居民不可或缺的營養源。

目前我國葉菜生產過程隨著農村老齡化的現象日益凸顯，農村勞動力短缺，農業生產成本不斷攀升，葉菜生產“用工難”“用工貴”等問題日益突出，迫切需要加快葉菜生產全程機械化[2]。我國葉菜生產機械化起點低、起步晚、發展慢、水平低，已成為制約蔬菜產業發展的瓶頸。為提升我國葉菜生產機械化作業水平，消除裝備技術體系薄弱對葉菜產業發展的阻礙，應綜合分析我國葉菜生產機械化技術水平現狀，基于國內葉菜生產狀況，葉菜收獲環節基本空白，嚴重制約了葉菜機械化作業的產業閉環鏈的形成，應重點解決影響葉菜生產機械化的薄弱環節。

在葉菜生產各環節中，收獲環節尤為費時費力，作業量超過葉菜生產全部作業量的40%[3-4]。為確保葉菜的品質，與其他作物相比，葉菜的適時收獲更為必要。葉菜類蔬菜主要分為綠葉菜、香辛葉菜和結球葉菜三大類別，不同種類的葉菜形態各不相同，因而收獲原理也應有所差別，為了研制可靠性高、通用性強的葉菜收獲機械，需要對目前國內外葉菜收獲機械研究現狀及關鍵技術進行綜合分析。

1 葉菜機械化收獲裝備研究現狀

1.1 綠葉菜機械化收獲裝備

綠葉菜是以鮮嫩的綠葉、葉柄和嫩莖為食用部位的速生蔬菜，品類豐富，主要包括菠菜、生菜、上海青、茼蒿等葉菜。綠葉菜莖直立，中空，脆弱多汁，在采收過程中極易造成綠葉菜莖葉的機械損傷，由于綠葉菜的物理特性，使得機械采收難度較大。目前我國綠葉菜收獲主要靠人工，機械化水平較低，費事費力，是導致蔬菜產業發展中成本劇增、效益下降的重要環節[5]，因此需要大力提高綠葉菜機械化收獲水平。綠葉菜收獲機械可以解放菜農繁重的體力勞動，降低綠葉菜在收獲環節的成本。

根據割刀的工作位置，綠葉菜收獲機械可以分為割茬收獲和鏟根收獲兩種形式。割茬收獲是指割刀在土上工作，將植株的莖部切斷，切斷后植株葉片散落。該種收獲模式雖然收獲方式容易實現，但是收獲后的綠葉菜割茬容易污染，使貨架期縮短[6]，而且無序收獲方式不利于綠葉菜采后的打捆銷售。鏟根收獲是指割刀工作在土下，切斷植株的根部，然后將整株綠葉菜進行收集。

根據采收后綠葉菜的狀態，可以分為有序收獲和無序收獲兩種收獲方式。無序收獲在綠葉菜播種時一般采用撒播的形式，收獲過程采用鏟根收獲和割茬收獲兩種收獲形式。其中鏟根收獲對起壟有要求，一般要求起壟平整，收獲時土質松軟。有序收獲主要采用鏟根收獲形式，一般要求播種時采用條播的形式，常采用夾持輸送的形式。國外在綠葉菜收獲機械研制方面，其中意大利某公司推出了多種型號的葉菜收獲機械[7]，可以滿足對菠菜、上海青等多種綠葉菜的割茬無序收獲、鏟根無序收獲、帶根有序收獲和割茬有序收獲等多種收獲形式。4種綠葉菜收獲機械中，SLIDE ECO型割茬無序收獲機收獲效率最高，收獲速度最高可以達到10 km/h；SLIDE VALERIANA型帶根無序收獲機由于割刀土下作用，收獲效率較低；TRAX SMALL型割茬有序收獲機與RAPID型帶根有序收獲機均采用夾持輸送形式，為了避免損傷，收獲效率最低。雖然該系列的收獲機械可以對不同類型的綠葉菜進行收獲，但是對綠葉菜的種植農藝要求嚴格，需要相應的耕整地、播種以及移栽機械配合。

與國外成熟的綠葉菜收獲機械相比，雖然國內學者們提出了一系列綠葉菜機械收獲方案，但只是前期的研究開發，鮮有成熟產品投入市場。章永年等[8]設計了一款自走式綠葉菜有序收獲機，采用割茬有序收獲的形式，經過分禾、夾持、切割、輸送、轉向、裝載幾個環節，通過對夾持輸送機構進行設計，最終實現對綠葉菜的低損傷有序采收。高龍等應用功能樹確定葉菜收獲機的總體方案，設計了一種小型智能自動化葉菜收獲機。通過智能調節割幅寬度和割茬高度，可以滿足對多種葉菜進行無序散收。

國內對綠葉菜收獲機械的研究起步晚，目前處于起步階段，主要采用引進和消化吸收的技術研究策略。但由于國內綠葉菜多為散戶種植，種植規模較小，且種植農藝也不適合國外綠葉菜收獲機械，使得歐美國家的大型收獲機械難以滿足國內的需要，所以迫切需要研制高效、適用性強的綠葉菜收獲機械。

1.2 香辛葉菜機械化收獲裝備

香辛葉菜類主要包括大蔥、韭菜、香菜等葉菜。香辛葉菜主要有兩種收獲方式，分別為以大蔥為代表的土下收獲和以韭菜為代表的土上割茬收獲。國外辛香葉菜收獲技術及裝備相對成熟，可實現對該類葉菜的機械化收獲。德國某公司生產了多款大蔥聯合收獲機，配置上擁有開放式主機結構，可以簡單而精確地進行深度控制，采用柔性夾拔皮帶，液壓驅動輸送皮帶，可以完成對大蔥的打稍、挖掘、除土、夾送、堆放等作業。該公司生產的韭菜聯合收獲機，一次可收割單行或多行韭菜，使用負壓風機可以使韭菜切割時保持直立，韭菜被兩個旋轉的錐形刷輥導向入料皮帶。切盤按照設定的切割高度將韭菜切斷，切割高度可液壓調節。韭菜接著被轉向放置在輸送帶上，隨后被切成所設定的小段，然后裝入木箱或料斗。

雖然我國對大蔥、韭菜等香辛葉菜類收獲機械的研究起步較晚，但是發展速度很快，國產化裝備水平較高，而且以中小型收獲機械為主，代表機型有：HX-SHJ型大蔥收獲機、JT-200型韭菜收割機、hx-200型韭菜收割機。但是以大蔥收獲為例，目前的大蔥收獲機主要以單行收獲為主，自動化程度低，功能少，只能實現簡單的挖掘作業，去土、收集工作仍需人工完成。針對目前香辛葉菜收獲機械存在的問題，國內學者對其進行了深入的研究，并提出了相應的改進措施。王方艷等[9]研制了一種集挖掘、清土、升運、鋪放等作業為一體的大蔥收獲機。整機傳動系統分為機械傳動部分和液壓傳動部分，機械傳動部分實現收獲機行走系統及挖掘收獲系統的動力協調，液壓傳動實現挖掘收獲系統的位置調整、夾送裝置的轉速控制、扭鋪裝置的轉速控制。針對目前韭菜收割機安全性和通用性差等問題，宮元娟等設計了一款低割茬的韭菜收割裝置，并提高了收割機的安全性，同時也可以用于收割空心菜、沙蔥等多種作物，實現了一機多用。

1.3 結球葉菜機械化收獲裝備

結球葉菜類主要包括甘藍、結球生菜、大白菜等土表切根類葉菜。目前，結球葉菜類收獲機械較為成熟，其中以甘藍收獲機械為代表，已經應用于世界各地。國外對甘藍收獲機械的研究起步較早，技術研究相對成熟，已實現商品化生產。早在20世紀30年代，前蘇聯就研制了世界第一臺甘藍收獲機，其中設計的拔取裝置、切割裝置、輸送裝置仍然是現在甘藍收獲機研究的核心部件，奠定了甘藍收獲機的基本結構[10]。現階段國外甘藍收獲機械較為成熟，如意大利的RAPID型甘藍收獲機，收獲行距小，最小行距為35 cm，采用前齒刀切割頭，可以通過傳感器調節切割深度，實現自動化調節。比利時的KOROVM DB型甘藍收獲機智能化程度高，單行收獲，采用先拔取后切根的收獲形式，需要拖拉機配套動力不小于94 kW，最小收獲行距為55 cm。丹麥的TK-1000型甘藍收獲機配備網式壓緊皮帶，確保甘藍在輸送和切根時的穩定性。網式壓緊皮帶上下輕壓夾持輸送，穩定性好，可同時適用于球形和扁圓形直徑為20～50 cm葉菜，適用范圍廣。采用圓盤式切刀，能穩定切除作物根部。配套動力不低于104 kW，適宜行距不低于60 cm。3種收獲機械較為成熟，可以滿足不同行距甘藍的收獲需求。

國內對甘藍收獲機械的研究起步較晚，采用引進和消化吸收的模式，已有北京、成都、蘇州等多地引進國外的甘藍收獲機，用于甘藍生產和技術研究[11-12]。通過對國外甘藍收獲機的推廣示范，結合我國種植農藝特點，國內專家學者對甘藍收獲機的關鍵機構進行了一系列的改進升級，并進行了大量的試驗驗證，基本實現甘藍的機械化收獲。

綜上所述，通過對3種葉菜收獲裝備的分析比較，發現雖然結球葉菜收獲裝備體積較大，但是由于結球葉菜最外層葉片的保護作用，且最外層葉片通常不被食用，收獲過程結球葉菜食用部位不易損傷，因而結球葉菜收獲機械收獲效果最好。香辛葉菜直立性較好，收獲過程常采用夾持輸送的方式，便于收獲后的收集打捆，收獲效果較好。綠葉菜種類最多，導致綠葉菜收獲模式有所差別，使得收獲機械的收獲原理有所不同。此外，綠葉菜莖葉作為食用部位，收獲過程極易損傷，這也增大了綠葉菜收獲機械的收獲難度，收獲效果一般。因而可以看出，綠葉菜收獲裝備具有較大的提升空間。

2 葉菜收獲機械化技術研究現狀

考慮到葉菜的形態以及食用部位主要以柔嫩的莖葉為主，收獲過程可以總結為由“切—挖—拔(割)—送—裝”等多個作業環節組成，不同類型的葉菜收獲過程可由不同的作業環節組成。各個環節之間相互聯系，相互影響,每一個環節都會對最終的收獲質量產生影響，如圖1所示。

圖1 葉菜收獲過程圖解

2.1 葉菜與部件互作過程研究現狀

切根是菠菜等葉菜收獲過程的首要環節，對收獲質量起決定性作用。根切過程決定了鏟切阻力，影響了收獲機器的能耗[13-14]。根切過程同時也對土壤的擾動有影響，切根質量好壞直接決定收獲過程的后面環節，因而明晰根切過程中根切鏟與土壤和根部的互作機理變得尤為重要。綠葉菜的根部較細，莖葉多直立狀態，Fujisawa等[15-16]對菠菜收獲機的根土鏟進行優化，為了減少根土鏟工作過程中的壅土量，對鏟在土壤中的工作軌跡進行研究，將鏟在土壤中的行進軌跡進行數學建模，并借助離散元分析的方法進行仿真驗證，通過仿真分析得到了根土鏟的最優工作軌跡。劉雪美等[17]設計了一種適用于白蘆筍選擇性收獲機的末端執行器，利用離散元法建立了白蘆筍—末端執行器—土壤的互作用模型，對末端執行器入土驅動力、剪切力以及夾持力等控制參數進行了定量描述，為葉菜切根過程的研究提供了理論基礎。

在葉菜夾持有序輸送過程中，植株極易受到夾持輸送裝置的擠壓產生機械損傷。為了避免采收過程中由于作用部件引起的果蔬損傷，國內外學者為實現柔性夾持而進行了大量的研究。鄒亮亮等[18]通過研究菠菜植株的流變特性，基于Burgers粘彈性模型構建了菠菜植株夾持輸送作用下的流變本構方程，將菠菜塑性變形量作為衡量菠菜機械損傷程度的評價指標，研究菠菜與夾持機構的互作關系，實現低損傷夾持輸送。為了減少采摘機器人末端執行器在夾持過程中對果蔬造成的損傷，苗玉彬等[19-20]設計了一種恒力柔順夾持機構，通過在末端執行器的驅動機構和夾鉗之間設置柔順屈曲梁，采用打靶法和遺傳算法計算求解柔順機構的數學模型，設計優化柔順機構的相關參數，使末端執行器在一定位移輸入范圍內具有恒力輸出特性，并可根據夾持力大小調整，從而實現對果蔬的恒力夾持。

綜上所述，通過建立葉菜力學模型，分析葉菜與收獲作用機構的互作關系，采用主動控制、柔性夾持等技術，可以實現對葉菜的低損傷收獲。

2.2 收獲過程關鍵機構設計

2.2.1 根切機構設計

不同種類的葉菜根的尺寸和力學特性不同，因而根切方式和根切機構也不同。針對甘藍等葉菜根部粗壯，根菜分離過程需要消耗大量的能量，了解甘藍根部的物理和力學特性，對指導甘藍鏟切機構的設計和鏟切參數的優化具有指導意義[21-22]。李小強等[22]通過對甘藍根莖部的切割試驗，分析了不同夾持、切割方式、切割方向和速度對切割力的影響，為甘藍收獲機切割器的設計與改進提供了理論依據。

目前綠葉菜收獲主要采用的是割茬無序收獲的形式，為了解決收獲過程中機械損傷以及采后收集處理等問題，迫切需要解決綠葉菜低損傷、有序收獲等關鍵技術。破土鏟根是菠菜等綠葉菜有序收獲的首要環節，鏟根過程關聯收獲的后續環節，影響綠葉菜的機械損傷，因而需要對鏟根過程進行研究。

目前葉菜鏟根機構主要可以分為回轉式、往復振動式和平直滑切式鏟切機構。三種鏟根機構，平直滑切式鏟切機構結構最簡單，采用滑切原理，適用于土質松散種植環境下的葉菜收獲；回轉式鏟根機構可以提供較大的切割力，主要用于結球葉菜等較粗根系的切割；往復振動式通過振動的方式，可以輕松實現根土分離。

甘藍根莖較其他葉菜根粗壯，因而需要較大的剪切力才能切斷，為了順利切斷甘藍的根，目前普遍采用回轉式鏟切機構。該機構可提高切刀受力的平衡性，有利于提升切根質量、切根效率，便于后續夾持輸送。李天華等[23]采用并排布置的回轉式圓盤切刀，通過調節切刀轉速、切割位置、行走速度、切刀重疊量和俯仰角度等參數，使得切根反作用最小，此時切根效率高、切根效果好。

往復振動式鏟切機構是通過鏟刀左右或前后振動，鏟刀跟隨收獲機械前進而切斷葉菜根部。該形式一般適用于起壟的種植模式，通過動力源帶動刀片左右擺動，刀片在土下作業，收獲機械由于前進方向的動力牽引將葉菜根切斷。意大利的SLIDE VALERIANA型帶根無序收獲機和日本的KOYO健人型葉菜根切機采用的是該種切割方式。該種切割方式切割效率高，但是在葉菜種植時需要起壟種植。

平直滑切式是模擬人工采收過程，利用滑切原理，當鏟刀跟隨機器一起前進時，將葉菜根部切斷，一般用于切割根部較細長的綠葉菜。采用合理的滑切角可以降低切割阻力，降低機具作業功耗，因而需要對鏟刀的刃口進行優化設計。苑進等[24-25]設計的菠菜收獲機根切機構采用平直滑切式，將菱形曲面鏟、三角直鏟、矩形直鏟3種鏟進行對比，通過仿真分析，證明了在3種鏟的規格基本尺寸參數一致的前提下，采用滑切形式的三角直鏟在鏟切過程中受到的鏟切阻力最小，對土壤的擾動較小，因而鏟切效果較好。權龍哲等[26]通過建立玉米根茬切割過程的動力學模型及能耗模型，揭示了最優滑切角與物料摩擦角之間的函數關系，以根土復合體為研究對象，設計了具有多級滑切角的刃口，大大降低了鏟切功耗，為葉菜根部鏟切提供了理論指導。

2.2.2 挖掘機構設計

挖掘過程是大蔥收獲的首要環節，大蔥挖掘鏟的工作深度較深，在設計的時候不僅需要考慮入土性能和功耗，而且要避免切斷大蔥。挖掘過程要配合抖土機構，作業時，挖掘鏟和抖土篩聯合作業，完成大蔥挖掘和一次去土清雜。挖掘裝置作為大蔥收獲的核心部件，影響大蔥的挖掘效果及收獲質量。常用的挖掘裝置有振動鏟式、刀盤式及組合式等。振動鏟式、刀盤式挖掘裝置入土效果與土壤松碎效果好，但易傷蔥且功耗大。王方艷采用組合挖掘裝置，該裝置由位于大蔥壟兩側的旋松刀組與壟底的V型挖掘鏟組成，采用分步挖掘方式，可有效減少挖掘阻力，適度增加挖掘深度，對土壤的適用性較強，可提高大蔥的挖掘深度，有效降低挖掘鏟的挖掘阻力及工作適應性。工作時蔥壟兩側的土壤被旋松刀組旋松側拋，底部土壤被V型挖掘鏟切割和抬升。侯加林等[27]對挖掘鏟的鏟刃斜角、鏟寬和挖掘鏟的水平傾角進行優化，提高了挖掘鏟的入土性能，減低了能耗，避免在挖掘過程出現雍土和挖斷大蔥的現象。

2.2.3 拔取機構設計

鏟完根后為了實現根菜以及根土徹底分離，需要對葉菜進行拔取。拔取機構主要分為夾持拔取機構、引拔機構和雙螺旋拔取機構，如表1所示。

表1 典型的拔取機構Tab. 1 Typical structure of detaching mechanism

杜冬冬[28]采用引拔鏟作為拔取裝置，收獲時引拔鏟配合撥輪的方式，利用機具的前進速度，將甘藍連根拔起并沿引拔鏟導向桿向后引導至輸送裝置，撥輪起到輔助喂入的作用。

雙螺旋拔取機構將結球甘藍導正喂入后，將甘藍拔起并輸送到切根機構。工作時，由于螺旋軸與地面呈一定的角度，隨著作業機車的前進，甘藍根莖與螺旋軸接觸，當螺旋軸與甘藍根部及結球外包葉充分接觸后，螺旋軸對甘藍產生向上的拔取力，此后隨著作業機車繼續前進，甘藍相對于地面的高度不斷增加，甘藍逐漸被拔離土壤，同時，壓頂網帶接觸包裹甘藍，在螺旋軸夾持及壓頂網帶的共同帶動下，向切根機構輸送[29-30]。

綠葉菜根部較細而且短，在被切斷后極易被拔取，拔取力較小，采用夾持拔取機構容易拔取而且可以保持葉菜的直立狀態，便于后面的有序輸送。

2.2.4 割茬機構設計

割茬收獲是指土表切割，主要用于收獲韭菜、綠葉菜等葉菜，收獲效率高。割茬收獲過程中，切割質量對收獲效果至關重要。施印炎等[31]采用虛擬樣機設計方法，建立了切割部件的三維實體模型和莖稈的柔性簡化模型，并進行剛柔耦合動力學仿真分析，選取切割器對莖稈切割力和重割率為評價指標，對自走式蘆蒿有序收獲機中往復式切割器的結構參數進行優化設計。

韭菜種植時采用條播的形式，收獲時可以采用單行收獲，割刀的形式采用圓盤鋸齒刀，通過電動馬達驅動刀具高速轉動，對收割韭菜的根不會造成傷害，最大程度保護韭菜的下一次產量。針對綠葉菜的割茬收獲，要求地表平整，為了提高收獲效率，采用寬幅收獲，割刀形式主要采用往復振動切割。與根切機構相比，雖然兩種機構的結構形式相近，但是由于割茬是在土表完成，工作時工作阻力小，所以割茬過程更易實現。

2.2.5 輸送機構設計

輸送環節按照收集的效果可以分為有序輸送和無序輸送。無序輸送主要采用輸送帶的形式，將葉菜由地面輸送至收集箱，結構簡單，輸送效率高，是目前綠葉菜收獲過程中主要采用的輸送形式，但是由于無序輸送，需要后續人工分揀，為了徹底實現“機器換人”作業，需要采用有序輸送形式。

有序輸送主要采用夾持輸送的方式，夾持力的大小決定了輸送的成功率和損傷率。夾持拔取力的控制要合理，夾持力過大會造成葉菜的損傷，夾持力太小會導致拔取失敗，因而需要對夾持機構進行優化設計，控制夾持力，實現柔性夾持[32-33]。杜冬冬等[11]采用橫向輸送帶式的夾持輸送方式用于甘藍收獲機的設計，并通過試驗證明了該種輸送方式有利于減少擠壓破損，提高收獲質量。

除了夾持輸送方式，周成等[29]對雙螺旋輸送裝置進行設計研究，探索甘藍收獲機拔取輸送機構的最佳結構參數和各因素對拔取輸送率和切根合格率的影響規律，但該種輸送方式只能應用于結球類葉菜。

2.3 葉菜機械收獲智能化技術

葉菜收獲一直是葉菜生產智能化管理的難點環節，在技術上對精準識別、智能定位、柔性夾持等均有很高的要求，同時農機、農具、農藝、作業等的匹配度也是決定智能化收獲的關鍵因素。隨著定位與導航、傳感與檢測、自動控制和信息處理等技術的發展，收獲過程的自動化和智能化已成為葉菜收獲的必然趨勢[34-35]，是解決葉菜收獲損傷，提高葉菜收獲效率的有效途徑。

2.3.1 自動對行技術

由于葉菜收獲作業時間較長，收獲過程需要駕駛員集中精力來人工對行，駕駛員易產生駕駛疲勞。在收獲過程中，收獲機對行質量差，易造成漏割、重割、推倒及碾壓葉菜植株等現象，造成收獲損失大幅增加[36]。自動對行技術在大田作物收獲過程中已得到大量應用[37-38]，但在葉菜的田間收獲應用較少，目前已成為國內學者研究的熱點。

目前在農業生產中自動對行技術普遍采用基于機器視覺和全球導航衛星系統兩種方法，前者利用圖像處理技術識別作物行的方法，進而確定導航基準線，實現農機與作物的相對位置與航向信息的測量；后者利用衛星定位技術實現農機位置的高精度測量，在農業生產中應用最為廣泛。而面對復雜的田間環境變化，在位置測量中應用多傳感器數據融合技術通常也可以得到更好的測量結果。伍淵遠等[39]利用機器視覺技術獲取智能葉菜收獲機作業過程中所需的導航參數。首先對自主獲取導航參數進行研究，將采集的葉菜田圖像進行預處理、獲取導航離散點，利用穩健回歸法對離散點進行線性擬合進而獲得導航控制參數，以便收獲機調整作業方向。吳華瑞等通過集成農機自主導航、軌跡監測、機器視覺、柔性感應等先進技術，以起壟、移栽軌跡數據為作業底數，利用自主導航和軌跡實時監測實現甘藍采收的精準對行，通過柔性感應技術實現甘藍球體大小自動識別和采收履帶寬度的動態調整，防止由于甘藍大小不一造成的采收障礙，利用機器視覺技術實現漏采甘藍的快速識別，為作業過程中農機具性能調優提供支撐。收獲過程由無人駕駛拖拉機帶動甘藍自動收獲機實現精準對行，一排排甘藍依次準確進入自動收獲機的采集器中，由高速旋轉的割刀將甘藍的根部切斷，割下的甘藍由升運裝置、傳送帶直接采收入筐。

2.3.2 割臺仿形技術

葉菜收獲過程對切割的位置要求比大田作物更為嚴格，無論是土下切根形式還是地表割茬形式，常常會因為切割位置調整不當造成葉菜大量的損耗。因而葉菜割臺仿形控制是葉菜機械收獲過程中亟待解決的一個問題。為了解決拔取過程中由于地表不平導致的漏切、漏拔，Kanamitsu等引入了一套帶有位置伺服控制的高度自動調節器，能根據地面高低起伏自動調整收獲機的升降，大大提高了拔取成功率[40]。日本信州大學研制了一款菠菜自動收獲裝置，該收獲裝置的根部切割裝置具有2個自由度，通過激光測距，在鏟根過程中調節切根裝置的角度和深度，避免了菠菜的漏切，并采用PID對鏟切調節過程進行控制。楊術明等設計了基于超聲波傳感器的割臺高度控制系統，利用PID控制算法解決收割機割臺高度調整實時性較差等問題。胡焉為等[41]設計了一種雙輸入雙輸出系統，使割臺能跟蹤地面起伏進行俯仰、擺轉調控，實現割臺高度自動控制，達到割茬高度一致的目的。

3 存在問題

我國葉菜機械化收獲已經成為葉菜生產全程機械化的短板，解決葉菜機械化收獲已經成為實現葉菜全程機械化的主攻方向。雖然國內相關企業以及科研機構一直致力于對葉菜機械化收獲的研究，但是葉菜機械化收獲沒有取得實質性的突破，結合我國葉菜生產實際情況，具體問題如下。

1) 葉菜品種豐富，使得收獲機械的通用性差。葉菜是品種最多的一類蔬菜，不同類型的葉菜形態各不相同，因而收獲原理也有所不同，收獲機械的通用性差，導致不同類型的葉菜需要專門的收獲機器，增加了機器收獲成本。

2) 整個收獲過程機械化程度低。目前在國內推廣示范的葉菜收獲機，往往只解決了收獲過程的某些環節，整個收獲過程仍需要人工參與完成。以綠葉菜收獲為例，目前的機型僅解決了收獲過程的切根環節，后續收集、包裝仍需要人工完成。為了實現“機器換人”作業，需要整個收獲過程實現機械化。

3) 葉菜在收獲過程中與機具之間存在互作關系，易產生損傷。葉菜莖葉作為食用部位，柔嫩多汁，極易損傷。在收獲過程中，收獲機具的相應部件會與葉菜產生相互作用，特別是在夾持拔取輸送環節，葉菜受到擠壓作用極易產生損傷，加速葉菜的腐爛變質，最終影響葉菜的經濟效益。

4) 缺少適宜機械化作業的葉菜種植農藝標準，增加了機械收獲的難度。葉菜生產全程機械化離不開各環節作業機具的協調配套，任何一個環節不配套都會影響后面的收獲環節。在種植以及后續生產管理過程中，通常依照菜農經驗進行種植和管理，現缺少與農機作業相匹配的農藝標準，增加了機械收獲的難度，影響了收獲機械的工作效率和收獲效果。

4 發展趨勢

結合我國葉菜機械化收獲存在的諸多問題，根據我國葉菜生產具體特點，現總結葉菜機械化發展趨勢如下。

1) 實現葉菜收獲機械通用化和智能化。加強葉菜收獲機械的通用化研究，實現機具的多環節、多品種作業，真正實現“一機多用”，可以提高作業效率，降低作業成本。加強收獲機械智能化研究，引入無人駕駛、圖像識別、柔性夾持等技術，可以降低勞動強度，減少作業損失。

2) 堅持自主研發國產機具和消化吸收國外先進技術相結合。主動引進國外先進的葉菜機械收獲技術，建立適用于我國葉菜生產需求的葉菜收獲機械化技術工藝模式，填補關鍵技術空白、提升薄弱環節，從而推動葉菜生產標準化體系建設，保障葉菜產業健康發展。

3) 實現葉菜的低損傷、高效率機械化收獲。研究葉菜與收獲機械作用部件之間的互作關系，對葉菜收獲機械進行優化設計，采用柔性夾持、喂入量檢測等技術，實現葉菜的低損傷收獲。對葉菜收獲機械進行工作參數優化設計，提高收獲效率。

4) 構建完整的葉菜生產全程機械化技術體系。葉菜收獲機械化離不開生產機械的標準化和農藝的規范化。雖然近年來國內有些省份和地區針對蔬菜生產相繼出臺了相應的規范和標準，但是由于葉菜種類繁多、生產環節復雜，使得這些規范和標準存在著生產環節間不配套、區域間不統一、各類標準間不銜接等問題，因而迫切需要建立健全完善的葉菜生產全程機械化技術體系。葉菜生產全程機械化技術體系可以解決葉菜機械化生產的薄弱環節，建立高效的專用葉菜機械化生產技術體系，加快機械化生產進度，發展適合我國國情的葉菜生產全程機械化技術體系。