張恩銘，張新星，陳葉葉，陳席國(guó)，吳成成，李治丹

（衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，浙江 衢州 324000)

0 引言

農(nóng)業(yè)機(jī)械種類多、用途廣泛，如農(nóng)作物的種植、收獲、初加工、處理過程等方面所應(yīng)用的機(jī)械設(shè)備，以及畜牧業(yè)生產(chǎn)過程、初加工、處理過程等方面所使用的各種農(nóng)業(yè)設(shè)備。目前，水果類農(nóng)產(chǎn)品主要以原果出售為主，發(fā)展水果收獲機(jī)械，可進(jìn)一步提高果農(nóng)收入。收獲機(jī)械主要用于農(nóng)作物和農(nóng)產(chǎn)品的收獲。采摘機(jī)是收獲機(jī)械一種，可以減輕果農(nóng)在采摘水果過程中的勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)力投入，也可提高水果采摘質(zhì)量。為進(jìn)一步提高水果的商品價(jià)值，促進(jìn)農(nóng)民增收，對(duì)采摘機(jī)進(jìn)一步研究和改良十分必要。

國(guó)內(nèi)的水果采摘目前主要靠人力手工采摘，簡(jiǎn)易機(jī)械輔助采摘。果農(nóng)手工采摘水果，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且采摘效率也比較低，采摘后的水果品質(zhì)差，衛(wèi)生不達(dá)標(biāo)，嚴(yán)重影響了水果的商品價(jià)值。雖然智能采摘機(jī)研究取得了一定進(jìn)步，但和國(guó)外采摘機(jī)水平還有差距。國(guó)外的智能采摘機(jī)設(shè)備的技術(shù)比較先進(jìn)，卻不能完全符合我國(guó)水果采摘現(xiàn)狀。

采摘機(jī)關(guān)鍵的一步是使果實(shí)與果樹分離，一般利用切割技術(shù)使果實(shí)與果樹分離。國(guó)內(nèi)外的切割技術(shù)有很多，比較傳統(tǒng)的切割方式是機(jī)械切割，現(xiàn)代化的切割方式有激光切割、水射流切割、新型工業(yè)燃?xì)饣鹧媲懈钜约俺暻懈畹惹懈罘椒?。選用最優(yōu)的切割方法與現(xiàn)代智能技術(shù)相結(jié)合可提高水果的采摘效率，適應(yīng)國(guó)內(nèi)采摘環(huán)境，可減少勞動(dòng)力投入，具有很大的研究意義和市場(chǎng)需求。

1 國(guó)內(nèi)外切割技術(shù)研究概況

國(guó)外研究人員對(duì)切割技術(shù)研究較早，切割技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域較廣，切割技術(shù)也比較成熟，但選取與智能采摘相匹配切割技術(shù)的研究還并不多，隨著機(jī)械設(shè)備的發(fā)展，急需研究比傳統(tǒng)機(jī)械切割更合適的切割技術(shù)。目前，我國(guó)將切割技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)機(jī)領(lǐng)域的研究處于起步階段，選取合適切割技術(shù)與智能采摘機(jī)相匹配，有利于推進(jìn)我國(guó)水果采摘機(jī)的發(fā)展，非常具有研究?jī)r(jià)值。

1.1 國(guó)外情況

國(guó)外的切割技術(shù)起步早，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，在不同領(lǐng)域有不同的切割技術(shù)與之相匹配。選取合適的切割技術(shù)應(yīng)用到水果采摘機(jī)領(lǐng)域很有研究必要。

1）Teguh Dwi Widodo等研究人員于2020年10月研究了磨料水射流切割技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)用植入材料中，選用合適的切割角度、速度、水壓和室溫，可以使或者在植入醫(yī)用材料后，傷口更容易愈合[1]。

2）加拿大國(guó)家研究委員會(huì)航空航天制造技術(shù)中心的C.Beausoleil等研究人員于2020年7月研究發(fā)現(xiàn)，將激光切割技術(shù)應(yīng)用到陶瓷等脆性材料中，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化制造，可以精確控制切削深度、寬度和精度，切割效果好，效率高，質(zhì)量高，幾乎無缺陷[2]。

3）波蘭羅茲理工大學(xué)機(jī)電與信息系統(tǒng)研究所的Maria Dems等研究人員于2020年4月研究發(fā)現(xiàn)，將激光切割技術(shù)或者電火花切割技術(shù)應(yīng)用到切削電機(jī)芯片，可以有效減少電力損耗，激光切割和電火花切割可以完成精度較高的切割[3]。

4）美國(guó)Dalio心血管成像研究所的Nazanin Farokhnia等研究人員于2020年2月研究發(fā)現(xiàn)，將激光切割技術(shù)應(yīng)用到血管類軟管的切割，激光切割技術(shù)精度高，切割效果好，可以滿足醫(yī)學(xué)切割要求[4]。

5）芬蘭自然資源研究所的Laitila等研究人員于2020年1月研究發(fā)現(xiàn)，不同的收割機(jī)頭對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械收割機(jī)的砍伐效率和樹木砍伐質(zhì)量影響較大，選擇適當(dāng)?shù)那懈罴夹g(shù)應(yīng)用到農(nóng)機(jī)上很有必要[5]。

6）日本國(guó)家先進(jìn)工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所、先進(jìn)制造研究所聯(lián)合早稻田大學(xué)的Satoshi Kajino等研究人員于2020年1月研究了一種新型的機(jī)械切割方法，將金屬絲同時(shí)施加剪切力和扭轉(zhuǎn)力，用于切割高質(zhì)量胚料的較窄區(qū)域，切割效果可以達(dá)到理想要求[6]。

7）美國(guó)亞利桑那大學(xué)聯(lián)合科羅拉多大學(xué)的Rahimian Rombod于2019年4月研究提出，對(duì)低資源環(huán)境下如何讓選取合適的切割技術(shù)應(yīng)用到切割壞死的神經(jīng)或者截肢等，在沒有合適的切割工具時(shí)，可以用高速牙科工具代替[7]。

8）俄羅斯南烏拉爾州的Ivan A.Ilin等研究人員于2019年3月研究發(fā)現(xiàn)，將激光切割技術(shù)應(yīng)用到高強(qiáng)度鋼切割與等離子切割技術(shù)應(yīng)用到高強(qiáng)度鋼切割進(jìn)行比較，兩種切割方式都能完成對(duì)高強(qiáng)度鋼的切割，切割結(jié)果進(jìn)行比較，研究結(jié)果可改善熱切割焊接方法[8]。

9）韋恩州立大學(xué)機(jī)械工程系A(chǔ)meer Al-shawk等研究人員于2018年9月研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)不同切割方法應(yīng)用到制作板料，水射切割技術(shù)、電火花切割技術(shù)和銑削切割技術(shù)均可以應(yīng)用到制造板料中[9]。

10）2017年7月University of Natural Resources and Live Sciences的Alejandro Martínez-Conde等研究人員研究發(fā)現(xiàn)，激光切割技術(shù)不僅可以切割木材材料，還可以切割金屬材料和非金屬材料，并且激光切割相比傳統(tǒng)機(jī)械切割方式具有可控性高，無接觸機(jī)械損傷，切割效果好等優(yōu)點(diǎn)[10]。

國(guó)外的切割技術(shù)已經(jīng)非常成熟，應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，但在農(nóng)機(jī)行業(yè)依然以機(jī)械切割為主，隨著智能農(nóng)機(jī)的發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)械切割的弊端已逐漸展露，需要選取一種可控性高，精度高的切割技術(shù)，激光切割與智能采摘機(jī)相結(jié)合可以達(dá)到理想效果。

1.2 國(guó)內(nèi)情況

我國(guó)的切割技術(shù)現(xiàn)處于快速發(fā)展階段，雖然已應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，但在智能采摘機(jī)領(lǐng)域的研究還有很大的發(fā)展空間。

1）華中科技大學(xué)聯(lián)合東京大學(xué)的魏白等研究人員于2020年7月研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的機(jī)械切割方式配合新型的切割方法可以有效改善骨科切骨手術(shù)過程中對(duì)患者造成二次損傷，提高手術(shù)效率并減小能耗[11]。

2）大連理工大學(xué)的譚毅等研究人員于2020年7月研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)機(jī)械切割方式應(yīng)用于切割硅片，不同材料的金剛石線鋸比多線漿鋸切割效果更加理想，可使硅片的反射率降低14.7%左右，將金剛石線鋸切割的鈣片應(yīng)用到太陽(yáng)能電池上，多項(xiàng)功能均得到提升[12]。

3）桂林電子科技大學(xué)的魏邦聚等研究人員于2020年7月研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的機(jī)械切割方式應(yīng)用到石材切割，金剛石線切割比現(xiàn)有的線鋸機(jī)在切割過程中效率更高，更加環(huán)保并且更加安全[13]。

4）河北建筑工程學(xué)院的王新明等研究人員于2020年6月研究發(fā)現(xiàn)，激光切割技術(shù)在國(guó)內(nèi)得到快速發(fā)展，被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，激光切割技術(shù)可以切割塑料材料、玻璃材料、木材材料以及金屬材料和非金屬材料等，并且切割效率較高，質(zhì)量好，環(huán)保綠色能耗低，可控性和自動(dòng)化水平高[14]。

5）天津大學(xué)聯(lián)合愛爾蘭都柏林大學(xué)的魏坤頡等研究人員于2020年2月研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)械切割方法改良成可切割原子尺度的切割技術(shù)ACS，一種向原子和接近原子規(guī)模制造的破壞性切割技術(shù)，與傳統(tǒng)切削過程中以剪切為主的切屑形成和微納米切削過程中以擠壓為主的切屑形成有明顯不同[15]。

6）蘇州大學(xué)的劉海青等研究人員研究發(fā)現(xiàn)，高壓水射流切割技術(shù)具有綠色環(huán)保和切割效率高的特點(diǎn)，可用于醫(yī)學(xué)切割、垃圾切割、土木工程建設(shè)以及礦產(chǎn)開采等較大規(guī)模的切割[16]。

7）哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王振龍等研究人員于2019年7月的研究發(fā)現(xiàn)，電火花線切割技術(shù)的應(yīng)用成本較高，利用線狀電極產(chǎn)生的高溫將材料汽化來完成切割，切割過程中需相對(duì)穩(wěn)定的加工環(huán)境，才能完成對(duì)材料的切割，可控性不高，并不適合復(fù)雜水果種植環(huán)境[17]。

我國(guó)的切割技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，但與智能采摘相匹配的切割技術(shù)研究報(bào)道還比較少。激光切割技術(shù)具有可控性高，精度高等優(yōu)勢(shì)，與智能采摘相結(jié)合具有很大的潛在研究?jī)r(jià)值。

2 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，國(guó)內(nèi)外切割技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，切割技術(shù)在各領(lǐng)域的研究也得到了很大的突破。但隨著智能農(nóng)機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)切割技術(shù)應(yīng)用提出了新的要求。需要尋求合適的切割技術(shù)與智能農(nóng)機(jī)相匹配。激光切割技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)，可以用于切割木材材料、塑料材料、金屬材料和非金屬材料等材料。激光切割技術(shù)可控性強(qiáng)，切割精度高，與智能采摘機(jī)相結(jié)合可以充分發(fā)揮出激光切割技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，具有很大研究?jī)r(jià)值，可推進(jìn)智能采摘機(jī)設(shè)備快速發(fā)展，使智能采摘技術(shù)向更節(jié)能環(huán)保、高質(zhì)量，高效率、高產(chǎn)能的方向發(fā)展。