1 引 言

2014 年， 國外在茶園機械領域的研究較少， 未見論文專利等研究成果報道。國內茶園機械的相關研究主要集中于采茶機械， 有部分研究針對修剪機、深耕機、防霜風扇等展開， 總體取得了較為豐碩的成果。各研究單位共公開發表論文 27 篇， 其中發展研究類 9 篇， 新產品試驗效果及推廣類 6 篇， 產品使用方法說明類 5 篇， 技術研發類7 篇； 申請專利共 21 項， 其中發明專利 13 項， 實用新型專利 8 項。

2 研究成果分析

2.1 論文成果分析

發展研究方面， 楊擁軍[1]、李文萃[2]、韓余[3]等分別對茶園耕作機械、茶園防霜風機及茶園機械的發展現狀做了較詳細的分析論述。他們認為， 當前茶園機械化過程中新技術應用日益增多， 但是還存在發展不全面， 自動化、智能化程度低等問題， 未來發展應注重局部與整體相結合， 技術開發應向丘陵山區茶園傾斜。鄭文佳[4]、蔡海濤[5]、毛世紅[6]等分別針對貴州、黃山、同仁等區域茶園機械發展狀況進行了分析與展望， 這些傳統茶區有著強勁的茶園機械需求， 然而， 由于茶園機械化水平相對落后， 科技知識匱乏， 極大地限制了當地茶業的發展。

新產品應用方面， 李維[7]、尹先足[8]等進行了單人電動采茶機的試驗研究。結果表明當蓬面標準芽葉比例接近70%時， 機采效果較好， 所采標準芽葉可達 37.49%, 機采鮮葉中茶多酚、游離氨基酸的含量分別為 20.76%、4.55%,符合名優茶制作標準； 當蓬面標準芽葉比例接近 55%時，機采鮮葉的組成與品質則符合大宗茶的制作標準。鄭榮華[9]等對國產的智能防霜風機進行了試驗研究， 結果表明，該機具有自動化程度高、環保、穩定、安全等優勢， 可明顯提升明前茶的品相； 但是前期投入成本較大， 如若產品能通過鑒定， 進入各級政府農機補貼目錄， 則更易為茶農所接受。權啟愛[10]等對 ZGJ-120 型茶園中耕機的結構特點進行了分析說明， 并制定了使用方法技術規程； 梁華龍[11]、尹梅俊[12]、琚貽平[13]
等對茶葉機械的選購和使用方法進行了較為系統的論述， 為茶農提出一些指導意見； 何雪[14]對高地隙茶園管理機進行了試驗研究， 并指出一系列安全注意事項。

技術研發方面， 秦廣明[15]等完成了 4CZ-12 型智能采茶機器人的設計， 并進行了田間試驗。作者采用 R-G-B 算法進行圖像處理， 獲取 R-B 灰度圖像， 進行閾值分割， 最短處理時間僅為 0.228 s.田間試驗結果表明， 4CZ-12 智能采茶機器人平均誤識別率為 28.7%, 單手采摘次數為 1.29次/s、整機生產效率（鮮葉）為 5.254 kg/h、漏采率為 2.66%、摘后收集率為 99.6%、老梗葉率為 0.8%、茶芽完整率為76.6%, 表明機具各項性能指標均滿足設計要求。韓余針對自走式采茶機， 進行了機架底盤連接槽鋼模態分析，證明其振動特性滿足采茶機工作要求； 并設計了自走式采茶機液壓系統， 通過仿真分析與樣機試驗有機結合， 證明了該液壓系統設計的合理性。徐良[18]針對引進臺灣的 308F小型手扶式茶園中耕機， 建立了雜草纏繞數學模型。分析認為， 為防止和減少纏草現象， 除草作業應該在雜草初長時進行， 應該在雨后或早晨雜草含水率較高時進行； 還可以通過增加轉軸半徑， 在轉軸上增加雜草切割裝置， 并將轉軸設計成封閉光滑結構來降低纏草幾率。

另外， 陳云琳[19]、陰代權[20]就機械修剪體質增效技術進行了試驗研究。試驗表明， 推廣機械修剪能搶抓茶葉修剪節齡， 降低勞動強度， 節約成本， 且剪后茶園平整， 新芽萌發整齊， 起到了體質增效的作用。

2.2 專利成果分析在專利成果方面， 多為采茶機類。因為采茶機械發展相對較為成熟， 具有較堅實的研究基礎， 設計人員趨于全方位、多角度考慮， 相關成果大多為原有電動采茶機、手抬式采茶機、乘坐式采茶機等采茶技術的改進與完善， 也有少部分比較新穎的采茶類機械專利產品。

小型采茶機受茶園地形及農藝的限制較少， 容易推陳出新， 故新專利產品也比較多。蘇州市西山鴻運材料用品廠周福祥[21]發明了一種裝有減震裝置的內燃機驅動采茶機， 并制定了使用方法，.本發明主要包括內燃機、變速箱、背架、減震裝置，通過在底座和支撐架之間設置減震裝置， 有效地降低了內燃機引起的背架振動， 使操作者可長時間作業。陳緯[22]發明了一種便攜式采茶機。該機殼體內安裝有上下條形齒板， 上下條形齒板之間設有鋸齒刀片，沿上下條形齒板的軸向做往復運動； 上下條形齒板之間設有滑動機構， 可以調節上下條形齒板疊合所形成的齒槽的間距。本發明結構簡單， 操作方便， 既能提高采摘質量， 又能提高工作效率及經濟效益， 適合各種茶園、不同檔次的茶葉采摘。四川農業大學馬菁[23]等設計了一種太陽能手持式采茶機。該設備采用太陽能電池板和蓄電池雙電源， 通過光伏充電控制器自動控制優先使用太陽能電池板提供的電能， 也能由蓄電池單獨供電， 操作簡單， 適合于丘陵區茶園和個體茶葉種植戶， 對于提高采茶機械化有積極作用。臺州市路橋蓬街塑模機械廠王金富[24]設計了一種電動采茶機， 擬解決電動采茶機電機、電源、采茶剪切機構之間的動力匹配不合理、工作效率不高等問題。 該機包括機架、收集袋、切割刀條、掃葉板、驅動電機， 其動力傳遞簡單、結構緊湊、使用方便。南通大學汪旭亮等[25]發明了一種茶葉單芽采茶機。該機殼體底板上設置多個僅能通過茶葉單芽的底孔， 在底孔的近側設置由電磁鐵運動驅動的切刀， 增加了采茶機的選擇性， 不過， 其采凈率與采摘效率有待進一步研究。

自從國內第一臺乘坐式采茶機問世以來， 其極大地開闊了科研人員的設計思路， 今年國內也涌現出來大量的大型自走類采茶機的專利。中國計量學院葉綱[26]發明了一種懸浮式采茶機， 采用懸浮式結構、動力空氣驅動、自動行走， 懸浮式采茶機利用托板懸浮在茶葉樹上， 動力空氣噴嘴噴出的動力空氣驅動轉動葉輪， 驅動移動刀片和行走葉輪， 懸浮式采茶機自動行走。其采用塑料等輕型材料制造， 整機重量輕， 具有成本較低、勞動強度較低等特點。永康市威力園林機械有限公司胡松鈺等[27]發明了一種設有多輪防顛簸行走機構的采茶機。其包括門式結構的機架、發動機、變速箱、采茶機構、機架左右兩側的前輪和后輪，特征在于增加了前輪動力驅動防顛簸減震傳動機構和后輪防顛簸行走機構， 實現了采茶機能在高低不平的山坡地茶地上平穩、高效、保質保量采茶。安徽農業大學李兵等[28]發明了一種乘坐式采茶機， 其包括機架、動力裝置、切割系統、集葉系統和行走系統以及駕駛座、方向盤、蓄電池，傳動系統由中央傳動總成和左、右傳動總成組成。該設備具有勞動強度低、采茶效率高和成本低的特點。陳淑鳳[29]設計了一種采茶機， 包括支撐架、茶葉斗、滾筒、剪切刀、電機和滾輪。該機支撐架內設有電子秤， 滾筒上側門上設有透明觀察口， 方便計量、觀察。本實用新型結構簡單、使用方便、采茶效率高， 茶葉不會受到雨淋， 同時也不會因為茶葉斗中茶葉過多， 而導致茶葉擠壓損傷。杭州正施達精密機械有限公司鄭金良[30]設計了一種大型軌道式采茶機。其包括平行布置的兩條導軌、具有走機構的機架主體、驅動機構、切割機構、吹風機構、茶葉收集箱等。浙江工業大學湯一平等[31]發明了一種基于機器視覺的智能化自動切割式采茶機， 其包括具有多輪防顛簸行走機構、自適應動態平衡割臺、割刀和視覺傳感器、集茶裝置、操作與控制系統。該發明通過機器視覺識別、調整割刀的位置， 使得切割刀具的圓弧形切割線與圓弧形茶隴蓬面上的嫩芽層相吻合， 可實現茶隴蓬面上的嫩茶層在橫向方向上的精確切割。農業部南京農業機械化研究所肖宏儒[32]等設計了一種跨行手扶自走式智能采茶機， 可以自動識別茶蓬高度，實時調節切割器的位置， 實現自適應采摘。

除了采茶機整機類專利成果外， 還有一些采茶機械類相關的專利產品問世。候如升[33]發明了一種電動采茶機的料袋固定裝置。該料袋固定裝置利用連接圓筒頂部的定位凸緣陣列， 使用者可以直接將定位凸緣卡在抽風通道尾部的卡槽中， 輕松完成連接和固定。由于連接圓筒的外側壁設有固定凸塊， 使用者可以調節料袋的設置角度， 使得抽風設備的風量最大， 增加茶葉的入料速度。浙江工業大學朱威等[34]發明了一種基于視覺檢測的采茶機割刀控制方法。此方法中， 將攝像頭安裝于采茶機正前方， 拍攝獲得進葉口茶葉采摘情況的圖像， 在采茶機割刀上預先標定與茶樹顏色顯著不同的兩個不異色區域， 通過檢測采集圖像中這兩個區域的像素點個數， 來判定割刀與茶葉樹冠之間的相對位置， 并輸出控制信號來自動調節割刀位置與角度。該發明利用計算機視覺檢測技術識別與控制， 提高茶葉采摘質量和采摘效率的同時， 降低了采茶機對茶園地形及樹冠平整度的要求。中國農業科學院茶葉研究所石元值等[35]提出了一種用于名優茶采茶機的成葉隔離裝置。其主要包括由齒條組成的梳齒組、連接條、側板和固定板。該實用新型可以有效去除成葉對新梢采摘的干擾， 提升了名優茶鮮葉原料的采摘得率與凈度。長沙學院謝明華等[36]設計了一種采茶機圖像采集系統。其包括 FPGA 主控模塊、攝像頭驅動模塊、數據收發模塊、電源模塊。攝像頭驅動模塊將攝像頭輸入的圖像信號轉換為數字量， 其輸出連接于 FPGA 主控模塊， 數據收發模塊輸入連接于 FPGA 主控模塊， 輸出連接于采茶機主板。本實用新型體積小、成本低、擴展性強。

其他茶園機械專利成果較少。何敬麗[37]發明了一種茶樹修剪機的機頭限位裝置， 其包含一蹄形固定基板， 基板中部設有一連接通孔， 尾部設有一對十字形的限位槽口。調節限位槽口內的十字齒條， 可限制機頭的最低位置， 防止機頭觸碰到植株的主桿， 大大延長茶樹修剪機機頭的使用壽命， 實用性強。江蘇大學胡永光等[38]提出了一種茶果園防霜風扇的故障監測裝置及方法， 包括可編程控制器、警報器、GSM 模塊、電源模塊、光電傳感器 A、光電傳感器 B、編碼盤 A、編碼盤 B.可編程控制器根據光電傳感器 A 和光電傳感器 B 輸出信號的處理結果， 控制警報器、GSM 模塊進行防霜風扇的故障報警和發送故障信息， 便于及時發現風扇故障維修， 保證防霜設備的正常運行， 確保防霜效果。本發明可應用于茶園和果園的防霜風扇的故障監測。

3 結 論

回顧 2014 年， 在業內同仁的共同努力下， 茶園機械研究有一定的進展和諸多可喜之處。例如， 國內首臺智能采茶機器人設計完成， 田間試驗取得成功； 葉剛等設計了新型的由空氣動力驅動的懸浮式采茶機； 以機器視覺為核心的智能采茶技術研究增多； 高地隙茶園管理機入選為國家農機推廣補貼目錄等。這些研究成果極大推動了我國茶園機械化的進程。

然而， 我國茶園機械化存在的問題依然較突出。一是茶園生產作業未完全實現機械化?，F有機械設備中， 以管理機械、收獲機械較多， 墾殖、栽培等茶園作業仍無相關機械裝備。二是現有機械裝備水平參差不齊?，F有研究中，采茶機械占大多數， 相應地采茶機械自動化程度也較高；而茶園修剪、耕作、施肥等機械的研究相對較少， 相應設備較笨重， 自動化程度較低。三是適用于丘陵山區及大坡度茶園的機械設備研究依然較少， 山區茶園機械化基本處于空白。四是研發創新力度需加強。國內專門從事茶園機械研究的科研單位很少， 研發力量較單薄。對已研發設備的改進、試驗與推廣也需進一步加強。

總而言之， 2014 年的茶園機械研究進步較為顯著， 茶園機械化發展又邁上了一個新臺階。然而， 存在的問題也比較突出， 仍需要政府及廣大科技人員繼續積極努力， 加大投入力度。一方面， 積極克服現有困難， 解決存在的難點技術問題， 向高水平發展； 另一方面， 積極開拓茶園機械新領域、新方法、新模式， 向全面機械化發展?？傊?， 要實現更全面、更高水平的茶園機械化仍需長期努力。