蔬菜钵苗自动取苗技术发展

时间：2019-11-13 10:12:57 所属分类：农作物 浏览量:

蔬菜含有人体必需的营养素，在人们生活中不可或缺。随着我国人民饮食方式更加健康，对蔬菜的需求量也逐年增加。在蔬菜种植方面，移栽苗有可能避免低温、霜冻、昆虫、风等自然灾害，具有降低缺苗率、增加壮苗率，延长生育期，提高蔬菜产量等优点，育苗移栽已

　　蔬菜含有人体必需的营养素，在人们生活中不可或缺。随着我国人民饮食方式更加健康，对蔬菜的需求量也逐年增加。在蔬菜种植方面，移栽苗有可能避免低温、霜冻、昆虫、风等自然灾害，具有降低缺苗率、增加壮苗率，延长生育期，提高蔬菜产量等优点，育苗移栽已经成为蔬菜的主要栽培模式。目前我国蔬菜移栽多依靠人工辅助完成，劳动强度大，作业效率低，平均移植速度为 50 - 60 株 / 分钟，再有目前我国农村劳动力大量转移，面临劳动力极其短缺的困境，人工成本亦明显升高。研究蔬菜钵苗高速移植装备的低损耗机理及关键技术，实现蔬菜的机械化和自动化是我国蔬菜产业发展的迫切需要，对我国蔬菜大规模生产具有重要的现实意义。

　　国外自动取苗技术的研究现状

　　(1)日本

　　日本农机研究所开发出第一台使用机器人取苗的移植机器人，该机主要通过光电传感器检测是否缺苗，若识别到无缺苗，利用机械手成行地将秧苗从盘中夹取到栽植器，智能化程度较高。

　　日本洋马农机公司研制出了PA1A型单行自动蔬菜移栽机，在当时该移栽机可以满足社会对取苗机自动化的需要，但其工作时会出现卡盘的情况，故其取苗效率不高。PA1A型移栽机的取苗结构如图1，近几年，洋马公司又推出PNIAN型移栽机，但该传动机构较复杂，应提高机构的转速，使其达到理想的效率。

　　随后，洋马推出了PF2R型乘坐式全自动蔬菜移栽机，目前已在国内销售。该机构采用旋转臂带动取苗针插入基质中实现定点、定时、定位取苗，该机构能够实现两行同时作业，移栽后成活率高。图2显示了PF2R型移栽机的取苗机构。

　　(2)美国

　　美国奥本大学的L.J.Kutz研发出带有并行夹取式取苗机械手的移栽机，由气缸驱动机械手张开、合拢，不仅施力较小，且取钵体不易掉落，对幼苗损害较小，故幼苗存活率非常高。

　　Lawrance N.Shaw等研发了一种机械活塞和空气喷射相结合的穴盘苗顶出方式，为了不影响基质生长情况，因此采用与空气喷射结合的方式，可将基质块的脱除率提高到95%以上。

　　美国Renaldo公司开发了采用负压取苗方式的全自动蔬菜移栽机，但其主要针对特殊倒锥形硬盘的幼苗，局限性较大。

　　RAPID公司研发了RTW型秧苗移栽机，该机取苗速度高，不同高度的秧苗也能同时取出，应用性强。图3所示为RTW型移栽机的取苗机构。

　　美国Morning Star Company公司推出的三行式全自动移栽机，该机构无需传感器或电子元件即可完成穴盘、钵苗分离动作，在节省劳动力基础上提高了取苗效率。图4所示为Morning Star Company公司的三行式全自动移栽机的取苗机构。

　　国内自动取苗技术的研究现状

　　近年来，种植机械的研究和推广已成为科研和生产部门关注的问题之一，国内多家科研院所及企业进行了大量该方面研究，并取得了一定的研究成果。本文着重说明近几年发展迅速且采用不同取菌方式的研究成果。

　　中国农业大学团队提出柔性与刚性零件相结合的方法，研发了一种气动柔性下压式取苗机构，采用新型穴盘，钵苗竖直落入栽植装置中，提高幼苗的成活率，该机构相较于之前，体积更小，灵活性强。

　　浙江理工大学团队设计了椭四一不完全非圆齿轮传动的行星式蔬菜钵苗取苗机构，但由于该机制的结构简单，取苗效率并不高。基于此研究，该团队研制出新型组合旋转式取苗机构，不仅传动更加平稳，取苗机构也更加可靠。图9与图10为该团队最初研制与改进后的取苗机构。

　　江苏大学团队设计了双针实持式取苗末端执行器，该结构使用端面凸轮旋转并将尖取针插入林体以实紧幼苗，取菌效率及秧苗成活率均较高。在此基础上，采用两指四针结构，用气缸驱动夹苗针实取林苗根茎，进一步达到减小对苗钵的损伤，且操作简单的要求。图11所示为江苏大学研制的取菌机构。

　　南京农业机械化研究所设计了一套全自动的移裁机输送系统，采用成排顶-夹式取苗机构，仅利用气缸作为动力源，不仅降低了成本，也提高作业精准水平及作业效率，降低伤苗率。

　　中国农业机械化科学研究院颜华，在巍团队设计了齿轮-五杆自动取苗机构，虽然结构简单，但实现了较复杂的取苗轨迹曲线。图12为其研制的自动取苗机构。

　　我国自动取苗技术的发展趋势

　　高速精准取苗机构的智能研究

　　通过对国内外的研究现状研究发现，国外的蔬菜全自动移栽机自动取苗技术较为成熟，意大利FUTURA型全自动蔬菜移栽机的效率高达每分钟130株，而国内移栽体苗自动取投的研究水平仅能接近单行70株/min，工作效率低。但当取苗速度提高时，会出现钵苗遗落、损伤等情况。因此，在提高取苗速度的研究上，达到精准取苗也是研究的重中之重。

　　自动取苗兼种植的一体化操作

　　全自动移栽机之所以未能大面积推广，首要问题是取苗机构相对繁琐，在取苗时还需要横向运转，这样虽然完成了取苗作业，但由于速度加快，很容易对机具产生震动和冲击，进而影响机具的寿命及可靠性，一旦降低速度，就无法提高取苗效率。在当时一部分移栽机通过穴盘运动进行横向的移动，这样虽然可以确保取苗机构的稳定，可需要增加横向移箱机构，也无法全面推广。为了保证全自动移栽机实现一体化操作目标，必然要改进移裁机性能，并将送苗、分苗、取苗、投苗技术综合分析，从以往的运动轨迹研究提升为动力学、损伤力学研究，集成移植作业的机构探素和研究将是提高移植质量和作业效率的创新和有效途径。

　　统一育苗标准，规范练苗形态

　　中国地域广阔，在不同地域的光热资源和耕作环境下，蔬菜种植种类也有所不同，机械化程度也具有很大的差异。中东部地区机械化程度较高，例如长期种植蔬菜的山东省寿光市。相比于中东部地区，西部地区机械化程度相对较弱目前，作业对象也是影响农机一体化发展的重要有因素，很多温室大棚需要的是与之环境相匹配的自动取投苗机构，但由于我国在此方面仍未制订统一标准，导致自动取投苗机构的运动轨迹不尽相同，机械性能也参差不齐。基于此，自动取投苗机构在推广时必须要必然要根据各地资源的优势与差异，规划且培育同规格、同类型的林菌，应用同种材质与大小的林盘，实现统一化管理。

　　结论

　　(1)国外的蔬菜全自动移栽机自动取苗技术较为成熟，自动化取苗效率高，但其价格昂贵，并对穴盘育苗要求较高。而国内对于高速自动取苗技术的研究还处于初级阶段，所研究的高速自动取苗装置工作可靠性不高，目前未见成熟产品。

　　(2)蔬菜自动取苗移栽装备的重要指标是钵苗移栽后的成活率以及移裁装备的栽植效率。综合国内外自动取苗技术，一般取苗分单株取苗和整排取苗。单株多采用回转式取苗针，将取苗针直接插入穴钵基质中，夹住穴钵取出钵苗，该方案易产生断钵现象，损伤钵苗根系，影响秧苗成活率。整排取苗多采用顶针顶苗、整排机械手夹苗或两者相结合的取苗方式，该方案一方面存在不同程度的伤苗，另一方面整排机械手设计结构复杂，成本较高。

　　(3)随着国内自动取苗技术的发展，针对我国钵苗移裁成活率低以及栽植效率低的问题，我国未来的移裁装备将以自动取投苗的精准度为研究方向，统一育苗标准，规范钵苗形态，选择最佳的智能化取苗方式进行研究，已达到减少钵苗损伤及提高工作效率的目的。

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