國外蔬菜嫁接機器人研究動態(tài).pdf

溫室園藝 2020 02 9 嫁接技術(shù) 本 劃 期 Special Planning 溫室園藝 2020 02 10 本 期 策 劃 Special Planning 嫁接技術(shù) 國外蔬菜嫁接機器人研究動態(tài) DOI 10 16815 ki 11 5436 s 2020 04 001 摘要 蔬菜嫁接機器人是工廠化育苗發(fā)展的迫切需要和必然趨勢 被公認為是能夠最先投入實際生 產(chǎn)應(yīng)用的設(shè)施園藝機器人 本文概述了國外蔬菜嫁接機器人的研究動態(tài)和應(yīng)用現(xiàn)狀 通過分析不同 類型嫁接機器人的技術(shù)特點 工作原理和性能參數(shù) 總結(jié)了國外嫁接機器人的應(yīng)用難點和制約因素 分析了嫁接機器人未來的發(fā)展方向 為中國育苗企業(yè)和研發(fā)機構(gòu)開發(fā)和使用嫁接機器人提供技術(shù)參 考和借鑒思路 全球蔬菜集約化種植引 發(fā)的連作障礙和病蟲害問題十 分嚴重 一旦種植作物染病將 造成減產(chǎn)甚至絕收 由于作物 抗病品種選育周期長且過程復(fù) 雜 特效農(nóng)藥研制難度較大且 污染環(huán)境和農(nóng)作物 實行大面 積輪作更加不現(xiàn)實 當(dāng)前 蔬 菜種苗嫁接技術(shù)成為解決連作 障礙問題的綠色 生態(tài) 可持 續(xù)性重要措施 在世界范圍內(nèi) 得到廣泛應(yīng)用 1 據(jù)測算 嫁 接作業(yè)占蔬菜種苗生產(chǎn)全過程 用工量的 20 30 屬于勞 動密集型工種 對精細化作業(yè) 和時間節(jié)點要求非常高 2 近 20年 國外蔬菜工廠 化育苗發(fā)展迅速 育苗產(chǎn)業(yè) 的工業(yè)化發(fā)展思維基本成型 在穴盤精量播種 種苗分選移 植 水肥一體化管理 精準施 藥等環(huán)節(jié)已經(jīng)實現(xiàn)了自動化 和智能化作業(yè) 而人工嫁接仍 是國內(nèi)外育苗企業(yè)普遍采用 的生產(chǎn)方式 說明機械自動化 嫁接的難度確實很大 許多國 家都面臨農(nóng)村人口老齡化加 劇 人工成本逐年攀升的雙重 壓力 農(nóng)業(yè)機器人研究作為解 決該問題的突破口 一直是農(nóng) 業(yè)領(lǐng)域的研究熱點 3 嫁接 機器人是現(xiàn)代機器人和自動 化技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的集成 創(chuàng)新 融合了機械 電子 計 算機 智能控制 園藝等多領(lǐng) 域交叉學(xué)科的技術(shù)知識 嫁接 機器人在解決用工短缺 提高 種苗生產(chǎn)質(zhì)量和效率 保障嫁 接生產(chǎn)的時效性等方面具有 重要意義 其市場需求潛力巨 大 應(yīng)用前景非常廣闊 4 自 20世紀 80年代初 日 本農(nóng)村人口老齡化問題凸顯 農(nóng)機企業(yè)及科研單位積極開展 自動嫁接技術(shù)攻關(guān) 以日本井 關(guān) 洋馬 三菱等大型農(nóng)機公 司為主 5 到 90年代末達到 第一個發(fā)展高峰 出現(xiàn)了一批 嫁接機器人樣機產(chǎn)品 以日本 井關(guān)公司研制的嫁接機器人最 具代表性 隨后 韓國 荷蘭 意大利 西班牙等設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā) 達國家也開始嫁接機器人技術(shù) 的研究 6 相繼開發(fā)出基于不 同類型固定物的商品化嫁接機 器人 其中荷蘭 ISO公司的技 術(shù)較為先進 引言 1 溫室園藝 2020 02 11 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 溫室園藝 由于國外研制嫁接機器人的嫁接方法 工作原理和技術(shù)特點各不相同 下面按照國別 分別詳細闡述相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)信息和應(yīng)用現(xiàn)狀 日本是嫁接機器人技術(shù)研 究的起源地 其設(shè)施園藝機器 人技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平 顯 著特點在于科研單位與農(nóng)機企 業(yè)的密切合作 能夠?qū)⑾冗M的 技術(shù)成果迅速轉(zhuǎn)化 貼接法嫁 接能夠精準控制秧苗切口角度 和對接貼合精度 嫁接切口質(zhì) 量更加標準 適合工廠化育苗 生產(chǎn) 成為國內(nèi)外機械嫁接技 術(shù)研究的發(fā)展方向 2011年 日本井關(guān)公司 與生研機構(gòu)聯(lián)合推出了型號為 GRF800 U的瓜類全自動嫁接 機 7 如圖 1所示 該機適用 于瓜類作物 以節(jié)省人工為研 發(fā)目標 開發(fā)出基于穴盤苗的 自動上苗裝置代替人工上苗作 業(yè) 具有穴盤內(nèi)缺苗自動檢測 功能 僅需一人供給穴盤上苗 生產(chǎn)效率可達800株 h 嫁 接成功率為 95 利用末端上 苗執(zhí)行機構(gòu)對穴盤內(nèi)秧苗進行 扶苗 切斷與柔性夾持 然后 利用直線移動平臺將末端上苗 執(zhí)行機構(gòu)和秧苗輸送至上苗工 位 根據(jù)砧木子葉生長特點研 究了子葉碰撞調(diào)向方法和調(diào)向 型 如圖 3所示 它的技術(shù)特 點是多株同步嫁接 砧木和接 穗均采用穴盤方式上苗作業(yè) 需一人上機供給穴盤 生產(chǎn)效 率可達 1000株 h 嫁接成功 率為 97 該機結(jié)構(gòu)相對龐大 機架上設(shè)有 3條輸送帶 用于 完成砧木 接穗和嫁接苗的穴 盤輸送 秧苗夾持 切削和對 接上夾環(huán)節(jié)均是 6株同步作業(yè) 作業(yè)時 砧木和接穗輸送帶將 穴盤精準輸送至上苗工位 夾 持機構(gòu)分別將砧木和接穗夾持 并提升至切削工位 砧木和接 穗切削機構(gòu)分別對砧穗莖稈進 行夾持定位和切削作業(yè) 然后 搬運機構(gòu)將切削好的砧木和接 穗搬運至對接工位 將砧木和 接穗切口精準對接 自動上夾 執(zhí)行機構(gòu) 在秧苗搬運過程中 完成砧木子葉的方向調(diào)整 以 及將秧苗送入上苗定位機構(gòu) 該機沿用原來的 GRF803 U型 半自動嫁接機的核心嫁接執(zhí)行 部件 圖 2 采用瓜類砧木 斷根貼接法 使用塑料夾固定 嫁接苗切口 需要人工將嫁接 苗回栽至穴盤內(nèi)進行愈合管 理 自動上苗裝置的出現(xiàn)使單 株作業(yè)類型嫁接機的生產(chǎn)效率 提高了一倍 將節(jié)省人工做到 極致 但嫁接苗回栽環(huán)節(jié)仍需 人力 可以看出嫁接不是單一 化作業(yè) 是多環(huán)節(jié)復(fù)雜的系統(tǒng) 工程 需要全面加以研究 日本洋馬公司與生研機 構(gòu)聯(lián)合推出的 AG1000型嫁接 機是茄類全自動嫁接的代表機 國外研究現(xiàn)狀 2 圖 1 GRF800 U 全自動嫁接機 圖 2 GRF803 U 半自動嫁接機 溫室園藝 2020 02 12 本 期 策 劃 Special Planning 嫁接技術(shù) 裝置輸出嫁接夾完成嫁接苗的 切口固定 最后 接穗夾持手 打開 砧木夾持手下行將嫁接 苗放入新穴盤內(nèi)完成回栽作 業(yè) 該機單次作業(yè)可完成 6株 嫁接苗 對砧木和接穗的嫁接 匹配度要求很高 嫁接質(zhì)量受 秧苗的株高和莖粗影響很大 因當(dāng)時育苗技術(shù)水平尚未實現(xiàn) 標準化 該產(chǎn)品問世以后在日 本全國僅銷售 4臺 說明全自 動嫁接機的研發(fā)難度很大 基于營養(yǎng)缽的嫁接育苗模 式 日本三菱公司為日本農(nóng)業(yè) 協(xié)同組織聯(lián)合會 JA 定制開 發(fā)出型號為 MGM600的半自動 嫁接機 適用于茄類作物 生 產(chǎn)效率可達 600株 h 嫁接成 功率為 95 如圖 4所示 由 于營養(yǎng)缽苗比穴盤苗的單株重 量大 人工上苗勞動強度大且 不方便 因此 開發(fā)了砧木和 接穗的帶式單列缽苗輸送上苗 裝置 可將缽苗精準輸送至上 苗工位 接穗完成切削后由夾 持搬運機構(gòu)將其搬運至砧木上 韓國對蔬菜自動嫁接技 術(shù)的研究稍晚于日本 Helper Robotech公司從韓國農(nóng)村振 興廳獲得自動嫁接系統(tǒng)技術(shù)轉(zhuǎn) 讓 并形成商業(yè)化的產(chǎn)品 推 出型號為 AFGR 800CS的超精 密嫁接機器人系統(tǒng) 8 生產(chǎn)效 率可達 800株 h 嫁接成功率 為 95 2013年被韓國政府指 定為世界級產(chǎn)品 如圖 5所示 與國外其他嫁接設(shè)備不同 該 機適用于西瓜 黃瓜 甜瓜等 葫蘆科和番茄 茄子 辣椒等 方進行對接 通過硅膠夾固定 嫁接苗切口 自動輸出嫁接苗 和接穗營養(yǎng)缽廢料 營養(yǎng)缽嫁 接育苗模式在機器上運輸工作 量大 且砧木和接穗匹配度要 求高 現(xiàn)階段穴盤標準化育苗 基本取代了營養(yǎng)缽育苗方式 上述日本研制的嫁接機自 動化程度非常高 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相 對復(fù)雜 價格昂貴 全自動嫁 接機售價達到 100萬元人民幣 以上 用戶難以接受 并且該 嫁接機對秧苗的標準化要求很 高 推廣應(yīng)用難度很大 因此 至今尚未實現(xiàn)真正意義上的商 品化和實用化 日本一些企業(yè) 和研究所意識到全球育苗市 場對嫁接設(shè)備的需求程度日 漸高漲 又重新投入到新型嫁 接機器人的研發(fā)當(dāng)中 預(yù)計在 3 5年內(nèi)將出現(xiàn)一批全新嫁接 機器人產(chǎn)品 圖 3 AG1000 全自動嫁接機 圖 4 MGM600 半自動嫁接機 茄科作物 此外 該公司開發(fā) 出一套秧苗切面信息實時獲取 系統(tǒng) 如圖 6所示 該系統(tǒng)可 對砧木和接穗的橫切面進行實 時拍攝 找到橫切面的中心線 誤差小于1 100 mm 保證嫁 圖 5 AFGR 800CS 超精密 嫁接機器人 圖 6 秧苗切面信息實時獲取系統(tǒng) 18 500 48 500 276 000 Stock Scion 401 000 366 000 L 18 5 R 48 5 371 000 溫室園藝 2020 02 13 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 溫室園藝 接切口對位精度 利用機器視 覺攝像機實時獲取每株秧苗 的切面圖像 確定出苗莖橫 切面偏離設(shè)定中心線的程度 通過圖像處理進行精密計算 使切口表面可以完全對接貼 合而沒有任何誤差 通過攝 像機進行實時觀察并顯示在 監(jiān)視器上 標識出對接切口上 下位置偏差值及基準中心線 的偏差值 即使莖稈彎曲的秧 苗也可使其中心基準線精確 對位 該機需 2人上機操作 夾持 切削 對接和上夾作業(yè) 均自動完成 通過輸送帶將嫁 接苗排出 韓國Ideal System公司開 發(fā)出一種橫斷面為五棱形狀的 陶瓷針和茄果類平接嫁接方 法 并研制出平接法全自動嫁 接機 生產(chǎn)效率可達 1200株 h 機構(gòu)水平移動至砧木苗上方 下行將陶瓷針上部插入接穗 莖內(nèi) 使得砧木和接穗切面緊 密貼合 完成嫁接作業(yè) 砧木 輸送機輸出一行嫁接苗 以此 類推 完成整盤嫁接苗作業(yè) 平接法嫁接對秧苗標準化程 度要求很高 嫁接苗切面對接 貼合的緊密度和穩(wěn)定性難以 保證 苗莖尺寸要保證基本一 致 該機在實際生產(chǎn)中尚未得 到驗證 圖 7 針式全自動嫁接機 荷蘭設(shè)施園藝自動化生 產(chǎn)裝備技術(shù)世界領(lǐng)先 9 ISO Group公司從 2006年開始研 究嫁接機技術(shù) 可嫁接番茄 辣椒和茄子 利用天然橡膠管 固定嫁接苗 2007年開發(fā)出 Graft1000全自動嫁接機 生 產(chǎn)效率可達 1000株 h 嫁接 成功率為 99 如圖 8所示 該機設(shè)有秧苗信息圖像識別 系統(tǒng)和秧苗輸送系統(tǒng) 利用 輸送系統(tǒng)將穴盤中秧苗取出 并單向輸送排列 通過圖像 采集相機精準獲取秧苗子葉 和莖部參數(shù) 為切削機構(gòu)提 供切削基準 并實現(xiàn)砧木和 接穗匹配嫁接選擇 橡膠套 管為三角耳結(jié)構(gòu) 利用特制 的套管夾持撐開部件將套管 撐開 圖 9 將切削好的砧 木和接穗上下對接插入套管 圖 8 Graft 1000 全自動嫁接機 圖 9 切口對接與自動上套管 嫁接成功率為 95 圖 7 該機采用穴盤上苗模式 每個作業(yè)循環(huán)可完成 5株 嫁接苗 機架上設(shè)有砧木 和接穗穴盤輸送機 作業(yè) 時 砧木輸送機將砧木穴 盤輸送至切削定位導(dǎo)向 板內(nèi) 切削氣缸帶動切刀 水平快速移動 可將一行砧木 苗莖稈全部橫向切斷 砧木 穴盤繼續(xù)被向前輸送至插針工 位 砧木插針機構(gòu)先排出 5根 陶瓷針并向下移動將陶瓷針插 入砧木莖中一段距離 與此同 時 接穗穴盤輸送機將接穗穴 盤輸送至夾持工位中 2根攏 苗桿伸出將 5株接穗莖稈水平 方向定位 隨后 具有攏苗對 中結(jié)構(gòu)的夾持機構(gòu)對接穗夾 持固定 切削機構(gòu)完成接穗莖 稈橫向切削 最后 接穗夾持 溫室園藝 2020 02 14 本 期 策 劃 Special Planning 嫁接技術(shù) 內(nèi) 完成一個嫁接循環(huán) 該 機將圖像識別技術(shù)應(yīng)用于秧 苗信息獲取實現(xiàn)匹配嫁接 技術(shù)先進性不言而喻 可以 為實現(xiàn)秧苗標準化處理提供 技術(shù)參考 由于天然橡膠受基礎(chǔ)材料 偏差和環(huán)境偏差影響導(dǎo)致降解 不穩(wěn)定 2010年 ISO Group 公司開始停止使用天然橡膠 套管 開發(fā)出一種單側(cè)開口的 硅膠套管夾 簡化了自動上 夾機構(gòu) 研制出Graft 1200 自動嫁接機 生產(chǎn)效率可達 1050株 h 嫁接成功率為 99 如圖 10所示 砧木苗 盤通過苗莖切削機進行斷莖 處理 然后將砧木整盤推送至 上苗工位 人工將接穗從穴盤 中取出放置于供苗轉(zhuǎn)臺上 轉(zhuǎn) 臺上設(shè)有 12個柔性夾苗手爪 且機架上設(shè)有激光發(fā)射器 通 過激光發(fā)射器在夾苗手爪上 的投影位置來確定上苗高度 如圖 11所示 嫁接作業(yè)時 首先通過頂苗機構(gòu)將一行砧 木苗從穴盤中頂出 嫁接執(zhí)行 機構(gòu)將一株接穗從供苗轉(zhuǎn)臺 上取下與一株砧木同時抓取 定位 切削機構(gòu)完成砧穗同步 切削作業(yè) 保證切削角度一致 性 嫁接執(zhí)行機構(gòu)將接穗和 砧木切口對接 套管處理單 元輸送并切斷一段套管 后 將套管撐開夾持固定住嫁接 苗 完成一次嫁接循環(huán) 嫁 接執(zhí)行機構(gòu)安裝于四軸機械 臂末端 利用四軸機械臂可 以實現(xiàn)嫁接執(zhí)行機構(gòu)的快速 移動和精準定位 Graft 1200自動嫁接機 售價約 150萬元人民幣 為 降低生產(chǎn)成本 ISO公司開發(fā) 出砧木和接穗單株人工上苗 的 Graft 1100半自動嫁接機 生產(chǎn)效率可達 1000株 h 嫁 接成功率為 98 如圖 12所 示 接穗供苗采用單臂旋轉(zhuǎn)夾 苗手爪 旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn) 180 將 接穗苗從上苗工位搬運至嫁 接取苗工位 在上苗過程中人 工調(diào)整接穗高度 如圖 13所 示 砧木供苗采用具有 12個 夾持手的供苗轉(zhuǎn)臺 人工將砧 木土坨放入轉(zhuǎn)臺的定位座內(nèi) 轉(zhuǎn)臺可間歇旋轉(zhuǎn) 為嫁接取苗 工位每次提供一株砧木 如 圖 14所示 嫁接執(zhí)行機構(gòu)位 于砧木和接穗供苗單元之間 可將接穗夾持切斷并搬運至 砧木取苗工位 再將砧穗同步 夾持 利用切削機構(gòu)完成砧穗 同步切斷 待嫁接執(zhí)行機構(gòu)將 砧穗切口對接后 套管處理單 元輸出套管固定住嫁接苗 如 圖 15所示 套管處理單元能 夠?qū)⒊示頎畹奶坠芏ň噍斔?與切斷 并自動完成套管撐開 和嫁接苗夾持 圖 10 Graft 1200 自動嫁接機 圖 11 人工接穗上苗 圖 12 Graft 1100 自動嫁接機 圖 13 接穗夾持搬運機構(gòu) 圖 14 砧木供苗轉(zhuǎn)臺 圖 15 嫁接執(zhí)行機構(gòu)與上夾機構(gòu) 溫室園藝 2020 02 15 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 溫室園藝 西班牙Conic System公 司開發(fā)出一種硅膠夾 并研制 出型號為EMP 300的單人作 業(yè)半自動嫁接機 10 生產(chǎn)效 率 300 400株 h 嫁接成功 率為 98 如圖 20所示 砧 意大利TEA Project公司 基于一種特殊膠粘劑開發(fā)出 GRAFT 1000自動嫁接機 如圖 16所示 這種膠粘劑是 Henkel公司研發(fā)的專利產(chǎn)品 用來快速粘合切口而不改變莖 稈內(nèi)部結(jié)構(gòu) 被稱為嫁接領(lǐng)域 的一場革命性技術(shù) 粘合劑的 型號為Loctite 4309 專門用 于嫁接苗莖稈對接的粘合 在 紫外線光源燈照射下能夠快速 固化 并且具有生物可降解的 特性 如圖 17所示 該機需 二人上機作業(yè) 生產(chǎn)效率可達 1000株 h 一個嫁接循環(huán)時間 約為 4 s 分為 6個階段 利用 轉(zhuǎn)盤工作臺將每株嫁接苗帶入 不同工作站 在轉(zhuǎn)盤工作臺一 側(cè)設(shè)有砧木和接穗的切削單元 用于完成秧苗的切斷工作 創(chuàng)新 設(shè)計出負壓吸附定位模塊 具 有兩路獨立的吸附系統(tǒng) 將砧 木和接穗切口對接后柔性固定 莖部 為噴膠工序做準備 如 圖 18所示 作業(yè)過程如下 第 一步 踩下機器腳踏開關(guān) 砧 木苗莖切斷后放入定位模塊的 對接槽內(nèi) 并吸附固定 第二步 踩下第二個機器腳踏開關(guān) 接 穗苗莖切斷后放入定位模塊的 對接槽內(nèi)與砧木切口對接 并 吸附固定 第三步 嫁接苗移 動至粘合劑分配器下 檢測到 嫁接苗后分配器精準噴出粘合 劑 第四步 上部霧化噴閥噴 出霧化水與下部吸氣系統(tǒng)相結(jié) 合 將粘合劑 360 均勻分布圍 繞在嫁接苗切口周圍完成密封 第五步 利用兩個紫外線光源 燈使粘合劑迅速變干而硬化 同時啟動霧化水降溫 第六步 機械臂將嫁接苗取出放入穴盤 內(nèi) 如圖 19所示 據(jù)筆者咨詢 了解到 該機尚未實現(xiàn)商品化 所使用的粘合劑無法找到供應(yīng) 商 可能是粘合劑研發(fā)成本過 高限制了推廣應(yīng)用 TEA公司 已不再繼續(xù)研究 但粘合劑無 毒 可降解的技術(shù)特性 對保 護種植生態(tài)環(huán)境的確是非常好 的技術(shù)創(chuàng)新 值得學(xué)習(xí)借鑒來 繼續(xù)研發(fā)新型環(huán)保材料 圖 17 嫁接用粘合劑 圖 18 粘合劑使用過程 圖 19 番茄嫁接苗 圖 16 GRAFT 1000 自動嫁接機 木和接穗的夾持切削與對接 機構(gòu)結(jié)構(gòu)相同且對稱布局安 裝 能夠保證切削角度一致性 和切口對接精準性 開發(fā)出卷 狀硅膠夾自動供給單元 具 有硅膠夾定長輸送與切斷以 及自動上夾功能 如圖 21所 示 作業(yè)時 人工將砧木和接 穗分別放入定位槽內(nèi) 踩下機 器踏板 夾持手爪下壓固定住 砧穗苗莖 切刀伸出將砧穗苗 莖切斷 對接機構(gòu)伸出使砧木 溫室園藝 2020 02 16 本 期 策 劃 Special Planning 嫁接技術(shù) 和接穗切口對接貼合 上夾機 構(gòu)輸出硅膠夾將嫁接苗固定 取苗手爪在機械臂帶動下將 嫁接苗取出并搬運放置于輸 送帶上 人工取下嫁接苗并放 回穴盤內(nèi) 該機操作簡單 但 效率不高 僅適用于小型育苗 企業(yè) 蔬菜嫁接機器人從出現(xiàn)至 今已有 30多年的歷史 11 12 但目前仍未形成可商業(yè)化的成 熟產(chǎn)品 大部分研究仍處于試 驗或樣機階段 所表現(xiàn)出來的 應(yīng)用缺點比較明顯 包括以下 幾個方面 1 作業(yè)效率低 機器 嫁接一般要完成夾持 搬運 切削 對接和上夾作業(yè) 每個 節(jié)拍動作不可缺少 生產(chǎn)效率 600 1200株 h 至少需要2 人操作 與純?nèi)斯ぷ鳂I(yè)相比效 率提升不顯著 育苗企業(yè)無法 接受機器換人 2 生產(chǎn)制造成本高 嫁接機器人是自動化技術(shù)及設(shè) 備的系統(tǒng)集成和創(chuàng)新 結(jié)構(gòu)和 控制系統(tǒng)復(fù)雜 國外各類型嫁 接機器人售價約 35 150萬元 人民幣 在中國市場推廣難度 很大 3 生產(chǎn)模式不匹配 國外嫁接機器人是基于國外育 圖 20 EMP 300 半自動嫁接機 圖 21 硅膠夾切削與自動上夾 苗企業(yè)生產(chǎn)模式開發(fā)的 育苗 使用的穴盤 基質(zhì) 種植品種 以及培育方法與我國育苗企業(yè) 的生產(chǎn)模式均有所不同 機器 直接拿來應(yīng)用完全行不通 若 改變傳統(tǒng)育苗生產(chǎn)模式又需要 投入大量資金 上述問題也是我國蔬菜 嫁接機器人尚未大面積推廣 應(yīng)用的主要原因 制約嫁接機器人發(fā)展的 因素是多方面的 在中國從生 產(chǎn)模式和嫁接方法上做到統(tǒng) 一難度極大 發(fā)展嫁接機器人 必須要結(jié)合國情研究出一條 適合的生產(chǎn)模式 這是嫁接機 器人實現(xiàn)應(yīng)用的前提條件 嫁 接機器人研究尚有很多關(guān)鍵 技術(shù)亟待解決 也是未來的發(fā) 展方向 具體表現(xiàn)在以下幾個 方面 1 機械嫁接標準苗生 產(chǎn)體系的建立 秧苗培育的標 準化是實現(xiàn)自動化嫁接的關(guān) 鍵 通過標準化生產(chǎn)體系培育 出適合機械嫁接的標準苗 需 要對作物培育方法和環(huán)境調(diào) 控等方面進行大量試驗與總 結(jié) 是農(nóng)機農(nóng)藝深度融合的集 中體現(xiàn) 2 柔性上苗執(zhí)行器 蔬菜幼苗的莖葉細小柔嫩 嫁接過程中的秧苗損傷將影 響愈合效率和成活質(zhì)量 對 秧苗的柔性處理是機器人作 業(yè)的基礎(chǔ) 要保證秧苗柔性 安全作業(yè) 另外 柔性上苗 執(zhí)行器可代替人工上苗 成 倍提高機器人生產(chǎn)效率 實 現(xiàn)減工降本 3 構(gòu)建自動化嫁接配 套生產(chǎn)系統(tǒng) 嫁接不是單一化 作業(yè) 在嫁接前后環(huán)節(jié)都需要 輔助配套設(shè)備 實現(xiàn)嫁接一體 化作業(yè) 例如瓜類砧木定向播 種 秧苗匹配嫁接智能檢測 嫁接苗自動回栽 以及溫室物 流等配套系統(tǒng)開發(fā) 都是構(gòu)建 自動化配套嫁接生產(chǎn)系統(tǒng)的重 要內(nèi)容 存在問題和發(fā)展方向 3 溫室園藝 2020 02 17 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 溫室園藝 國外研究機構(gòu)對嫁接機技 術(shù)研究較早 產(chǎn)學(xué)研結(jié)合非常 密切 并且企業(yè)參與研發(fā)較多 因此 技術(shù)成果轉(zhuǎn)化很快 開 發(fā)出多種類型的商品化蔬菜嫁 接機器人 嫁接機器人的應(yīng)用 需要育苗各環(huán)節(jié)技術(shù)和裝備配 套 國外設(shè)施園藝發(fā)達國家的 生產(chǎn)模式完備且配套設(shè)施設(shè)備 齊全 另外 國外嫁接育苗品 種單一 育苗設(shè)施均具備環(huán)境 精準調(diào)控功能 易于實現(xiàn)機械 嫁接標準苗培育 具備了嫁接 機器人的應(yīng)用條件 但嫁接機 器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜 屬于工業(yè) 化高技術(shù)產(chǎn)品且價格昂貴 只 有少數(shù)的大型育苗工廠有實力 購買和使用 反觀中國現(xiàn)階段育苗行 業(yè)設(shè)施設(shè)備配套情況 以及果 蔬產(chǎn)品價格較低的現(xiàn)狀 構(gòu)建 完整的生產(chǎn)模式需要投入大 量資金 育苗企業(yè)難以承受 但是面對勞動力老齡化 用工 短缺 甚至無人可用等社會難 題 育苗企業(yè)對嫁接機器人的 需求極為迫切 也表現(xiàn)出對新 技術(shù) 新生產(chǎn)模式的渴望 國 外嫁接機器人技術(shù)固然先進 但未必適合我國實際育苗生 產(chǎn) 究其原因主要是生產(chǎn)模式 和育苗技術(shù)的差異化 中國嫁 接機器人技術(shù)研究要結(jié)合國 情 從育苗生產(chǎn)模式入手 完 善并建立一套適合工廠化嫁 接的生產(chǎn)模式 尚需要較長發(fā) 展過程 要正視育苗行業(yè)發(fā)展 現(xiàn)狀 因此 中國嫁接機器人 技術(shù)研究要從簡入繁逐步推 進 機器換人是終極目標 人 機協(xié)作是必經(jīng)之路 輕簡省力 化是當(dāng)務(wù)之急 要緊密結(jié)合國 情敢于創(chuàng)新 確保嫁接裝備高 技術(shù)與實用化協(xié)同發(fā)展 解決 育苗產(chǎn)業(yè)多年無機可用的瓶 頸問題 參考文獻 1 陽燕娟 王麗萍 高攀 等 嫁接提 高蔬菜作物抗逆性及其機制研究進 展 J 長江蔬菜 2013 22 1 10 2 錢利國 趙發(fā)輝 王文霞 蔬菜嫁接 育苗技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 J 種子科 技 2017 35 9 83 3 張鵬 張麗娜 劉鐸 等 農(nóng)業(yè)機器人 技術(shù)研究現(xiàn)狀 J 農(nóng)業(yè)工程 2019 9 10 1 12 4 張凱良 褚佳 張鐵中 等 蔬菜自 動嫁接技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展分析 J 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報 2017 48 3 1 13 5 辜松 蔬菜嫁接機的發(fā)展現(xiàn)狀 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 溫室園藝 2012 32 13 26 6 姜凱 瓜類貼接式機械嫁接機理及 裝置試驗研究 D 哈爾濱 東北農(nóng) 業(yè)大學(xué) 2019 7 ISEKI CO D Grafting robot S OL watchv 0Aj7sfEuz18 html 8 EC21 Inc Supreme precision grafting robot S OL https Supreme Precision Grafting Robot 2012260 2012262 html 9 ISO Group Inc ISO Graft 1200 S OL http www iso group nl en machines iso graft 1200 html 10 Conic System Inc EMP 300 S OL http www conic emp300 lang es html 11 劉明池 季延海 武占會 等 我國 蔬菜育苗產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 J 中國蔬菜 2018 11 1 7 12 姚彤寶 蔡峰 姜飛 中國工廠 化蔬菜育苗系統(tǒng)集成與發(fā)展趨 勢 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 溫室園 藝 2017 37 4 10 14 項目支持 北京市農(nóng)林科 學(xué)院科技創(chuàng)新能力建設(shè)專項 KJCX20180422 北京市 農(nóng)林科學(xué)院2019年度科研創(chuàng)新 平臺建設(shè) PT2019 06 作者簡介 姜凱 男 博士 高 級工程師 主要從事設(shè)施園藝智 能裝備和農(nóng)業(yè)機器人技術(shù)研究 通信作者 張騫 女 主要 從事農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化研究與現(xiàn)代 農(nóng)業(yè)園區(qū)規(guī)劃 總結(jié)與分析 4