缽苗移栽機(jī)自動(dòng)送苗裝置研究現(xiàn)狀及展望

方 芹，肖名濤，孫松林，劉 奇，陳 斌

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展， 城市化范圍擴(kuò)大，工業(yè)、商業(yè)、住房占地面積日益增加，人均可耕地面積正逐年減少，農(nóng)村勞動(dòng)力流失嚴(yán)重，而市場(chǎng)對(duì)糧食和經(jīng)濟(jì)作物的需求總量卻日漸增加，農(nóng)作物產(chǎn)量可持續(xù)增長(zhǎng)成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要難題[1]。目前，我國(guó)由于缺乏土地資源與勞動(dòng)力資源，難以依靠增加耕種面積來(lái)大幅度提升作物產(chǎn)量，只能采取品種改良和推廣新農(nóng)藝等方法提高作物產(chǎn)量[2-3]。而作物移栽能夠充分利用光熱資源，提升復(fù)種指數(shù)和作物的單產(chǎn)，具有對(duì)天氣的補(bǔ)償作用和使作物生長(zhǎng)提前的綜合效益，是我國(guó)提升作物產(chǎn)量的重要手段[4-6]。過(guò)去，農(nóng)民移栽作物時(shí)大部分工作環(huán)節(jié)都是依靠人力完成，導(dǎo)致工作強(qiáng)度大、勞動(dòng)力需求大、作業(yè)效率低、被移栽作物的產(chǎn)量低；目前，國(guó)內(nèi)廣泛使用的是半自動(dòng)移栽機(jī)，作業(yè)時(shí)靠人工送苗，作業(yè)效率仍然不高、勞動(dòng)力需求仍然較大、機(jī)械化效益較低，很難達(dá)到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)規(guī)?；a(chǎn)的目標(biāo)；未來(lái)，全自動(dòng)移栽機(jī)是必然發(fā)展趨勢(shì)。缽苗移栽技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)是提高移栽效率、節(jié)約勞動(dòng)力資源。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，在農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力大量轉(zhuǎn)移和可耕土地資源緊缺的背景下，傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)具已不足以滿(mǎn)足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求，因此研究全自動(dòng)移栽機(jī)成為缽苗移栽技術(shù)發(fā)展的重中之重。

為了解決自動(dòng)移栽機(jī)人工送苗裝置存在的一系列難題，研究缽苗移栽機(jī)自動(dòng)送苗裝置是大勢(shì)所趨。自動(dòng)送苗裝置是自動(dòng)移栽機(jī)的重要組成部分，可將缽苗精準(zhǔn)地移到取苗位置，在取苗機(jī)構(gòu)將缽苗取出后自動(dòng)移動(dòng)缽苗盤(pán)并等待取苗機(jī)構(gòu)進(jìn)行下一次取苗。送苗裝置的設(shè)計(jì)對(duì)移栽機(jī)的工作效率、移栽質(zhì)量以及勞動(dòng)成本有很大的影響[7]。自動(dòng)送苗裝置對(duì)缽苗移栽機(jī)作業(yè)機(jī)械化水平的提高乃至現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展都具有重要意義。本項(xiàng)目組對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的缽苗移栽機(jī)自動(dòng)送苗裝置進(jìn)行了研究和分析，以便于下一步開(kāi)展缽苗移栽機(jī)自動(dòng)送苗裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)。

1 缽苗移栽機(jī)自動(dòng)送苗裝置的類(lèi)型

目前，缽苗移栽機(jī)自動(dòng)送苗裝置的分類(lèi)根據(jù)取苗裝置差異而定，按驅(qū)動(dòng)模式和定位系統(tǒng)的不同主要分為機(jī)械驅(qū)動(dòng)及定位、機(jī)電氣控制及定位、視覺(jué)系統(tǒng)定位3種類(lèi)型[8]。

1.1 機(jī)械驅(qū)動(dòng)型送苗裝置的特點(diǎn)及原理

機(jī)械驅(qū)動(dòng)型送苗裝置控制苗盤(pán)的橫向和縱向間歇運(yùn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)主要由凸輪、鏈輪、往復(fù)式絲杠組成。這種純機(jī)械結(jié)構(gòu)的送苗裝置對(duì)零件的加工精度要求極高，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)各機(jī)構(gòu)間工作同步性要求高，可能因?yàn)橹圃炀扰c使用磨損導(dǎo)致產(chǎn)生累計(jì)誤差，進(jìn)而影響移栽質(zhì)量[9]。

1.2 機(jī)電氣控制型送苗裝置的特點(diǎn)及原理

機(jī)電氣控制型送苗裝置由控制電機(jī)或者氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)送苗裝置的橫向和縱向運(yùn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)主要由控制系統(tǒng)、電機(jī)組成。該類(lèi)型送苗裝置的優(yōu)點(diǎn)是提高了送苗精度，裝置的控制系統(tǒng)與拖拉機(jī)的速度配合嚴(yán)密，保證了移栽苗之間株距的穩(wěn)定性，解決了傳統(tǒng)缽苗移栽機(jī)取苗和送苗之間的干涉問(wèn)題，可以適應(yīng)大田作業(yè)環(huán)境[10]。

1.3 視覺(jué)系統(tǒng)定位型送苗裝置的特點(diǎn)及原理

視覺(jué)系統(tǒng)定位型送苗裝置的結(jié)構(gòu)主要由視覺(jué)定位系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成[11]。視覺(jué)系統(tǒng)的作用是獲取圖像和分析圖像并將獲取到的圖像以及分析過(guò)的圖像信息加以處理，如圖1所示[12]。將視覺(jué)系統(tǒng)應(yīng)用于缽苗移栽機(jī)的自動(dòng)送苗裝置，可以根據(jù)識(shí)別到的信息智能識(shí)別是否為空穴或者壞苗。利用攝像機(jī)、圖像采集卡和圖像處理器等設(shè)備搭建視覺(jué)系統(tǒng)平臺(tái)，如圖2所示。通過(guò)算法運(yùn)算自動(dòng)識(shí)別空穴或者壞苗后，由處理器處理識(shí)別出空穴和壞苗[13]。相對(duì)于另外2種類(lèi)型的送苗裝置，這種類(lèi)型的送苗裝置具有智化程度高、作業(yè)效率高、作業(yè)效果好等優(yōu)點(diǎn)。機(jī)器視覺(jué)型送苗裝置的識(shí)別系統(tǒng)對(duì)機(jī)器震動(dòng)敏感，會(huì)影響到機(jī)器視覺(jué)識(shí)別的精度[14]。

圖1 基于機(jī)器視覺(jué)的壞苗識(shí)別系統(tǒng)流程

圖2 機(jī)器視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖

2 國(guó)內(nèi)外自動(dòng)送苗裝置研究現(xiàn)狀

國(guó)外研究缽苗移栽機(jī)較早。20世紀(jì)初，歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家研究并制造出了適用于蔬菜生產(chǎn)的秧苗移栽機(jī)具，這種移栽機(jī)具采用人工送苗；20世紀(jì) 30年代末至 40年代初期，研制出了送苗裝置并逐步代替人工送苗，使送苗入土的過(guò)程實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化；20世紀(jì)50年代至60年代，研制出了多種不同結(jié)構(gòu)型式的半自動(dòng)移栽機(jī)和用于育苗的土缽制缽機(jī)；20世紀(jì) 80年代，各種半自動(dòng)移栽機(jī)、制缽機(jī)形成了完整的產(chǎn)品系列，并且廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

我國(guó)研究缽苗移栽機(jī)已有 30多年的歷史，目前移栽作業(yè)機(jī)具仍然以半自動(dòng)移栽機(jī)為主[5]。半自動(dòng)移栽機(jī)的出現(xiàn)，一定程度上有效緩解了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中人工移栽勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、用工量大等難題，但仍然存在以下問(wèn)題：使用半自動(dòng)移栽機(jī)，必須在人工送苗的情況下才能完成作業(yè)；人工送苗過(guò)程中速度不能太快，工作時(shí)間較長(zhǎng)，操作者容易疲勞，易造成漏苗現(xiàn)象[6]；人工送苗的速度不夠快和移栽過(guò)程中勞動(dòng)力需求量過(guò)大，制約了缽苗移栽機(jī)械的大面積應(yīng)用[15-16]。研制缽苗移栽機(jī)自動(dòng)送苗裝置將提高整個(gè)移栽機(jī)械的效能和價(jià)值[17]。基于缽苗移栽機(jī)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的價(jià)值，研究與設(shè)計(jì)缽苗移栽機(jī)是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)必不可少的工作。而研究與設(shè)計(jì)自動(dòng)送苗機(jī)構(gòu)，是缽苗移栽機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵。

2.1 機(jī)械驅(qū)動(dòng)型送苗裝置

國(guó)外研究機(jī)械驅(qū)動(dòng)型自動(dòng)送苗裝置的時(shí)間較長(zhǎng)，研究成果較多，市場(chǎng)上許多缽苗移栽機(jī)的送苗裝置采用的就是純機(jī)械驅(qū)動(dòng)。目前我國(guó)純機(jī)械驅(qū)動(dòng)全自動(dòng)缽苗移栽機(jī)的相關(guān)研究較少，很多機(jī)械驅(qū)動(dòng)型的自動(dòng)送苗裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、移栽效率不高。機(jī)械驅(qū)動(dòng)型送苗裝置的結(jié)構(gòu)主要由凸輪、鏈輪、往復(fù)式絲杠組成，主要是采用橫向與縱向送苗方式。這類(lèi)送苗裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，零件加工精度和裝配要求高。

國(guó)外主要的代表機(jī)型為洋馬公司生產(chǎn)的 PF2R型乘坐式全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)，如圖3所示。其送苗裝置為橫向與縱向送苗，采用純機(jī)械驅(qū)動(dòng)。此送苗裝置的原理是：由雙螺旋凸輪軸實(shí)現(xiàn)橫向往復(fù)送苗；縱向送苗則是由雙螺旋凸輪軸一側(cè)的凸輪帶動(dòng)棘輪，再由棘輪傳遞到鏈條，最后帶動(dòng)鏈條上的缽苗來(lái)實(shí)現(xiàn)[18]。采用這種送苗方式的還有井關(guān)公司生產(chǎn)的PZP-80型全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)，如圖4所示。

圖3 PF2R型乘坐式全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)

圖4 PZP-80型全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)

2011年，KUMAR等[19]研究出一種全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)。該移栽機(jī)主要是針對(duì)移栽過(guò)程多種因素影響缽苗漏栽率與成活率等問(wèn)題,采用帶定時(shí)軸、凸輪和離合器等自動(dòng)送苗機(jī)構(gòu),可實(shí)現(xiàn)垂直方向運(yùn)送多株缽苗,移栽結(jié)果表明該機(jī)的缽苗漏栽率較低、直立度率較高、栽植質(zhì)量良好。

國(guó)外純機(jī)械驅(qū)動(dòng)的送苗裝置對(duì)工件的加工精度要求高，機(jī)械機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，對(duì)各機(jī)構(gòu)間工作同步性要求高，可能會(huì)因?yàn)橹圃炀扰c使用磨損導(dǎo)致產(chǎn)生累計(jì)誤差，進(jìn)而影響移栽質(zhì)量。此種移栽機(jī)送苗裝置的加工精度要求高，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且送苗效率較低。

國(guó)內(nèi)其主要的代表機(jī)型有浙江理工大學(xué)裘利鋼等[20]2012年設(shè)計(jì)的一種橫向和縱向送苗機(jī)構(gòu)。此裝置缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)復(fù)雜，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，但未能測(cè)試出高速移栽狀態(tài)下的控制精度。

河南科技大學(xué)金鑫等[21]，2016年設(shè)計(jì)了一種純機(jī)械傳動(dòng)式蔬菜移栽穴盤(pán)苗自動(dòng)輸送裝置。該裝置的取苗速度高達(dá) 140株/min，且取苗成功率超過(guò)95%，滿(mǎn)足移栽農(nóng)藝要求且遠(yuǎn)超人工移栽效率。

東北農(nóng)業(yè)大學(xué)薛向磊等[22]，2020年設(shè)計(jì)了一種棘輪連桿式缽苗移栽機(jī)縱向送苗機(jī)構(gòu)，如圖5所示。此送苗裝置橫向送苗原理是撥桿跟著雙向螺旋軸運(yùn)動(dòng)，棘輪、連桿等跟著秧箱做往復(fù)橫向運(yùn)動(dòng)。此送苗裝置的縱向送苗原理是連桿將動(dòng)力傳至驅(qū)動(dòng)臂，再由驅(qū)動(dòng)臂帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)桿帶動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)，棘輪驅(qū)動(dòng)送秧鏈輪轉(zhuǎn)輪齒槽，限定棘輪及送秧鏈輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)角，復(fù)位彈簧帶動(dòng)機(jī)構(gòu)回復(fù)原位。此送苗裝置的送苗成功率高達(dá)99.17%。相對(duì)比國(guó)外純機(jī)械驅(qū)動(dòng)的送苗裝置，此送苗裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位準(zhǔn)確，且對(duì)累積誤差有一定補(bǔ)償作用[23]。

圖5 縱向送苗方案

國(guó)內(nèi)純機(jī)械驅(qū)動(dòng)的送苗裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)由復(fù)雜轉(zhuǎn)向簡(jiǎn)單，降低了工藝制作難度；送苗運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡由復(fù)雜轉(zhuǎn)向簡(jiǎn)單，同時(shí)減小了缽苗的損失率。

2.2 機(jī)電氣控制型送苗裝置

機(jī)電氣控制型自動(dòng)送苗裝置采用電機(jī)或者氣缸等驅(qū)動(dòng)，精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送苗。機(jī)電氣控制型自動(dòng)送苗裝置對(duì)取送苗的控制精確，實(shí)際作業(yè)過(guò)程中操作方便，移栽精度高。

國(guó)外的主要代表機(jī)型是日本井關(guān)公司研發(fā)的PVHR2-E18型缽苗移栽機(jī)[24]，如圖 6所示。此移栽機(jī)采用苗杯輸送鏈形式送苗，苗杯附著在鏈條上，鏈輪帶動(dòng)鏈條進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)苗杯運(yùn)動(dòng)到落苗口時(shí)，觸發(fā)開(kāi)關(guān)控制缽苗落下，最后到栽植器，完成送苗。

圖6 井關(guān) PVHR2-E18型缽苗移栽機(jī)

荷蘭飛梭公司生產(chǎn)的 PC-21 溫室移栽機(jī)，如圖7所示。動(dòng)力來(lái)源于氣缸和電機(jī)。其取送苗裝置采用四針式取苗爪進(jìn)行取送苗，由氣缸控制取苗爪的抓取與釋放動(dòng)作。

圖7 PC-21 型自動(dòng)移栽機(jī)

以上機(jī)械采用機(jī)、電、氣控制技術(shù)的移栽機(jī)送苗裝置，送苗動(dòng)作相對(duì)簡(jiǎn)單，適用范圍廣，移栽效率和成活率較高，穩(wěn)定性好，但其體積龐大，成本高[25]。

國(guó)內(nèi)主要的代表機(jī)型有江蘇大學(xué)胡建平、楊麗江[26]等 2011年設(shè)計(jì)的一種乘坐式蔬菜缽苗全自動(dòng)移栽機(jī)。該裝置采用了PLC控制電磁閥，驅(qū)動(dòng)氣缸實(shí)現(xiàn)橫向間歇輸送穴盤(pán)；采用步進(jìn)電機(jī)通過(guò)鏈條實(shí)現(xiàn)縱向間歇平行輸送。該裝置由 PLC控制取苗部件，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)取送苗。試驗(yàn)表明該裝置的移栽頻率達(dá)到70株/min，其綜合栽植成功率高達(dá)96%。

石河子大學(xué)的張海蕓[27]于2017年設(shè)計(jì)了實(shí)用性較強(qiáng)的玉米移栽機(jī)自動(dòng)送苗裝置；馬銳[28]于2018年研究出整排夾持式穴盤(pán)苗移栽機(jī)取送苗裝置；李樹(shù)峰[29]于2019年研制出整排取送苗裝置。石河子大學(xué)研發(fā)的這三類(lèi)移栽機(jī)送苗裝置一步步實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)的精準(zhǔn)定位，提高了送苗效率和送苗精度。

西南大學(xué)的宋磊[30]于 2020年設(shè)計(jì)了一種穴盤(pán)苗取投送苗裝置，如圖8所示。該裝置應(yīng)用機(jī)電一體化原理，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)、環(huán)形軌道、鏈條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)一系列運(yùn)動(dòng)，包括穴苗盤(pán)橫向及縱向移動(dòng)、取苗爪斜插式取投苗動(dòng)作、循環(huán)送苗動(dòng)作。對(duì)比荷蘭飛梭公司生產(chǎn)的 PC-21 溫室移栽機(jī)，此送苗裝置可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效地取投苗過(guò)程，減少穴苗損傷率，提高移栽存活率，同時(shí)簡(jiǎn)化整個(gè)機(jī)械機(jī)構(gòu)，達(dá)到輕簡(jiǎn)而又高效的目的。但此送苗裝置的自動(dòng)化程度低于荷蘭飛梭公司生產(chǎn)的 PC-21 溫室移栽機(jī)。

圖8 送苗裝置結(jié)構(gòu)圖

國(guó)內(nèi)的機(jī)、電、氣驅(qū)動(dòng)的送苗裝置與國(guó)外相比，存在機(jī)、電、氣成本高，送苗時(shí)定位準(zhǔn)確率低的問(wèn)題。通過(guò)不斷地研究和探索，我國(guó)機(jī)、電、氣定位的缽苗移栽機(jī)送苗裝置的結(jié)構(gòu)往輕簡(jiǎn)化發(fā)展，送苗定位的準(zhǔn)確率提高，從而提高缽苗移栽機(jī)送苗的成功率。

2.3 視覺(jué)系統(tǒng)定位型送苗裝置

視覺(jué)系統(tǒng)定位型自動(dòng)送苗裝置不僅可以降低漏栽率提高移栽效果，而且還可以提高移栽效率。視覺(jué)系統(tǒng)定位類(lèi)型的自動(dòng)送苗裝置因其高度的智能化，可以保證植入缽苗的直立度從而提升缽苗的成活率。因?yàn)橐曈X(jué)技術(shù)在全自動(dòng)移栽機(jī)的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，且對(duì)機(jī)器震動(dòng)敏感，價(jià)格昂貴，目前還未得到大規(guī)模的研究與應(yīng)用。

國(guó)外主要代表的機(jī)型是荷蘭VISSES公司生產(chǎn)的Pic-O-Mat GR-2700型自動(dòng)化溫室穴盤(pán)移栽機(jī)，其送苗裝置采用視覺(jué)定位的方式進(jìn)行工作，如圖 9所示。其控制系統(tǒng)由上位機(jī)和PLC組成，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集缽苗的圖像并處理，根據(jù)識(shí)別結(jié)果驅(qū)動(dòng)PLC控制電機(jī)再帶動(dòng)苗盤(pán)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定位置時(shí)取苗手取苗。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)具有較為靈敏的識(shí)別功能，可以識(shí)別出苗盤(pán)的狀態(tài)，提高送苗精度，加快送苗速度；缺點(diǎn)是機(jī)器識(shí)別對(duì)于移栽裝置的振動(dòng)敏感，影響其識(shí)別精度，所以暫時(shí)無(wú)法運(yùn)用到大田作業(yè)中。

圖9 Pic-O-Mat GR 2700型自動(dòng)化溫室穴盤(pán)移栽機(jī)

ALBERTUS J V V等[31]于2004年研究出一種運(yùn)用特有視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)的移栽機(jī)。這種移栽機(jī)可以同時(shí)運(yùn)送多盤(pán)苗盤(pán)，并且可以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)苗和移缽功能,提高移栽成功率。

意大利 Ferrari公司開(kāi)發(fā)了具有機(jī)器視覺(jué)功能的Futura型全自動(dòng)移栽機(jī)。該移栽機(jī)設(shè)計(jì)了缺苗檢測(cè)裝置，其取苗裝置采用成排取苗的方式，缽苗取出后放入投苗裝置，使用激光對(duì)射式光電傳感器檢測(cè)移栽機(jī)投苗裝置中是否有缽苗，有苗時(shí)投苗裝置把缽苗放入栽植機(jī)構(gòu)，無(wú)苗時(shí)投苗裝置直接轉(zhuǎn)過(guò)[32]。國(guó)外對(duì)視覺(jué)定位型的移栽機(jī)送苗裝置研究時(shí)間久，發(fā)展較快，視覺(jué)技術(shù)相比國(guó)內(nèi)成熟，智能化程度高。同時(shí)，研究的視覺(jué)定位型移栽機(jī)功能廣泛，取送苗定位精度高，有效提高了送苗精度和送苗效率。

國(guó)內(nèi)主要代表的機(jī)型有江蘇大學(xué)魏新華等[33]于 2016年設(shè)計(jì)的一套穴盤(pán)苗全自動(dòng)移栽機(jī)，如圖10所示。該裝置采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)苗盤(pán)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)取苗機(jī)械手縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。該裝置采用圖像采集與處理系統(tǒng)進(jìn)行取送苗，該系統(tǒng)能夠識(shí)別苗株是否健康，然后協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)決定是否移栽。此移栽機(jī)的取/放苗速度為每行40株/min)，在整機(jī)單行移栽39.9株/min的平均移栽速度下喂苗成功率達(dá)到96.9%。該裝置提高了取苗定位精度和輸苗柔性度，減少了缽苗基質(zhì)損失，改善了移栽效果。

圖10 移栽機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

浙江大學(xué)王永維等[34]于 2018年設(shè)計(jì)了穴盤(pán)苗缺苗檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)獲得的擬南芥穴盤(pán)苗彩色圖像進(jìn)行判斷，確定穴孔是否有苗。

中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的張甘等[35]于2020年研究了基于maxIOU算法的快速自動(dòng)移植器中白菜苗體缺陷的識(shí)別。得出結(jié)論maxIOU算法在基板和苗區(qū)分割中精度高。缺陷識(shí)別算法對(duì)白菜幼苗的缺陷識(shí)別精度高，具有良好的實(shí)時(shí)性能，可應(yīng)用于高速現(xiàn)場(chǎng)移植器。

國(guó)內(nèi)視覺(jué)系統(tǒng)定位型送苗裝置的研究起步晚，但發(fā)展較為迅速，與國(guó)外視覺(jué)系統(tǒng)定位移栽機(jī)相比，取送苗精度和智能化程度都較低，缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在視覺(jué)定位的功能單一，精度低，檢測(cè)效果一般。

3 送苗裝置存在的主要問(wèn)題

根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外送苗裝置現(xiàn)狀分析得出，國(guó)內(nèi)學(xué)者研究的移栽機(jī)送苗裝置基本由一個(gè)直流電機(jī)提供動(dòng)力，通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)改變動(dòng)力輸出的方向來(lái)實(shí)現(xiàn)橫向與縱向送苗，這類(lèi)送苗裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)普遍較為復(fù)雜。國(guó)外機(jī)構(gòu)主要著眼于機(jī)械式送苗裝置與非機(jī)械式送苗裝置的研究。機(jī)械式送苗裝置機(jī)械加工精度高，送苗效果好，送苗效率高，但成本過(guò)高，在國(guó)內(nèi)暫時(shí)無(wú)法廣泛推廣；非機(jī)械式送苗裝置采用整排送苗的方式實(shí)現(xiàn)送苗，這類(lèi)送苗裝置不能進(jìn)行大田移栽作業(yè)。

現(xiàn)階段我國(guó)移栽機(jī)自動(dòng)送苗裝置主要存在以下3個(gè)問(wèn)題。

(1) 移栽機(jī)自動(dòng)送苗裝置作業(yè)效率低。國(guó)內(nèi)研究出的送苗裝置普遍存在智能化程度低、機(jī)具的精度不高、依舊需要人工參與等問(wèn)題。

(2) 移栽機(jī)自動(dòng)送苗裝置機(jī)具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。國(guó)內(nèi)研究出的送苗裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度較高，導(dǎo)致成本高，無(wú)法大范圍推廣，商用性能較低。

(3) 移栽機(jī)自動(dòng)送苗裝置通用性差。國(guó)內(nèi)研究出的送苗裝置基本上都有其特定的工作環(huán)境以及工作對(duì)象，機(jī)具的適應(yīng)性不佳。

4 對(duì)策與展望

(1) 現(xiàn)有國(guó)家政策極力扶持農(nóng)業(yè)機(jī)械行業(yè)，科研工作者要抓住發(fā)展的好時(shí)機(jī)，在國(guó)家政策的扶持下，結(jié)合我國(guó)的基本國(guó)情，基于我國(guó)現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)機(jī)械研究基礎(chǔ)，大力開(kāi)展全自動(dòng)移栽機(jī)送苗裝置的創(chuàng)新研究，利用先進(jìn)加工制造工藝，提高零部件的質(zhì)量，提高全自動(dòng)移栽機(jī)的工作效率和可靠性，降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少操作者的勞動(dòng)時(shí)間。

(2) 我國(guó)的人均 GDP還達(dá)不到發(fā)達(dá)國(guó)家的水平，農(nóng)民的資金有限，如何簡(jiǎn)化農(nóng)業(yè)機(jī)具，提高農(nóng)業(yè)機(jī)具的適應(yīng)性，讓每一個(gè)農(nóng)民都能用上便利的現(xiàn)代農(nóng)機(jī)設(shè)備成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的新目標(biāo)。在研究全自動(dòng)移栽機(jī)時(shí)，除了保證移栽機(jī)具有高技術(shù)含量的同時(shí)，還要具備價(jià)格便宜、操作便利等優(yōu)點(diǎn)。政府也可以制定相關(guān)的新型農(nóng)業(yè)機(jī)具補(bǔ)貼政策，鼓勵(lì)農(nóng)民主動(dòng)購(gòu)買(mǎi)和學(xué)習(xí)如何操作新型農(nóng)業(yè)機(jī)具。目前，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展的新時(shí)代，現(xiàn)代智能化農(nóng)場(chǎng)成為發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)國(guó)家政策的導(dǎo)向和農(nóng)機(jī)部門(mén)的配合，可以推廣規(guī)范化移栽種植，促進(jìn)集約化機(jī)械化生產(chǎn)。

(3) 從現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，研制出可以適用于各種作物移栽的移栽機(jī)送苗裝置意義重大。新型的移栽機(jī)送苗裝置將具備高度自動(dòng)化、智能化等特點(diǎn)，并且擁有較高的自適應(yīng)性能和通用性，因此視覺(jué)系統(tǒng)定位型自動(dòng)送苗裝置的全自動(dòng)移栽機(jī)將成為未來(lái)研究的熱點(diǎn)。