蔬菜缽苗穴盤間移栽CAMOZZI執行器設計規劃 
溫室穴盤苗培育技術已在*范圍內廣泛應用,移栽作業是育苗后期的重要環節。開發缽苗移栽機器人代替傳統手工作業,可大大提高作業效率,減輕作業者勞動強度,解決勞動力短缺問題,且使苗的移栽*性比率高。

蔬菜缽苗穴盤間移栽CAMOZZI執行器設計規劃 
我國是以蔬菜栽培為主體的世界設施農業生產大國,采用機械化移栽將產生較好的經濟和社會效益。基于此本論文以溫室蔬菜番茄、黃瓜穴盤苗為研究對象,開展了溫室缽苗機械化移栽作業的缽苗可移栽狀態研究、移栽末端CAMOZZI執行器的創新設計和試驗、缽苗健康信息機器視覺獲取方法和機構創新、移栽作業路徑控制策略和優化四個方面的研究。主要研究內容和結論如下：基于萬能試驗機平臺設計了可調指針夾持壓縮苗坨的力學測試系統,用于測量抓苗指針水平向心擠壓苗坨時抗壓力的變化。進一步研究指針夾持角度、夾持指針數、苗坨含水率、缽苗長勢和苗坨基質配比五個因素對抗壓力的影響,以提高末端CAMOZZI執行器抓苗可靠性。指針夾持角7°和10°時苗坨抗壓力隨壓縮量增加逐漸上升,相比4°和13°穩定性要好,且7°指針相同壓縮位置能獲得更大抗壓力；四指對稱式指針對苗坨的向心夾持壓縮變形比三指式更穩定,能產生更大的抗壓力；所測四個含水率水平(65%,75%,85%,88%)苗坨抗壓力對比中,85%水平苗坨抗壓力隨擠壓增加更多,其基質間的粘結力和可塑性綜合性能好；主根系發達可使苗坨結構穩定性更好,小苗、中苗和大苗苗坨的指針夾持抗壓力隨平均根系長度增長而增加,大中苗(根系大于87mm)苗坨可得到穩定上升的夾持壓縮力學特性；基質配比(泥炭：蛭石：珍珠巖)中硬物料蛭石的適量增加可減少苗坨可壓縮空間,使抗壓力得到增強。圍繞穩定抓取和主動分離的功能要求,設計雙氣缸驅動的插入夾取式末端CAMOZZI執行器,通過插入苗缽、夾緊、提升、釋放、苗針分離的動作,可實現缽苗移栽作業。末端CAMOZZI執行器關鍵參數可調整滿足不同大小缽苗夾取尺寸和角度要求,實現穩定抓取；同時指針管與指針的相對位置調節可實現苗坨與指針主動分離。基于可獲較大抗壓力研究,即指針夾持角7°-10°,苗坨基質配比6：3：1(泥炭：蛭石：珍珠巖),苗缽含水率85%左右時,開展對番茄、黃瓜穴盤苗的移栽試驗,結果表明：三針或四針插入夾取式末端CAMOZZI執行器移栽成功率在95.8%以上,其中對大、中苗的移栽成功率達到100%的效果；四針式末端CAMOZZI執行器移栽成功率均為100%,比3針式更穩定；傷苗率均在3%以內,滿足移缽作業需求。通過機器視覺技術測量葉面積實現穴盤中缽苗生長狀態和位置信息的檢測。灰度增強、閾值分割、噪聲過濾等圖像處理技術將幼苗從背景中提取出來。針對穴盤苗葉片跨界重疊導致識別難的問題提出兩種解決方案：一是葉片重疊不嚴重時,采用改進型分水嶺算法分割,包括形態學梯度增強、重構、標記提取和分割,相比標準分水嶺算法圖像中單連通域減少45%-55%,過分割現象得以緩解,且所有跨界重疊的葉片均得以分割,基于此對番茄和黃瓜苗健康狀況的判別準確率分別達98.9%和98.6%；二是葉片繁茂、跨界重疊葉片面積較大時,繼續采用分水嶺算法分割判別準確率會下降,設計了輔助機器視覺識別的間苗機構,改變葉片自然伸展重疊狀態,通過比較各像素分量值的方法將藍色分隔片從穴盤苗圖像中去除,繼而進行目標提取、面積計算和健康質量判別,對番茄和黃瓜苗質量判別的準確率均為100%,進一步延長了穴盤苗的自動化移栽周期。通過單末端CAMOZZI執行器移栽系統進行稀植移栽和補苗作業實現一機多用的功能時,作業路徑需要規劃。對路徑選擇問題進行建模與分析,發現此問題類似為NP問題,運用窮盡算法獲取*路徑方法不可行。采用貪心算法對四種固定順序方案的稀植移栽路徑分別優化,統計對10組穴盤稀植移栽總路徑,相比優化前路徑長度可縮短4.4m至9.55m,優化幅度達19.4%至40.8%,總體貪心算法優化后方案比固定順序方案要好。采用遺傳算法對空穴補苗路徑進行規劃,對遺傳算子的選擇、交叉、變異、重插入操作和算法終止條件進行了改進,優化運算在第25代左右可得到收斂。

蔬菜缽苗穴盤間移栽CAMOZZI執行器設計規劃 
對10組穴盤進行補苗試驗,所得路徑總長度比常規固定順序路徑長度縮短3.7m以上,優化幅度8.5%以上,可穩定得到整體優化路徑,算法平均運算時間0.65s,說明可以快速得到移缽路徑的優化解,滿足移缽作業實時性的要求。以上研究成果為開發具有自主知識產權的、適合我國國情的、能實現產業化的溫室內缽苗自動移栽機器人打下重要的理論和研究基礎。