1、文獻綜述報告1 前言傳統的農作物移栽主要依靠人工作業完成，勞動強度大、生產效率低、費工費時，且人工移栽很難保證作業質量。因此，實現蔬菜移栽機械化是擴大蔬菜移栽面積和發揮蔬菜移栽優勢的關鍵所在，對于減輕蔬菜移栽作業的勞動強度和提高移栽質量、效益具有重要意義120世紀20年代，歐洲發達國家研制并開始使用手工喂苗的秧苗移栽機具，用于蔬菜生產作業；30年代末40年代初期，手工喂苗的秧苗移栽機具的人工動作被移栽機構所取代。送苗入土過程實現了機械化，50、6O年代多種不同結構型式的半自動移栽機被研制生產并使用同時，育苗用土缽制缽機開始出現；至20世紀8O年代，半自動移栽機、制缽機已形成完整的系列，并在農業

2、生產中廣泛使用；到目前為止，歐洲在蔬菜育苗土缽成型與缽上單粒精密播種和自動移栽機械設備等技術上已經達到完善。并應用于實際生產中，如法國、德國、荷蘭、西班牙、意大利、丹麥等國，大部分的蔬菜生產和幾乎全部的花卉生產都實現了育苗工廠化和移栽機械化。日本由于勞動力短缺，移栽機械的使用非常普與，機械化程度很高廣泛研制和使用全自動移栽機，各種移栽機專用性很強，一般只適用于一種農作物。如甜菜自動移栽機、洋蔥自動移栽機。據文獻。日本是第一個在溫室中使用紙筒缽育菜苗并進行移栽的國家。到2O世紀8O年代，90的甜菜已經實現了移栽種植。在美國，蔬菜移栽機械的研究和應用更為普遍，據文獻，蔬菜育苗機械化程度已達到7O以

3、上，蔬菜育苗機械化的發展大大提高了相應的移栽機械的發展。國外移栽機械已十分成熟，系列多、品種全，性能穩定，可靠性高，通用性強，在農業生產的實際中得到檢驗我國于20世紀50年代末6o年代初開始移栽機械的試驗研究。當時研制的移栽機有棉花營養缽育苗移栽機和甘薯秧苗移栽機，70年代研制甜菜移栽機。80年代研制半自動化蔬菜移栽機，此時也從國外引進了多種結構的蔬菜移栽機；據文獻記載，1979年四川省溫江地區農機所研制了2ZYS-4型鉗夾式移栽機。市農機所于1980年和1991年分別研制了2ZSB一2型缽苗移栽機和2ZWS型蔬菜無土苗移栽機。目前國已經研制開發的缽苗移栽機主要以半自動為主，機型大多是國外產品

4、的仿制品，全自動移栽機因結構復雜，成本高，尚處在研究起步階段。2現有幾種主要機構分析比較21 鉗夾式移栽機主要工作部件有：鉗夾式在栽植部件，開溝器，覆土鎮壓輪，傳動機構與機架等。圖 1 鉗夾式移栽機結構1. 橫向輸送器 2.鉗夾 3.機架 4.栽植盤 5.覆土鎮壓輪 6.開溝器工作原理：人工將秧苗放在轉動的鉗夾上，隨栽植盤轉動，到達苗溝時，鉗夾在滑道開關控制下打開，在自身重力下落入苗溝，然后鎮壓輪覆土，完成栽植。優缺點：栽植機結構簡單，株距和栽植深度穩定，成本低，適合裸苗和缽苗。但株距調整困難，鉗夾易傷苗，栽植速度低，零速栽植與喂苗不好控制，應用較少。法國生產的額UT-2型移栽機，農業大學研制

5、的2ZT型移栽機，八五二耕作機械廠研制的2YZ型移栽機，農墾科學院研制的2Z-2型移栽機都是這種類型22.2鏈夾式移栽機除轉動方式外，工作原理和鉗夾式移栽機一樣。主要工作部件有：鏈夾式栽植器，開溝器，壓密覆土輪，傳動仿形輪，傳動裝置和機架。（圖2）。圖13鏈夾式植苗機構1開溝器2機架3滑道4秧夾5環形鏈6鉗夾7地輪8傳動鏈9鎮壓輪工作原理：秧夾安裝在鏈條上，人工將秧苗放在臉夾上，；鏈夾轉入滑道，秧苗被夾持并隨鏈夾轉動。秧苗達到與地面垂直時，鏈夾脫離滑到并打開，秧苗落入溝，然后覆土、鎮壓。工作過程和性能與鉗夾式相似。優缺點：鏈夾式移植株距準確，移植后秧苗的直立度較好，喂苗送苗穩定可靠。但是生產率

6、低，易傷苗，而且喂苗區苗夾數少，并呈上下排列，移植速度偏高時易出現漏載現象。這種栽植機現在應用較少，并有淘汰趨勢。現有機型：意大利切克基馬格利公司生產的奧特瑪栽機；意大利生產的NADRI玉米缽苗移栽機；荷蘭米啟根公司生產的MT栽植機；安微徐農機研究所研制2ZY-2型油菜移栽機；唐山農機研究所研制的2ZB-2型移栽機；農墾科學院研制的2Z-2型多用缽苗移栽機2.3吊籃式移栽機吊籃式移栽機對育出的缽苗形狀適應圍較廣，更適合柔嫩秧苗、大缽秧苗與缽體易碎秧苗的移栽。對于這樣一個農業大國，研發適合我國國情的吊藍式移栽機具有現實意義1.偏心環2.吊環3.導軌4.覆土器5.開溝器圖3吊籃式移栽機結構簡籃式移

7、栽機是一種適合于缽體尺寸較大的缽苗移栽機械（如圖1所示），它具有可以進行膜上打孔移栽的獨特優點，且缽苗在移栽過程中不受任何沖擊。缺點是結構相對復雜，喂苗速度不能過高，否則會出現漏栽率增加、生產率不高等問題。該機采用單組組合式結構，每個組合單體可獨立完成栽植作用。作業時，由人工將棉花苗放在秧盤上，然后在把棉花苗放在移栽器上；地輪傳動通過軸帶動移栽輪轉動，使得棉花苗在移植器隨著移栽輪轉動；當移栽輪轉到一定位置時，移植器在凸輪的作用下打開，同時把土壤分開，棉花苗垂直下落在土穴里；然后通過鎮壓輪將土面壓實，以保持水分。吊籃式移栽機可以實現膜上移栽，對缽苗有一定的扶持力，從而可以使其保持一定的直立度，并

8、且將開溝與移栽合為一體，實現了整體缽苗從喂入到栽植的一體工作。吊籃式栽植器無需開溝器，減少了動力損耗，同時也降低了傷苗率。2.4導苗式移栽機導苗式移栽機的漏苗率低，喂苗的勞動強度小，生產效率高，適應性好，即可以移栽缽苗，業可以移栽根苗。缺點是結構比較復雜，制造成本偏高。圖 4 導苗管式移栽機單組結構1苗架 2.喂入機 3.平機架大梁 4.四桿仿形機構 5.開溝器 6.柵條式扶苗器 7.覆土填壓輪 8.導苗管該類移栽機主要分為推落苗式、指帶落苗式、直落苗式三種。工作時，由人工或機械將秧苗投至喂入器的喂入筒，當喂苗嘴轉動至導苗管喂入口時，喂苗嘴開，秧苗靠重力落入苗溝中，然后進行覆土、鎮壓、完成栽植

9、過程。該類移栽機械的特點：栽植秧苗的穴行距和栽植深度均勻一致，保證較好的直立度，且作業速度較高，移栽的頻率可達60 株/min，栽植頻率由喂入頻率確定，不易傷苗，但調整比較復雜，受拖拉機前進速度影響明顯。2.5輸送帶式移栽機由開溝器、秧苗輸送機構、覆土鎮壓輪、傳動裝置和機架等主要部件組成，秧苗輸送機構由一條水平輸送帶和一條傾斜輸送帶組成，兩條輸送帶的運動速度不同。機具作業時。秧苗在水平輸送帶上直立前進，在水平輸送帶末端翻倒在傾斜輸送帶上，當秧苗運動到傾斜帶的末端時。缽苗翻轉直立落到苗溝中，然后覆土鎮壓，完成作業。這種移栽機機構簡單，移栽效率高，但是移栽的可靠性差，栽植質量低。32.6撓性圓盤式

10、移栽機結構簡單實用，成本低，但圓盤壽命較短，株距和移栽深度不穩定。撓性圓盤式移栽機有兩片可以變形的撓性圓盤來夾持秧苗，由于不受苗夾數量的限制，它對穴距的適應性較好，輸送帶將人工喂入的秧苗喂入到栽植器中，然后隨圓盤轉動，當達到垂直狀態時進行栽植，適用于裸苗與紙筒移栽，對于像白蔥等長莖作物的栽植效果更佳。43 國研究現狀國的穴盤育苗技術研究時間還不是很長，穴盤苗自動移栽機的研究還剛剛起步，相比國外成熟的技術體系還存在很大的差距。穴盤苗移栽機械分為田間露地移栽機械、溫室移栽的棚室移栽機械以與用于將穴盤秧苗植入花盆的自動移栽機械手。常見的田間露地移栽機機型主要包括: 鉗夾式移栽機、鏈夾式移栽機、撓性圓

11、盤式移栽機、吊杯式移栽機、導苗管式移栽機、輸送帶式移栽機和空氣整根營養缽育苗移栽機。這些機型均應用于缽苗移栽，對于穴盤苗移栽均需要手工取苗、投苗，機械化程度低。目前，國對穴盤苗自動移栽機的研究主要集中在對溫室移栽的棚室移栽機械以與用于將穴盤苗植入花盆的自動移栽機械手的研究，還未涉足到適合大田作業的、不需手工取苗投苗的穴盤苗全自動移栽機械的研究，僅有少數農業科研院校對穴盤苗移栽機進行了探索性的研究。1996 年，工業大學云翔等研制出一種空氣整根氣吸式秧苗全自動移栽機。該機采用吸力較大的氣缸投苗機構，投苗過程中穴盤苗與運動部件不直接接觸，傷苗率相對比較低。其移行機構由步進電機驅動，位置精度較高，由

12、單片機來控制，整機可靠性較強。但該設備只適用于水稻秧苗，若用于移栽蔬菜和花卉等幼苗，則易使其莖稈秤斷。2003 年，中國呂英石等人研制了可調整式花卉穴盤苗假植機構。假植爪動作的流程: 當假植爪位于原點時之狀態為假植爪整體上升、夾取爪打開、并且位于穴盤上方; 當要夾取穴盤苗時則假植爪整體往下降至定點后夾取，動作完成后，假植爪往上升移動至生長盤位置上方，假植爪下降將穴盤苗植入生長盤中，然后爪打開并同時上升，再借著氣壓缸回到原點，如此完成單一循環的假植作業。氣壓式可調整花卉秧苗移栽如圖2所示。2005 年，中國農大剛對生菜自動移栽機進行了初步探索，設計了一種龍門式的移苗裝置。其用氣爪作為執行部件，采

13、用運行C /OS嵌入式操作系統的16 位微控制器作為核心的控制系統。該自動移苗機能按照編程的路徑和方式可以完成規定的移栽，但是還不能克服幼苗的柔韌性等問題，氣爪抓取的精確率和成功率需要進一步的提高。因為只是初步探索，所以在移苗手爪、移苗機構的設計和機構的穩定性等方面還需要完善。同時，中國農業大學強麗慧的浮板蔬菜生產自動移苗裝置是移苗機構中直接與苗接觸的部分。由它來具體執行拔苗、栽苗作業。移苗裝置由移苗氣缸、移苗針、可調角度連接件和移苗針固定架等組成。拔苗時，移苗氣缸伸出，移苗針以30°扎入基質中。之后，機械臂縮回，并向栽苗位置移動。在此過程中，移苗裝置起到搬運苗的作用。栽苗時，移苗氣

14、缸縮回，移苗針隨之縮回，苗栽入孔穴中。由于取苗機構是實現全自動移栽的重要部件之一，主要功能是驅動取苗機構的移栽機械手按照一定的路徑從穴盤中取出穴苗，并夾帶穴苗至栽植器接苗口處投苗。其作為取苗和投苗的直接設備，是區分全自動移栽和半自動移栽的關鍵。因此，一部分高校對穴盤秧苗移栽機的取苗機構這一關鍵部件進行了專門研究。此外，還有部分人專門針對穴盤苗移栽機的控制系統進行了研究，做出了一定程度的改進和優化。2007 年，農業大學田素博等人設計了一種基于PLC 的穴盤苗移栽機械手控制系統。其中，穴盤苗移栽機械手的工作過程: “定位抓取定位投放”，能實現穴苗單線往復移栽。其由氣力驅動系統、夾持機構、控制系統

15、與秧和花盆輸送裝置4 個工作機構協同配合實現這一系列連續動作。其控制系統由PLC、行程開關等組成。結果表明，該控制系統的設計合理，性能可靠。基于PLC 的穴盤苗移栽機機械手示意圖如圖3所示。2009 年，凱等人研究了PLC 在穴盤苗移栽機器人控制系統中的應用。所涉與到的穴盤苗移栽機器人由輸送帶、視覺相機、三維運動平臺和機械手組成。研究中，通過2 臺PLC 的合理組合和程序的設計，實現了多電機控制系統的架構，為移栽機器人各機構平穩、有序運行提供了軟件基礎。該控制系統整體布局合理、穩定性好、程序設計方法簡單易行，提高了控制系統的柔性和可靠性，較好地兼顧了精度和成本。目前，國所研制的溫室穴盤苗自動移

16、栽機總體上存在著: 柔性和可靠性差; 定位精度不高，控制性能不穩定，智能化程度較低; 作業效率不高，穩定性差等問題。因此，對于田間露地穴盤苗全自動移栽，除了要解決以上溫室穴盤苗自動移栽機所存在的一些問題之外，還要考慮大面積作業環境的復雜多變性，在兼顧效率和成本的前提條件下，去完善整個移栽系統的作業可靠性和穩定性。此外，大面積作業穴盤苗全自動移栽機相對于溫室的穴盤苗自動移栽機，除了要完成取苗以與放苗的移栽作業過程以外，還需完成栽植作業要求。因此，如何借鑒并優化現有的各種應用于缽苗移栽的田間露地移栽機的栽植部件，實現大田秧苗全自動移栽機取放投的全程作業要求，也是需要考慮的關鍵問題之一1。圖2 氣壓

17、式可調整花卉秧苗移栽機圖3 基于PLC 的穴盤苗移栽機機械手示意圖2009年，農業大學邱立春申請了名為一種穴盤苗自動移栽機（CN201491562U)的裝置，此裝置的特征是龍門式機械臂機構是在機架上部安裝機械臂水平運動導軌和同步帶，水平運動導軌上滑動連接機械臂連接板，連接板連接同步機，其特點在于以機器代替手工操作自動完成蔬菜和花卉穴盤秒移栽，機構簡單，方便，使用，性能可靠。2011年，廣實凱機電科技凱等人申請了名為一種溫室秧苗移栽機（CN202269169U），此裝置包括機架，穴盤輸送帶水平安裝在機架上，放苗盤和取苗盤設置在穴盤輸送帶上，通過滑軌進行三個方向移動，此實用新型客服現有技術中價格昂

18、貴,結構復雜，不易于推廣，機械手數量不可調和機械手放苗時會帶起秧苗等問題，具有結構簡單，安全可靠，造價便宜，生產效率高，機械手數量可調，維護方便和卸苗效果好的特點。同年，江大學毛罕平等人申請了旱地穴盤移栽裝置末端執行器（CN102342206A），他的特征是它有連接到移栽機機械臂上的凸輪軸支架，在凸輪軸支架下端并列安裝一排完全一樣的夾苗裝置。此執行器的優點在于結構簡單緊湊，裝卸方便，整排取苗，提高了栽植效率。他們還在2013年申請了名為一種穴盤苗移栽機自動取苗機械手那（CN103563532A）的專利，此發明包括機械臂和取苗末端執行器，整體構造為笛卡爾運動系統，它能代替人的手工勞動，從穴盤中取

19、出幼苗并移送到目標生長盤或花盆中栽培，整體構造簡單，性能可靠，可應用于不同規格的穴盤苗自動移栽。4當今存在的問題目前，我國移栽機械的研究和應用中還存在許多問題亟待解決: 農機研究與我國農業生產需求相脫節，無法滿足國農業生產的真正需要; 沒有自行的相關研究體系，大量抄襲、仿制國外先進機型，無法適應國生產; 現行使用的機型移栽質量不穩定，通用性差，自動化程度較低，且機具造價較高。5 未來發展趨勢縱觀國外移栽機的發展和應用情況，加上對各種不同類型移栽機的對比，總結未來移栽機的發展方向和趨勢：（1）栽植質量更加優良。設計出的移栽機能夠具有更好的工作質量、滿足農藝要求、理想的栽植深度、直立度、較低的漏苗率和傷苗率等。2）栽植速度進一步提高。目前市場上的移栽機多數為半自動化機具，栽植速度受人工限制，勞動強度仍然較大，移栽機在解決好此類問題的同時能更好的適應現代化農業的要求。3）功能更加完善，機型更加齊全。目前多數移栽機僅具有單一的移栽功能，未來將集鋪膜、施肥、除草、鋪膜等多種功能于一體，并形成多機型、