农业信息系统工程结课论文
课程名称： 农业信息系统工程 姓 名： 吴海洋 学 号： S11091100
院系专业: 工学院农业机械化工程二班
学生类别： 统招硕士研究生
交论文时间： 2012 年 01 月 04 日
蔬菜嫁接机器人系统分析 （吴海洋 工学院农业机械化工程 S11091100）
摘要： 以系统工程思想为指导，对国内外蔬菜嫁接机器人的发展进行了分析对比，以穴盘西红柿苗嫁接机器人为例介绍了蔬菜嫁接机器人的系统组成及其结构关系，同时详细分析了蔬菜嫁接机器人与经济社会的反馈作用机制等，最后阐明了蔬菜嫁接机器人系统发展过程中的基本特征。
关键词： 蔬菜嫁接；机器人；系统；关系
蔬菜嫁接机器人研究是农业生产发展过程中客观存在的基本现象，是现代化农业机械化的重要内容。蔬菜嫁接机器人作为农业机械化结构中的重要组成部分，是工业技术与农业技术相结合的产物，是一个边界模糊、因素众多、关系复杂的系统。应用系统工程的方法对蔬菜嫁接机器人进行系统分析，对于制订蔬菜嫁接机器人发展战略、措施政策和认识制约蔬菜嫁接机器人发展的诸多因素，是不可缺少的内容之一。
1. 蔬菜嫁接机器人的发展与组成结构
1.1 蔬菜嫁接机器人的发展
在我国，随着人口的急剧增长和人民生活水平的不断提高，对蔬菜的需求量越来越大，对蔬菜质量的要求也越来越高。据有关部门统计，2001年以来，各地在调整产业结构时，都不同程度地扩大了蔬菜种植面积。传统的栽培技术由于受季节性影响很大，蔬菜供应旺季堆积如山，供过于求；淡季则供不应求，严重缺菜。保护地栽培技术的发展有效地解决了这一矛盾。温室、大棚等保护地蔬菜栽培以瓜类和茄果类蔬菜最为普遍。在设施栽培条件下，果类和茄果类蔬菜连作障碍问题日益突出。连作会使土壤环境恶化，土壤中病虫种类和数量逐茬增多，导致蔬菜生长势头减弱、产量减少、品质下降。实践证明：解决这一问题最有效的方法是采用嫁接育苗技术。目前，嫁接栽培已经是黄瓜、茄子、西红柿等果类、茄果类蔬菜栽培实现稳产、高产、优质的重要措施。
人工嫁接操作，技术要求精细，费时、费工、费力、工作效率低。由机械嫁接取代人工嫁接就变得十分必要。
实现传统农业向现代农业的转变是世界农业发展的必然规律，目前中国正处于从传统农业向现代农业转变的关键时期。农业的现代化离不开农业机械化，农业机械化则是农业现代化的中心环节。推进农业机械化进程，对促进新农村建设以及农业与非农业的协调发展，构建和谐社会，具有特别重要的意义。而蔬菜嫁接机器人是农业机械化发展中的重要内容。蔬菜嫁接机器人技术，是近年在国际上出现的一种集机械、自动控制与园艺技术于一体的高新技术，它可在极短的时间内，把蔬菜苗茎杆直径为几毫米的砧木、穗木的切口嫁接为一体，使蔬菜嫁接速度大幅度提高；同时由于砧木、穗木接合迅速，避免了切口长时间氧化和苗内液体的流失，从而又可大大提高嫁接成活率。因此，蔬菜嫁接机器人技术被称为蔬菜嫁接育苗的一场革命。
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1.1.1 国外蔬菜嫁接机器人发展经验
日本西瓜的100%，黄瓜的90%，茄子的96%都靠嫁接栽培，每年大约嫁接十多亿棵。从1986年起日本开始了对蔬菜嫁接机器人的研究,以日本“生物系特定产业技术研究推进机构”为主，一些大的农业机械制造商参加了研究开发，其成果已开始在一些农协的育苗中心使用。由于看到了蔬菜嫁接自动化及蔬菜嫁接机器人技术在蔬菜生产上的广阔前景，日本一些实力雄厚的厂家如YANMA、MITSUBISHI等也竞相研究开发自己的蔬菜嫁接机器人，嫁接对象涉及西瓜、黄瓜、西红柿等。总体来讲，日本研制开发的蔬菜嫁接机器人有较高的自动化水平，但是，机器体积庞大，结构复杂，价格昂贵。90年代初，韩国也开始对自动化蔬菜嫁接技术进行研究，但其研究开发的技术，只是完成部分嫁接作业的机械操作，自动化水平较低，速度慢，而且对砧木、穗木苗的粗细程度有较严格的要求。在蔬菜嫁接育苗配套技术方面，日本、韩国已生产出专门用于嫁接苗的育苗营养钵盘。在欧洲，农业发达国家如意大利、法国等，蔬菜的嫁接育苗相当普遍，大规模的工厂化育苗中心全年向用户提供嫁接苗。由于这些国家尚未有自己的蔬菜嫁接机器人，所以嫁接作业，一部分仍采用手工嫁接，一部分采用日本的嫁接机器人进行作业。
1.1.2 我国蔬菜嫁接机器人现状
在中国，农业机器人方面的研究始于20世纪90年代中期，相对于发达国家起步较晚，但是发展很快，很多院校、研究所都在进行农业机器人和智能农业机械相关的研究。1993年由中国农业大学张铁中教授率先对蔬菜的机械嫁接技术进行了研究，并在1996年通过对国内传统手工嫁接方法与国外自动嫁接技术的分析对比上提出了蔬菜自动嫁接方案，并开发出了应用插接法进行蔬菜嫁接的嫁接装置。
1998年张铁中教授等在以前研究的基础上又成功研制开发出了2JSZ-600型蔬菜自动嫁接机，该机采用PLC控制，实现了砧木和穗木的抓取、切削、接合、固定、排苗等嫁接作业的自动化。该机在1998年通过了技术鉴定，填补了国内空白，并获得了国家发明专利。此种嫁接机结构设计新颖、操作简单，对砧木、穗木的适应性强，嫁接性能可靠，各项技术指标都到达了国际先进水平。山东潍坊市农业机械研究所研制的SJZ-1型蔬菜嫁接机采用靠接法，最高工作效率为310株每小时。该机的工作原理和外形类似于韩国的自动嫁接机。
1.2 蔬菜嫁接机器人的组成结构
蔬菜嫁接机器人技术，是一种集机械、自动控制与园艺技术于一体的高新技术。对于不同种类蔬菜的嫁接，由于植物性状、嫁接法的选择不尽相同，嫁接机器人也复杂多样。下面就一种穴盘西红柿苗嫁接机器人为例进行分析。
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开始 穗木定位 切穗木 穗木搬运 插穗木 运出 整盘粗切砧木 砧木定位 精切砧木 出针 插入砧木
图1.穴盘西红柿苗嫁接机器人的工作流程图
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穴盘西红柿苗嫁接机器人的结构如下图:
电动式执行原件
执行机构
气动原件 气缸、气爪、大口机械夹．．．．
传送带装置 传送带、主轴、联轴器．．．．． 传动装置机构
穴 电机的选择 输出负载扭矩、电机转速．．．．． 盘 西 红
柿 砧木横向定位机构 定位杆、滑道、大口机械夹．．．．． 苗 嫁 接
机 砧木粗切削装置 限位板、隔板、刀架．．．． 器 切削机构 人 砧木精切削装置 刀、刀架、安装法兰．．．．．
插针器结构 内管、外壳、内芯．．．．
插针装置机构 出针器结构 限位槽、出针槽．．．．． 穗木横向转移 手爪、支板、滚轮．．．．．
控制系统．．．．
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． ． 图2. 穴盘西红柿苗嫁接机器人的结构
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蔬菜嫁接机器人的系统分析
