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1、文献综述报告移栽团队1刖言目前，我国移栽机械的研究和应用中还存在许多问题亟待解决：农机研究与我国农业 生产需求相脱节，无法满足国内农业生产的真正需要；没有自行的相关研究体系，大量抄袭、 仿制国外先进机型，无法适应国内生产 现行使用的机型移栽质量不稳定，通用性差，自动 化程度较低，且机具造价较高，农机与农艺的融合不紧密1，苗盘尺寸、钵的形状和尺寸 没有统一标准，给提高移栽自动化程度带来一定困难。传统的农作物移栽主要依靠人工作业 完成，劳动强度大、生产效率低、费工费时，且人工移栽很难保证作业质量。因此，实现蔬 菜移栽机械化是扩大蔬菜移栽面积和发挥蔬菜移栽优势的关键所在，对于减轻蔬菜移栽作业 的劳动
2、强度和提高移栽质量、效益具有重要意义。20世纪20年代，欧洲发达国家研制并开始使用手工喂苗的秧苗移栽机具，用于蔬菜生 产作业；30年代末40年代初期，手工喂苗的秧苗移栽机具的人工动作被移栽机构所取代。 送苗入土过程实现了机械化；50、60年代，多种不同结构型式的半自动移栽机被研制生产 并使用。同时，育苗用土钵制钵机开始出现；至20世纪80年代，半自动移栽机、制钵机已 形成完整的系列，并在农业生产中广泛使用；到目前为止，欧洲在蔬菜育苗土钵成型及钵上 单粒精密播种和自动移栽机械设备等技术上已经达到完善。并应用于实际生产中，如法国、 德国、荷兰、西班牙、意大利、丹麦等国，大部分的蔬菜生产和几乎全部的
3、大地花卉生产都 实现了育苗工厂化和移栽机械化。日本由于劳动力短缺，移栽机械的使用非常普及，机械化 程度很高.广泛研制和使用全自动移栽机，各种移栽机专用性很强，一般只适用于一种农作 物。如甜菜自动移栽机、洋葱自动移栽机。据文献，日本是第一个在温室中使用纸筒钵育菜 苗并进行移栽的国家。到20世纪80年代，90%的甜菜已经实现了移栽种植。在美国，蔬 菜移栽机械的研究和应用更为普遍，据文献，蔬菜育苗机械化程度已达到70%以上，蔬菜 育苗机械化的发展大大提高了相应的移栽机械的发展，由于美国农业人口较少，并且农业人 口人均耕地面积较大等原因，移栽技术主要往多行作业、自动化和联合作业等方向发展引。 国外移栽
4、机械已十分成熟，系列多、品种全，性能稳定，可靠性高，通用性强，在农业生产 的实际中得到检验我国于20世纪50年代末60年代初开始移栽机械的试验研究。当时研制 的移栽机有棉花营养钵育苗移栽机和甘薯秧苗移栽机，70年代研制甜菜移栽机。80年代研 制半自动化蔬菜移栽机，此时也从国外引进了多种结构的蔬菜移栽机；据文献记载，1979 年四川省温江地区农机所研制了 2ZYS-4型钳夹式移栽机。北京市农机所于1980年和1991 年分别研制了 2ZSB 一 2型钵苗移栽机和2ZWS型蔬菜无土苗移栽机。目前国内已经研制开发的钵苗移栽机主要以半自动为主，机型大多是国外产品的仿制 品，全自动移栽机因结构复杂，成本
5、高，尚处在研究起步阶段。2叶菜移栽机的国内外研究现状2.1现有几种主要机构分析比较2.2.1钳夹式移栽机主要工作部件有：钳夹式在栽植部件，开沟器，覆土镇压轮，传动机构及机架等。图1钳夹式移栽机结构1横向输送器2钳夹3机架4栽植盘5覆土镇压轮6.开沟器工作原理：人工将秧苗放在转动的钳夹上，随栽植盘转动，到达苗沟时，钳夹在滑道开 关控制下打开，在自身重力下落入苗沟，然后镇压轮覆土，完成栽植。优缺点：栽植机结构简单，株距和栽植深度稳定，成本低，适合裸苗和钵苗。但株距调 整困难，钳夹易伤苗，栽植速度低，零速栽植与喂苗不好控制，应用较少。法国生产的额 UT-2型移栽机，吉林农业大学研制的2ZT型移栽机，
6、黑龙江八五二耕作机械厂研制的2YZ 型移栽机，黑龙江农垦科学院研制的2Z-2型移栽机都是这种类型4。212链夹式移栽机除转动方式外，工作原理和钳夹式移栽机相同。主要工作部件有：链夹式栽植器，开沟器，压密覆土轮，传动仿形轮，传动装置和机架。（图 2）。图2链夹式植苗机构1开沟器2机架3 滑道4秧夹5 环形链6钳夹7 地轮8 传动链9 镇压轮工作原理：秧夹安装在链条上，人工将秧苗放在脸夹上,；链夹转入滑道，秧苗被夹持 并随链夹转动。秧苗达到与地面垂直时，链夹脱离滑到并打开，秧苗落入沟内，然后覆土、 镇压。工作过程和性能与钳夹式相似。优缺点：链夹式移植株距准确，移植后秧苗的直立度较好，喂苗送苗稳定可
7、靠。但是生 产率低，易伤苗，而且喂苗区苗夹数少，并呈上下排列，移植速度偏高时易出现漏载现象。 这种栽植机现在应用较少，并有淘汰趋势。现有机型：意大利切克基马格利公司生产的奥特玛栽机；意大利生产的NADRI玉米钵 苗移栽机；荷兰米启根公司生产的MT栽植机；安微徐州农机研究所研制2ZY-2型油菜移 栽机；唐山农机研究所研制的2ZB-2型移栽机；黑龙江农垦科学院研制的2Z-2型多用钵苗 移栽机。213吊篮式移栽机吊篮式移栽机对育出的钵苗形状适应范围较广，更适合柔嫩秧苗、大钵秧苗及钵体易碎 秧苗的移栽。对于这样一个农业大国，研发适合我国国情的吊蓝式移栽机具有现实意义图3吊篮式移栽机结构简图1偏心环2吊
8、环3导轨4覆土器5开沟器篮式移栽机是一种适合于钵体尺寸较大的钵苗移栽机械（如图3所示），它具有可以进 行膜上打孔移栽的独特优点，且钵苗在移栽过程中不受任何冲击。缺点是结构相对复杂，喂 苗速度不能过高，否则会出现漏栽率增加、生产率不高等问题。该机采用单组组合式结构, 每个组合单体可独立完成栽植作用。作业时，由人工将棉花苗放在秧盘上，然后在把棉花 苗放在移栽器上;地轮传动通过轴带动移栽轮转动,使得棉花苗在移植器内随着移栽轮转动； 当移栽轮转到一定位置时，移植器在凸轮的作用下打开，同时把土壤分开，棉花苗垂直下落 在土穴里；然后通过镇压轮将土面压实，以保持水分。吊篮式移栽机可以实现膜上移栽，对 钵苗有
9、一定的扶持力，从而可以使其保持一定的直立度，并且将开沟与移栽合为一体，实现 了整体钵苗从喂入到栽植的一体工作。吊篮式栽植器无需开沟器，减少了动力损耗，同时也 降低了伤苗率。214导苗式移栽机导苗式移栽机的漏苗率低，喂苗的劳动强度小，生产效率高，适应性好，即可以移栽钵 苗，业可以移栽根苗。缺点是结构比较复杂，制造成本偏高。图4导苗管式移栽机单组结构1 苗架2喂入机3平机架大梁4四杆仿形机构5开沟器6栅条式扶苗器7覆土填压轮8导苗管该类移栽机主要分为推落苗式、指带落苗式、直落苗式三种。工作时，由人工或机械将 秧苗投至喂入器的喂入筒内，当喂苗嘴转动至导苗管喂入口时，喂苗嘴张开，秧苗靠重力落 入苗沟中
10、，然后进行覆土、镇压、完成栽植过程。该类移栽机械的特点：栽植秧苗的穴行距 和栽植深度均匀一致，保证较好的直立度，且作业速度较高，移栽的频率可达60株/min， 栽植频率由喂入频率确定，不易伤苗，但调整比较复杂，受拖拉机前进速度影响明显。215输送带式移栽机由开沟器、秧苗输送机构、覆土镇压轮、传动装置和机架等主要部件组成，秧苗输送机 构由一条水平输送带和一条倾斜输送带组成，两条输送带的运动速度不同。机具作业时。秧 苗在水平输送带上直立前进，在水平输送带末端翻倒在倾斜输送带上，当秧苗运动到倾斜带 的末端时。钵苗翻转直立落到苗沟中，然后覆土镇压，完成作业。这种移栽机机构简单，移 栽效率高，但是移栽的
11、可靠性差，栽植质量低。216挠性圆盘式移栽机结构简单实用，成本低，但圆盘寿命较短，株距和移栽深度不稳定。挠性圆盘式移栽机有两片可以变形的挠性圆盘来夹持秧苗，由于不受苗夹数量的限制， 它对穴距的适应性较好，输送带将人工喂入的秧苗喂入到栽植器中，然后随圆盘转动，当达 到垂直状态时进行栽植，适用于裸苗及纸筒移栽，对于像白葱等长茎作物的栽植效果更佳。 2.2叶菜移栽机国内外研究现状近20年，国外对移栽机的研究已进入自动化阶段。韩国的KyeongUKKim等提出了一种 适合蔬菜移植的拾取装置。这套装置包括一个路径产生器、拾取针和针驱动器。路径产生器 是一个5杆机构，由固定滑槽、驱动连杆、连接杆和一个滑杆
12、组成;Kut等1987年研究了基于 Puma560机器人的移苗机器。移苗机器人的末端执行部件是一个平行夹类型的手爪。他们研 究的目的是测试机器移苗的作业周期,研究一种针对单棵苗进行抓取和栽植的末端执行部件， 另外还用计算机模拟的方法对移苗机器人的应用性能进行评估。移苗机器人末端执行手爪是 在Unimation 510型气动平行爪的基础上进行改进设计的，包括增加开度调节螺母，在每个手 爪的内侧固定一个轻质的镀锌板作为“手指”，其抓取只有张开与合拢2种状态，张开与合拢 位置的距离是20mm，2个夹片长3mm。当夹取植株时，每个夹片偏转3mm，对基质施加大约为 4N的力，以保证能够夹持住基体而又不伤
13、害作物。在苗盘相邻的情况下，在3.3min内能完成 36个苗的移植，存活率可达96%;Kc.Ting(丁冠中)等1990年研究了一种带有传感器的滑动针 (SNS)作为带手爪的移苗机器人，它是基于SCARA机器人机理的。SNS的基本部件是2根在 套中运动、倾斜安装的滑针，安装和调节滑针位置的支撑框架和一个电容型接近传感 器等组成。每根针都由一个双动空气气缸驱动，针的角度和位置可根据穴盘和秧苗的不同而 进行调节，电容式近程传感器可调节感应距离，保证夹持器夹住而不伤害秧苗。在移栽过程 中,针缩进，接近穴孔后，针开始伸展，穿人基质中。幼苗从育苗盘移植到苗盘时,单苗移栽时间 为2.603.25s。试验结
14、果表明，随着穴盘苗状况不同,移苗成功率为50%95%。Ryu等人2000 年设计了一种由气动系统驱动的夹取装置。该装置末端器由步进电机、气缸、气动卡盘和夹 取指组成。其末端执行件由步进电机带动旋转,并根据植株的方位确定针状夹取指的位置，避 免抓取时对植株叶片的伤害。气缸可以推动夹取指插入苗盘的基质中，然后通过气动卡盘的 开关来实现对秧苗的抓取、保持和释放。但在土壤湿度较低时,这种末端执行件就会显现出 它的局限性,为了克服这个局限性,Ryu等人又进行了改进，两个手指成15角,每个手指各装 有一个气缸，增强了灵活性和可靠性。另外Choi等人2002年开发了一种新的用于蔬菜移栽 的末端执行器，由轨迹
15、发生器、夹取指针和指针驱动器等组成，用23天的蔬菜苗做试验，该装 置移栽效率30株/min,移栽成功率97%。国内的穴盘育苗技术研究时间还不是很长，穴盘苗自动移栽机的研究还刚刚起步，相比 国外成熟的技术体系还存在很大的差距。穴盘苗移栽机械分为田间露地移栽机械、温室内移 栽的棚室移栽机械以及用于将穴盘秧苗植入花盆的自动移栽机械手。常见的田间露地移栽机 机型主要包括：钳夹式移栽机、链夹式移栽机、挠性圆盘式移栽机、吊杯式移栽机、导苗管 式移栽机、输送带式移栽机和空气整根营养钵育苗移栽机。这些机型均应用于钵苗移栽，对 于穴盘苗移栽均需要手工取苗、投苗，机械化程度低。目前，国内对穴盘苗自动移栽机的研 究
16、主要集中在对温室内移栽的棚室移栽机械以及用于将穴盘苗植入花盆的自动移栽机械手 的研究，还未涉足到适合大田作业的、不需手工取苗投苗的穴盘苗全自动移栽机械的研究， 仅有少数农业科研院校对穴盘苗移栽机进行了探索性的研究。1996年，吉林工业大学范云翔等研制出一种空气整根气吸式秧苗全自动移栽机。该机 采用吸力较大的气缸投苗机构，投苗过程中穴盘苗与运动部件不直接接触，伤苗率相对比较 低。其移行机构由步进电机驱动，位置精度较高，由单片机来控制，整机可靠性较强。但该 设备只适用于水稻秧苗，若用于移栽蔬菜和花卉等幼苗，则易使其茎秆秤断。2003年，中国台湾吕英石等人研制了可调整式花卉穴盘苗假植机构。假植爪动作的流 程：当假植爪位于原点时之状态为假植爪整体上升、夹取爪打开、并且位于穴盘上方当要 夹取穴盘苗时则假
