國外蔬菜嫁接機(jī)器人研究動(dòng)態(tài)

                            --引自《溫室園藝》

【摘要】 蔬菜嫁接機(jī)器人是工廠化育苗發(fā)展的迫切需要和必然趨勢(shì)，被公認(rèn)為是能夠最先投入實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的設(shè)施園藝機(jī)器人。本文概述了國外蔬菜嫁接機(jī)器人的研究動(dòng)態(tài)和應(yīng)用現(xiàn)狀，通過分析不同類型嫁接機(jī)器人的技術(shù)特點(diǎn)、工作原理和性能參數(shù)，總結(jié)了國外嫁接機(jī)器人的應(yīng)用難點(diǎn)和制約因素，分析了嫁接機(jī)器人未來的發(fā)展方向，為中國育苗企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)開發(fā)和使用嫁接機(jī)器人提供技術(shù)參考和借鑒思路。

1 引言

全球蔬菜集約化種植引發(fā)的連作障礙和病蟲害問題十分嚴(yán)重，一旦種植作物染病將造成減產(chǎn)甚至絕收。由于作物抗病品種選育周期長且過程復(fù)雜，特效農(nóng)藥研制難度較大且污染環(huán)境和農(nóng)作物，實(shí)行大面積輪作更加不現(xiàn)實(shí)。當(dāng)前，蔬菜種苗嫁接技術(shù)成為解決連作障礙問題的綠色、生態(tài)、可持續(xù)性重要措施，在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。據(jù)測(cè)算，嫁接作業(yè)占蔬菜種苗生產(chǎn)全過程用工量的20%~30%，屬于勞動(dòng)密集型工種，對(duì)精細(xì)化作業(yè)和時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求非常高。

近20年，國外蔬菜工廠化育苗發(fā)展迅速，育 苗產(chǎn)業(yè)的工業(yè)化發(fā)展思維基本成型，在穴盤精量播種、種苗分選移植、水肥一體化管理、精準(zhǔn)施藥等環(huán)節(jié)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化作業(yè)。而人工嫁接仍是國內(nèi)外育苗企業(yè)普遍采用的生產(chǎn)方式，說明機(jī)械自動(dòng)化嫁接的難度確實(shí)很大。許多國家都面臨農(nóng)村人口老齡化加劇、人工成本逐年攀升的雙重壓力，農(nóng)業(yè)機(jī)器人研究作為解決該問題的突破口，一直是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。嫁接機(jī)器人是現(xiàn)代機(jī)器人和自動(dòng)化技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的集成創(chuàng)新，融合了機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、智能控制、園藝等多領(lǐng)域交叉學(xué)科的技術(shù)知識(shí)。嫁接機(jī)器人在解決用工短缺、提高種苗生產(chǎn)質(zhì)量和效率、保障嫁接生產(chǎn)的時(shí)效性等方面具有重要意義，其市場(chǎng)需求潛力巨大，應(yīng)用前景非常廣闊。

自20世紀(jì)80年代初，日本農(nóng)村人口老齡化問題凸顯，農(nóng)機(jī)企業(yè)及科研單位積極開展自動(dòng)嫁接技術(shù)攻關(guān)，以日本井關(guān)、洋馬、三菱等大型農(nóng)機(jī)公司為主。到90 年代末達(dá)到第一個(gè)發(fā)展高峰，出現(xiàn)了一批嫁接機(jī)器人樣機(jī)產(chǎn)品，以日本井關(guān)公司研制的嫁接機(jī)器人最具代表性。隨后，韓國、荷蘭、意大利、西班牙等設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家也開始嫁接機(jī)器人技術(shù)的研究，相繼開發(fā)出基于不同類型固定物的商品化嫁接機(jī)器人，其中荷蘭 ISO公司的技術(shù)較為先進(jìn)。

2 國外研究現(xiàn)狀

      由于國外研制嫁接機(jī)器人的嫁接方法、工作原理和技術(shù)特點(diǎn)各不相同，下面按照國別分別詳細(xì)闡述相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)信息和應(yīng)用現(xiàn)狀。

日本嫁接機(jī)器人

日本是嫁接機(jī)器人技術(shù)研究的起源地，其設(shè)施園藝機(jī)器人技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平，顯著特點(diǎn)在于科研單位與農(nóng)機(jī)企業(yè)的密切合作，能夠?qū)⑾冗M(jìn)的技術(shù)成果迅速轉(zhuǎn)化。貼接法嫁接能夠精準(zhǔn)控制秧苗切口角度和對(duì)接貼合精度，嫁接切口質(zhì)量更加標(biāo)準(zhǔn)，適合工廠化育苗生產(chǎn)，成為國內(nèi)外機(jī)械嫁接技術(shù)研究的發(fā)展方向。

2011年，日本井關(guān)公司與生研機(jī)構(gòu)聯(lián)合推出了型號(hào)為GRF800-U 的瓜類全自動(dòng)嫁接機(jī)，如圖1所示。該機(jī)適用于瓜類作物，以節(jié)省人工為研發(fā)目標(biāo)，開發(fā)出基于穴盤苗的自動(dòng)上苗裝置代替人工上苗作業(yè)，具有穴盤內(nèi)缺苗自動(dòng)檢測(cè)功能，僅需一人供給穴盤上苗，生產(chǎn)效率 可達(dá)800株/h，嫁接成功率為95%。利用末端上苗執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)穴盤內(nèi)秧苗進(jìn)行扶苗、切斷與柔性夾持，然后利用直線移動(dòng)平臺(tái)將末端上苗執(zhí)行機(jī)構(gòu)和秧苗輸送至上苗工位；根據(jù)砧木子葉生長特點(diǎn)研究了子葉碰撞調(diào)向方法和調(diào)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在秧苗搬運(yùn)過程中完成砧木子葉的方向調(diào)整，以及將秧苗送入上苗定位機(jī)構(gòu)。該機(jī)沿用原來的GRF803-U 型半自動(dòng)嫁接機(jī)的核心嫁接執(zhí)行部件（圖2），采用瓜類砧木斷根貼接法，使用塑料夾固定嫁接苗切口，需要人工將嫁接苗回栽至穴盤內(nèi)進(jìn)行愈合管理。自動(dòng)上苗裝置的出現(xiàn)使單株作業(yè)類型嫁接機(jī)的生產(chǎn)效率提高了一倍，將節(jié)省人工做到極致，但嫁接苗回栽環(huán)節(jié)仍需人力。

可以看出嫁接不是單一化作業(yè)，是多環(huán)節(jié)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要全面加以研究。

日本洋馬公司與生研機(jī)構(gòu)聯(lián)合推出的AG1000型嫁接機(jī)是茄類全自動(dòng)嫁接的代表機(jī)型，如圖3 所示，它的技術(shù)特點(diǎn)是多株同步嫁接，砧木和接穗均采用穴盤方式上苗作業(yè)，需一人上機(jī)供給穴盤，生產(chǎn)效率可達(dá)1000株/h，嫁接成功率為97%。該機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)龐大，機(jī)架上設(shè)有3條輸送帶，用于完成砧木、接穗和嫁接苗的穴盤輸送，秧苗夾持、切削和對(duì)接上夾環(huán)節(jié)均是6株同步作業(yè)。作業(yè)時(shí)，砧木和接穗輸送帶將穴盤精準(zhǔn)輸送至上苗工位，夾持機(jī)構(gòu)分別將砧木和接穗夾持并提升至切削工位，砧木和接穗切削機(jī)構(gòu)分別對(duì)砧穗莖稈進(jìn)行夾持定位和切削作業(yè)；然后，搬運(yùn)機(jī)構(gòu)將切削好的砧木和接穗搬運(yùn)至對(duì)接工位，將砧木和接穗切口精準(zhǔn)對(duì)接，自動(dòng)上夾裝置輸出嫁接夾完成嫁接苗的切口固定。

最后，接穗夾持手打開、砧木夾持手下行將嫁接苗放入新穴盤內(nèi)完成回栽作業(yè)。該機(jī)單次作業(yè)可完成 6株嫁接苗，對(duì)砧 木和接穗的嫁接匹配度要求很高，嫁接質(zhì)量受秧苗的株高和莖粗影響很大，因當(dāng)時(shí)育苗技術(shù)水平尚未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，該產(chǎn)品問世以后在日本全國僅銷售4臺(tái)，說明全自動(dòng)嫁接機(jī)的研發(fā)難度很大。

基于營養(yǎng)缽的嫁接育苗模式，日本三菱公司為日本農(nóng)業(yè)協(xié)同組織聯(lián)合會(huì)（JA）定制開發(fā)出型號(hào)為 MGM600 的半自動(dòng)嫁接機(jī)，適用于茄類作物，生產(chǎn)效率可達(dá)600株/h，嫁接成功率為95%，如圖4所示。由于營養(yǎng)缽苗比穴盤苗的單株重量大，人工上苗勞動(dòng)強(qiáng)度大且不方便，因此，開發(fā)了砧木和接穗的帶式單列缽苗輸送上苗裝置，可將缽苗精準(zhǔn)輸送至上苗工位。

接穗完成切削后由夾持搬運(yùn)機(jī)構(gòu)將其搬運(yùn)至砧木上方進(jìn)行對(duì)接，通過硅膠夾固定嫁接苗切口，自動(dòng)輸出嫁接苗和接穗營養(yǎng)缽廢料。營養(yǎng)缽嫁接育苗模式在機(jī)器上運(yùn)輸工作量大，且砧木和接穗匹配度要求高，現(xiàn)階段穴盤標(biāo)準(zhǔn)化育苗基本取代了營養(yǎng)缽育苗方式。

上述日本研制的嫁接機(jī)自動(dòng)化程度非常高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，全自動(dòng)嫁接機(jī)售價(jià)達(dá)到100萬元人民幣以上，用戶難以接受，并且該嫁接機(jī)對(duì)秧苗的標(biāo)準(zhǔn)化要求很高，推廣應(yīng)用難度很大，因此，至今尚未實(shí)現(xiàn)真正意義上的商品化和實(shí)用化。日本一些企業(yè)和研究所意識(shí)到全球育苗市場(chǎng)對(duì)嫁接設(shè)備的需求程度日漸高漲，又重新投入到新型嫁接機(jī)器人的研發(fā)當(dāng)中，預(yù)計(jì)在3~5年內(nèi)將出現(xiàn)一批全新嫁接機(jī)器人產(chǎn)品。

韓國嫁接機(jī)器人

韓國對(duì)蔬菜自動(dòng)嫁接技術(shù)的研究稍晚于日本，HelperRobotech公司從韓國農(nóng)村振興廳獲得自動(dòng)嫁接系統(tǒng)技術(shù)轉(zhuǎn)讓，并形成商業(yè)化的產(chǎn)品，推出型號(hào)為 AFGR-800CS 的超精密嫁接機(jī)器人系統(tǒng)，生產(chǎn)效率可達(dá)800株/h，嫁接成功率為95%，2013 年被韓國政府指定為世界級(jí)產(chǎn)品。

如圖5所示。與國外其他嫁接設(shè)備不同，該機(jī)適用于西瓜、黃瓜、甜瓜等葫蘆科和番茄、茄子、辣椒等茄科作物。

此外，該公司開發(fā)出一套秧苗切面信息實(shí)時(shí)獲取系統(tǒng)，如圖6所示。該系統(tǒng)可對(duì)砧木和接穗的橫切面進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝，找到橫切面的中心線，誤差小于1/100mm，保證嫁接切口對(duì)位精度。利用機(jī)器視覺攝像機(jī)實(shí)時(shí)獲取每株秧苗的 切面圖像。

確定出苗莖橫切面偏離設(shè)定中心線的程度，通過圖像處理進(jìn)行精密計(jì)算，使切口表面可以完全對(duì)接貼合而沒有任何誤差。通過攝像 機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察并顯示在監(jiān)視器上，標(biāo)識(shí)出對(duì)接切口上下位置偏差值及基準(zhǔn)中心線的偏差值，即使莖稈彎曲的秧苗也可使其中心基準(zhǔn)線精確對(duì)位。該機(jī)需2人上機(jī)操作，夾持、切削、對(duì)接和上夾作業(yè)均自動(dòng)完成，通過輸送帶將嫁接苗排出。韓國Ideal System 公司開發(fā)出一種橫斷面為五棱形狀的陶瓷針和茄果類平接嫁接方法，并研制出平接法全自動(dòng)嫁接機(jī)，生產(chǎn)效率可達(dá)1200株/h，嫁接成功率為95%（圖7）。該機(jī)采用穴盤上苗模式，每個(gè)作業(yè)循環(huán)可完成5株嫁接苗，機(jī)架上設(shè)有砧木和接穗穴盤輸送機(jī)。作業(yè)時(shí)，砧木輸送機(jī)將砧木穴盤輸送至切削定位導(dǎo)向板內(nèi)，切削氣缸帶動(dòng)切刀水平快速移動(dòng)，可將一行砧木苗莖稈全部橫向切斷，砧木穴盤繼續(xù)被向前輸送至插針工位，砧木插針機(jī)構(gòu)先排出5根陶瓷針并向下移動(dòng)將陶瓷針插入砧木莖中一段距離。與此同時(shí)，接穗穴盤輸送機(jī)將接穗穴盤輸送至夾持工位中，2根攏苗桿伸出將5株接穗莖稈水平方向定位。隨后，具有攏苗對(duì)中結(jié)構(gòu)的夾持機(jī)構(gòu)對(duì)接穗夾持固定，切削機(jī)構(gòu)完成接穗莖稈橫向切削。最后，接穗夾持機(jī)構(gòu)水平移動(dòng)至砧木苗上方，下行將陶瓷針上部插入接穗莖內(nèi)，使得砧木和接穗切面緊密貼合，完成嫁接作業(yè)，砧木輸送機(jī)輸出一行嫁接苗，以此類推，完成整盤嫁接苗作業(yè)。平接法嫁接對(duì)秧苗標(biāo)準(zhǔn)化程度要求很高，嫁接苗切面對(duì)接貼合的緊密度和穩(wěn)定性難以保證，苗莖尺寸要保證基本一致，該機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中尚未得到驗(yàn)證。

荷蘭嫁接機(jī)器人

荷蘭設(shè)施園藝自動(dòng)化生產(chǎn)裝備技術(shù)世界領(lǐng)先。ISOGroup公司從2006年開始研究嫁接機(jī)技術(shù)，可嫁接番茄、辣椒和茄子，利用天然橡膠管固定嫁接苗。2007年開發(fā)出Graft1000全自動(dòng)嫁接機(jī)，生產(chǎn)效率可達(dá)1000株 /h，嫁接成功率為99%，如圖8所示。該機(jī)設(shè)有秧苗信息圖像識(shí)別系統(tǒng)和秧苗輸送系統(tǒng)，利用輸送系統(tǒng)將穴盤中秧苗取出并單向輸送排列，通過圖像采集相機(jī)精準(zhǔn)獲取秧苗子葉和莖部參數(shù)，為切削機(jī)構(gòu)提供切削 基準(zhǔn)，并實(shí)現(xiàn)砧木和接穗匹配嫁接選擇。

橡膠套管為三角耳結(jié)構(gòu)，利用特制的套管夾持撐開部件將套管撐開（圖 9），將切削好的砧木和接穗上下對(duì)接插入套管內(nèi)，完成一個(gè)嫁接循環(huán)。 該機(jī)將圖像識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于秧苗信息獲 取實(shí)現(xiàn)匹配嫁接，技術(shù)先進(jìn)性不言而喻，可以為實(shí)現(xiàn)秧苗標(biāo)準(zhǔn)化處理提供技術(shù)參考。

由于天然橡膠受基礎(chǔ)材料偏差和環(huán)境偏差影響導(dǎo)致降解不穩(wěn)定，2010年ISO Group公司開始停止使用天然橡膠套管，開發(fā)出一種單側(cè)開口的硅膠套管夾，簡(jiǎn)化了自動(dòng)上夾機(jī)構(gòu)，研制出 Graft 1200自動(dòng)嫁接機(jī)，生產(chǎn)效率可達(dá)1050 株 /h，嫁接成功率為99%，如圖10所示。砧木苗盤通過苗莖切削機(jī)進(jìn)行斷莖處理，然后將砧木整盤推送至上苗工位，人工將接穗從穴盤中取出放置于供苗轉(zhuǎn)臺(tái)上，轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)有 12 個(gè)柔性夾苗手爪，且機(jī)架上設(shè)有激光發(fā)射器，通過激光發(fā)射器在夾苗手爪上的投影位置來確定上苗高度。

如圖11所示。嫁接作業(yè)時(shí)，首先通過頂苗機(jī)構(gòu)將一行砧木苗從穴盤中頂出，嫁接執(zhí)行機(jī)構(gòu)將一株接穗從供苗轉(zhuǎn)臺(tái)上取下與一株砧木同時(shí)抓取定位，切削機(jī)構(gòu)完成砧穗同步切削作業(yè)，保證切削角度一致性。

嫁接執(zhí)行機(jī)構(gòu)將接穗和砧木切口對(duì)接，套管處理單元輸送并切斷一段套管，后將套管撐開夾持固定住嫁接苗，完成一次嫁接循環(huán)。嫁接執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝于四軸機(jī)械臂末端，利用四軸機(jī)械臂可以實(shí)現(xiàn)嫁接執(zhí)行機(jī)構(gòu)的快速移動(dòng)和精準(zhǔn)定位。

Graft1200自動(dòng)嫁接機(jī)售價(jià)約150萬元人民幣，為降低生產(chǎn)成本，ISO公司開發(fā)出砧木和接穗單株人工上苗的Graft1000半自動(dòng)嫁接機(jī)，生產(chǎn)效率可達(dá)1000株 /h，嫁接成功率為 98%，如圖12所示。

接穗供苗采用單臂旋轉(zhuǎn)夾苗手爪，旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)180°將接穗苗從上苗工位搬運(yùn)至嫁接取苗工位，在上苗過程中人工調(diào)整接穗高度，如圖13所示；砧木供苗采用具有12個(gè)夾持手的供苗轉(zhuǎn)臺(tái)，人工將砧木土坨放入轉(zhuǎn)臺(tái)的定位座內(nèi)，轉(zhuǎn)臺(tái)可間歇旋轉(zhuǎn)，為嫁接取苗工位每次提供一株砧木，如圖14所示；嫁接執(zhí)行機(jī)構(gòu)位于砧木和接穗供苗單元之間，可將接穗夾持切斷并搬運(yùn)至砧木取苗工位，再將砧穗同步夾持，利用切削機(jī)構(gòu)完成砧穗同步切斷，待嫁接執(zhí)行機(jī)構(gòu)將砧穗切口對(duì)接后，套管處理單元輸出套管固定住嫁接苗，如圖15所示。套管處理單元能夠?qū)⒊示頎畹奶坠芏ň噍斔团c切斷，并自動(dòng)完成套管撐開和嫁接苗夾持。

意大利 TEA Project 公司基于一種特殊膠粘劑開發(fā)出GRAFT 1000自動(dòng)嫁接機(jī)，如圖16所示。這種膠粘劑是Henkel公司研發(fā)的專利產(chǎn)品，用來快速粘合切口而不改變莖稈內(nèi)部結(jié)構(gòu)，被稱為嫁接領(lǐng)域的一場(chǎng)革命性技術(shù)。粘合劑的型號(hào)為 Loctite 4309，專門用于嫁接苗莖稈對(duì)接的粘合，在紫外線光源燈照射下能夠快速固化，并且具有生物可降解的特性，如圖17所示。        

該機(jī)需二人上機(jī)作業(yè)，生產(chǎn)效率可達(dá)1000 株/h，一個(gè)嫁接循環(huán)時(shí)間約為 4 s，分為6個(gè)階段，利用轉(zhuǎn)盤工作臺(tái)將每株嫁接苗帶入不同工作站。在轉(zhuǎn)盤工作臺(tái)一側(cè)設(shè)有砧木和接穗的切削單元，用于完成秧苗的切斷工作。創(chuàng)新設(shè)計(jì)出負(fù)壓吸附定位模塊，具有兩路獨(dú)立的吸附系統(tǒng)，將砧木和接穗切口對(duì)接后柔性固定莖部，為噴膠工序做準(zhǔn)備。

如圖18所示。作業(yè)過程如下，第一步：踩下機(jī)器腳踏開關(guān)，砧木苗莖切斷后放入定位模塊的對(duì)接槽內(nèi)，并吸附固定。第二步：踩下第二個(gè)機(jī)器腳踏開關(guān)，接穗苗莖切斷后放入定位模塊的對(duì)接槽內(nèi)與砧木切口對(duì)接，并吸附固定。第三步：嫁接苗移動(dòng)至粘合劑分配器下，檢測(cè)到嫁接苗后分配器精準(zhǔn)噴出粘合劑。第四步：上部霧化噴閥噴出霧化水與下部吸氣系統(tǒng)相結(jié)合，將粘合劑 360°均勻分布圍繞在嫁接苗切口周圍完成密封。第五步：利用兩個(gè)紫外線光源燈使粘合劑迅速變干而硬化，同時(shí)啟動(dòng)霧化水降溫。第六步：機(jī)械臂將嫁接苗取出放入穴盤內(nèi)，如圖 19 所示。據(jù)筆者咨詢了解到，該機(jī)尚未實(shí)現(xiàn)商品化，所使用的粘合劑無法找到供應(yīng)商，可能是粘合劑研發(fā)成本過高限制了推廣應(yīng)用，TEA 公司已不再繼續(xù)研究。但粘合劑無毒、可降解的技術(shù)特性，對(duì)保護(hù)種生態(tài)環(huán)境的確是非常好的技術(shù)創(chuàng)新，值得學(xué)習(xí)借鑒來繼續(xù)研發(fā)新型環(huán)保材料。

西班牙嫁接機(jī)：

西班牙Conic System公司開發(fā)出一種硅膠夾，并研制出型號(hào)為EMP300的單人作業(yè)半自動(dòng)嫁接機(jī)，生產(chǎn)效率300~400株 /h，嫁接成功率為 98%，如圖20所示。砧木和接穗的夾持切削與對(duì)接機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)相同且對(duì)稱布局安裝，能夠保證切削角度一致性和切口對(duì)接精準(zhǔn)性。開發(fā)出卷狀硅膠夾自動(dòng)供給單元，具有硅膠夾定長輸送與切斷以及自動(dòng)上夾功能，如圖 21所示。作業(yè)時(shí)，人工將砧木和接穗分別放入定位槽內(nèi)，踩下機(jī)器踏板，夾持手爪下壓固定住砧穗苗莖，切刀伸出將砧穗苗莖切斷；對(duì)接機(jī)構(gòu)伸出使砧木和接穗切口對(duì)接貼合，上夾機(jī)構(gòu)輸出硅膠夾將嫁接苗固定；取苗手爪在機(jī)械臂帶動(dòng)下將嫁接苗取出并搬運(yùn)放置于輸送帶上，人工取下嫁接苗并放回穴盤內(nèi)。該機(jī)操作簡(jiǎn)單，但效率不高，僅適用于小型育苗企業(yè)。        

3 存在問題和發(fā)展方向

存在問題

蔬菜嫁接機(jī)器人從出現(xiàn)至今已有30多年的歷史，但目前仍未形成可商業(yè)化的成熟產(chǎn)品。大部分研究仍處于試驗(yàn)或樣機(jī)階段，所表現(xiàn)出來的應(yīng)用缺點(diǎn)比較明顯，包括以下幾個(gè)方面。（1）作業(yè)效率低。機(jī)器嫁接一般要完成夾持、搬運(yùn)、切削、對(duì)接和上夾作業(yè)，每個(gè)節(jié)拍動(dòng)作不可缺少，生產(chǎn)效率600~1200株 /h， 至少需要2人操作，與純?nèi)斯ぷ鳂I(yè)相比效率提升不顯著，育苗企業(yè)無法接受機(jī)器換人。（2）生產(chǎn)制造成本高。嫁接機(jī)器人是自動(dòng)化技術(shù)及設(shè)備的系統(tǒng)集成和創(chuàng)新，結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)復(fù)雜，國外各類型嫁接機(jī)器人售價(jià)約35~150萬元人民幣，在中國市場(chǎng)推廣難度很大。（3）生產(chǎn)模式不匹配。國外嫁接機(jī)器人是基于國外育苗企業(yè)生產(chǎn)模式開發(fā)的，育苗使用的穴盤、基質(zhì)、種植品種以及培育方法與我國育苗企業(yè)的生產(chǎn)模式均有所不同，機(jī)器直接拿來應(yīng)用完全行不通，若改變傳統(tǒng)育苗生產(chǎn)模式又需要投入大量資金。上述問題也是我國蔬菜嫁接機(jī)器人尚未大面積推廣應(yīng)用的主要原因。

發(fā)展方向

制約嫁接機(jī)器人發(fā)展的因素是多方面的，在中國從生產(chǎn)模式和嫁接方法上做到統(tǒng)一難度極大，發(fā)展嫁接機(jī)器人必須要結(jié)合國情研究出一條適合的生產(chǎn)模式，這是嫁接機(jī)器人實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的前提條件。嫁接機(jī)器人研究尚有很多關(guān)鍵技術(shù)亟待解決，也是未來的發(fā)展方向，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）機(jī)械嫁接標(biāo)準(zhǔn)苗生產(chǎn)體系的建立。秧苗培育的標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化嫁接的關(guān)鍵，通過標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)體系培育出適合機(jī)械嫁接的標(biāo)準(zhǔn)苗，需要對(duì)作物培育方法和環(huán)境調(diào)控等方面進(jìn)行大量試驗(yàn)與總結(jié)，是農(nóng)機(jī)農(nóng)藝深度融合的集中體現(xiàn)。

（2）柔性上苗執(zhí)行器。蔬菜幼苗的莖葉細(xì)小柔嫩，嫁接過程中的秧苗損傷將影響愈合效率和成活質(zhì)量，對(duì)秧苗的柔性處理是機(jī)器人作業(yè)的基礎(chǔ)，要保證秧苗柔性安全作業(yè)；另外，柔性上苗執(zhí)行器可代替人工上 苗，成倍提高機(jī)器人生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)減工降本。

（3）構(gòu)建自動(dòng)化嫁接配套生產(chǎn)系統(tǒng)。嫁接不是單一化作業(yè)，在嫁接前后環(huán)節(jié)都需要輔助配套設(shè)備，實(shí)現(xiàn)嫁接一體化作業(yè)，例如瓜類砧木定向播種、秧苗匹配嫁接智能檢測(cè)、嫁接苗自動(dòng)回栽，以及溫室物流等配套系統(tǒng)開發(fā)，都是構(gòu)建自動(dòng)化配套嫁接生產(chǎn)系統(tǒng)的重要內(nèi)容。

4 總結(jié)與分析

國外研究機(jī)構(gòu)對(duì)嫁接機(jī)技術(shù)研究較早，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合非常密切，并且企業(yè)參與研發(fā)較多，因此，技術(shù)成果轉(zhuǎn)化很快，開發(fā)出多種類型的商品化蔬菜嫁接機(jī)器人。嫁接機(jī)器人的應(yīng)用需要育苗各環(huán)節(jié)技術(shù)和裝備配套，國外設(shè)施園藝發(fā)達(dá)國家的生產(chǎn)模式完備且配套設(shè)施設(shè)備齊全，另外，國外嫁接育苗品種單一，育苗設(shè)施均具備環(huán)境精準(zhǔn)調(diào)控功能，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械嫁接標(biāo)準(zhǔn)苗培育，具備了嫁接機(jī)器人的應(yīng)用條件。但嫁接機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬于工業(yè)化高技術(shù)產(chǎn)品且價(jià)格昂貴，只有少數(shù)的大型育苗工廠有實(shí)力購買和使用。

反觀中國現(xiàn)階段育苗行業(yè)設(shè)施設(shè)備配套情況，以及果蔬產(chǎn)品價(jià)格較低的現(xiàn)狀，構(gòu)建完整的生產(chǎn)模式需要投入大量資金，育苗企業(yè)難以承受。但是面對(duì)勞動(dòng)力老齡化、用工短缺、甚至無人可用等社會(huì)難題，育苗企業(yè)對(duì)嫁接機(jī)器人的需求極為迫切，也表現(xiàn)出對(duì)新技術(shù)、新生產(chǎn)模式的渴望。

國外嫁接機(jī)器人技術(shù)固然先進(jìn)，但未必適合我國實(shí)際育苗生產(chǎn)，究其原因主要是生產(chǎn)模式和育苗技術(shù)的差異化。中國嫁接機(jī)器人技術(shù)研究要結(jié)合國情，從育苗生產(chǎn)模式入手，完善并建立一套適合工廠化嫁接的生產(chǎn)模式，尚需要較長發(fā)展過程，要正視育苗行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。  

因此，中國嫁接機(jī)器人技術(shù)研究要從簡(jiǎn)入繁逐步推進(jìn)，機(jī)器換人是終極目標(biāo)，人機(jī)協(xié)作是必經(jīng)之路，輕簡(jiǎn)省力化是當(dāng)務(wù)之急，要緊密結(jié)合國情敢于創(chuàng)新，確保嫁接裝備高技術(shù)與實(shí)用化協(xié)同發(fā)展，解決育苗產(chǎn)業(yè)多年無機(jī)可用的瓶頸問題。

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