温室种苗生产机械化补苗技术*

穴盘育苗技术现已被广泛应用于蔬菜、花卉的生产。空穴或坏苗较多的穴盘苗不利于成品苗的出售或后续机械化移栽，因此出苗前要严格控制穴盘种苗品质。

欧洲针对穴盘种苗出现坏苗、空穴，一般采用两种方式保证穴盘苗的品质，一种是分级，先将所有穴盘苗取出，然后通过机械手抓取放入转运杯中，转运杯运动至机器视觉检测室，在检测室内相机通过苗的侧视图判别每一个转运杯中种苗的级别，再依据判定的级别，通过再将每个苗依次移到对应级别穴盘中，不合格的种苗直接丢弃；第二种是剔苗后进行补苗，首先穴盘苗进入机器视觉检测室，通过穴盘苗正上方的机器视觉相机拍摄穴盘苗的俯视图，判别整盘中哪个穴孔位置有不合格种苗或是空穴，将不合格位置坐标传给控制器，穴盘进入剔苗区，通过气流将不合格位置的基质或不合格的种苗吹出，再通过机械手用合格苗补齐穴盘的空穴。荷兰Visser 公司、Flier 公司、TTA 公司、以及意大利等都开发了以上分级或补苗装备[1]。在国内，寻真福[2]采用光敏传感器对穴盘苗的缺苗信息进行检测，设计了一种穴盘苗检测与补苗装置。金鑫[3]通过机器视觉对穴盘苗茎秆进行判别，判断穴盘穴孔是否有苗；梁喜凤[4]等针对子叶期蔬菜穴盘苗研制了一种包裹式补苗末端执行器；丁煜华[5]基于机器视觉技术，设计了一款针对穴盘苗的剔补试验样机。另外，华南农业大学也针对叶片遮挡穴盘苗品质检测和补苗作业进行了相关研究[6]。

常见补苗技术

穴盘苗剔苗-补苗机

荷兰Visser 公司较早开始开发穴盘苗的补苗机械，图1 为依靠两个机械手进行剔苗和补苗作业的装备。作业时两盘穴盘苗分别通过各自的输送带送入机器视觉检测室（图1a），视觉相机通过拍摄各穴盘俯视图像，判断各穴内苗的品质是否合格，接着将各穴苗的信息传递给两个机械手。如图1b 所示，进入机器的两列穴盘分别为右列待补苗穴盘、左列供合格苗盘，在两机械手接到穴盘内各穴的苗质量信息后，右侧剔苗机械手将右列穴盘不合格苗穴的基质块捡拾并剔除，同时左侧补苗机械手在左列穴盘中捡拾出一合格苗，补入剔苗机械手刚移空的右列穴盘的空穴位。以此类推两个机械手循环动作完成穴盘的不合格苗剔除和合格苗补苗作业。

图1 荷兰Visser 穴盘苗剔苗-补苗机

荷兰TTA 公司是穴盘种苗移植机专业生产企业，拥有多款产品。图2 所示为穴盘苗剔苗-补苗机，作业时，穴盘首先进入机器视觉检测室判断穴盘苗是否合格（图2a），然后离开检测室采用气力将穴盘不合格穴位剔除（图2b），最后一个环节是由一列机械手捡拾另一穴盘里合格的苗，补齐剔除的穴盘空穴位（图2c）。

图2 荷兰TTA 穴盘苗剔苗-补苗机

荷兰Flier Systems 公司开发出一小型穴盘剔苗机，如图3。穴盘剔苗机主要由穴盘输送线、机器视觉系统和气力剔除装置构成（图3a），该机只对穴盘内存在的不合格坏苗进行剔除。作业时，首先将待剔除穴盘放入穴盘剔苗机的穴盘输送线上（图3b），穴盘自动被送入机器视觉系统下方，机器视觉系统将通过内部数字相机拍摄的俯视图像确定穴盘内不合格苗穴的位置，将相关数据通过控制系统传给气力剔除装置，气力剔除装置根据机器视觉系统传递的不合格苗穴的位置信息，逐行通过气力将穴盘各行中不合格苗穴位置的基质连同不合格苗一同吹出（图3c），根据穴盘规格的相应变化，气力剔除装置的结构尺寸可进行相应更换。

图3 荷兰Flier Systems 穴盘苗剔苗机

图4 为荷兰Flyer Systems 公司的小型可移动式穴盘补苗机，主要由两条输送线、双机器视觉系统和5 个移栽机械手构成。补苗作业时，补苗穴盘进入补苗机后，穴盘被分成两路，一路是补苗输送线，输出的是需补齐苗的穴盘，另一路是供苗输送线，穴盘内的苗作为补充合格苗使用，两条输送线均通过机器视觉进行缺苗分析，3 个机械手将补苗输送线上穴盘内的坏苗剔除干净，另外2 个机械手将供苗输送线上穴盘内的合格苗移栽到前3 个机械手剔除的空穴内，补苗输送线输送的是需要补齐苗的穴盘，供苗输送线输送的是提供补苗用合格苗的穴盘。

图4 荷兰Flier Systems 穴盘苗补苗机

穴盘苗分级-移栽机

图5 为荷兰Visser 公司的穴盘苗分级机，在机器视觉检测室内，首先将待分级穴盘苗的一列苗顶出，视觉相机拍摄苗的侧视图像（图5a），继而判断每个苗的品质是否合格，接着将信息传递给一列机械手，这列机械手将顶出的这列苗全部捡拾，依据分级信息，分成三级分别放入各自输送带的穴盘内（图5b），不合格苗丢弃。

图5 荷兰Visser 穴盘苗分级机

图6 为荷兰Visser 公司的穴盘苗分级移植机，其与传统移植机不同点是被移植苗是检测过的，不合格的苗被剔除丢弃。作业时，移植机械手将被移植苗提起，通过视觉相机拍摄侧视图像并判断其是否合格后，将合格苗由密植穴盘移入稀植穴盘，不合格的苗丢弃。

图6 荷兰Visser 穴盘苗分级移植机

图7 为荷兰Flyer Systems 公司的一款基于机器视觉系统的穴盘苗快速分级系统，其基本原理是利用机械手将穴盘内的种苗全部取出放置于可快速移动的转运杯内（图7a），这些转运杯在自动输送系统驱动下快速进入机器视觉识别分级系统，依次采集转运杯内的种苗侧视图像（图7b），采集的图像经计算机分析处理后可获得每株种苗的植株高度、叶冠面积、茎粗和颜色等参数（图7c），根据客户的分级标准要求，计算机可对这些转运杯内的种苗进行分级，并分别送入不同的等级轨道内（图7d），再通过另一套机械手将转运杯内分好等级的幼苗分别抓取放到不同等级的穴盘内输出（图7e）。用后转运杯经清洗，可再次循环使用（图7f）。

图7 荷兰Flier Systems 种苗苗分级系统

图8 是荷兰TTA 公司的穴盘苗分级移植机，作业时一列机械手将穴盘中的一整列苗全部捡拾取出，通过机器视觉检测苗的侧视图像判断其级别、是否合格，机械手得到这些苗的品质信息后，将苗按照大、小两个级别移入不同稀植穴盘，不合格的苗丢弃。图9 是一穴盘合格苗移植机，该机器在传统穴盘苗移植机的基础上增设了穴盘苗机器视觉品质检测装置，不对苗进行分级，仅作合格与不合格判断，合格苗移入稀植穴盘，不合格苗丢弃。

图8 荷兰TTA 穴盘苗分级移植机

图9 荷兰TTA 穴盘合格苗移植机

意大利Techmek 穴盘苗分级系统（图10）与荷兰Flier Systems 穴盘苗分级系统相比，工作原理基本相同，只是在通过机器视觉分级分析后的处理有所不同，Flier Systems 系统采用把不同级别苗集中分类、集中放回穴盘的作业方式，而Techmek系统对分完级别的苗不归类，直接采用可快速动作的并联机械手臂带动苗夹持手快速将苗依次分别放入不同级别的穴盘内（图10d）。另外，Techmek 独创了具有4 个开口的运载杯，便于种苗移栽爪由运载杯抓取基质块送入相应级别的穴盘中，其系统成本比Flier Systems 系统低。Techmek 种苗分级系统根据植物的大小有所差异，种苗最多可分级数为4，废苗直接送入垃圾箱丢弃。

图10 意大利Techmek 穴盘苗分级系统

总结

穴盘补苗技术目前以欧洲技术为主，国内虽然开展了研究，但是还没有成型产品面市。对出售前穴盘成苗进行补苗的目的是为了保证客户拿到的种苗品质均一，进而确保种苗种植企业的预期售价。穴盘苗分级是在培育生产中进行的，以求达到不同的苗有各自的出苗期，大苗先出货，小苗后出货；穴盘苗补苗是在出货前剔除不合格的苗，如果前期没有分级，有可能会剔除一批较小的苗丢弃，造成一定的经济损失。生产中是采用分级，还是采用补苗要依据企业的生产规模、经济实力而定，一般分级模式多用于生产规模较大的企业，因为分级设备比补苗设备复杂，价格相对较高。种子品质与栽培水平也决定了作业方式，如果培育的穴盘苗出货时的品质均一性较好，不合格苗占比较小，那么，采用补苗形式就可以。另外，补苗方式的选择涉及多方面的因素，如穴盘的材料与类型、种苗的形态与出苗大小、种苗叶片的遮挡程度、栽培基质的类型等，不是选购一款现有机器就可以解决的，这需要种植企业与补苗装备生产企业进行详细的技术沟通才可保证栽培技术与补苗装备作业能力相匹配。