2024年安徽農(nóng)業(yè)主推技術(shù)第55項：果蔬自動機(jī)械嫁接技術(shù)

第55項：果蔬自動機(jī)械嫁接技術(shù)推薦單位：安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所一、技術(shù)概述（一）技術(shù)基本情況。蔬菜采用嫁接苗種植是解決土壤連作障礙的有效技術(shù)手段。全國蔬菜種植需求種苗5000多億株，其中嫁接苗占比30%，且逐年上升?，F(xiàn)階段人工嫁接育苗是國內(nèi)育苗企業(yè)普遍采用的生產(chǎn)方式，但人工嫁接效率低、質(zhì)量差、成本高，制約蔬菜嫁接育苗數(shù)量和質(zhì)量提升，因此成為育苗行業(yè)“卡脖子”問題。果蔬全自動嫁接機(jī)器人能夠有效解決以下嫁接育苗問題：一是作業(yè)對象個體差異大，生長點－髓腔精準(zhǔn)識別度要求高，嫁接精度、角度容錯要求高，上夾不穩(wěn)定等導(dǎo)致嫁接成功率不高等問題；二是夾持、切割、貼接、送夾、上夾、包扎、回栽節(jié)奏不匹配，半自動模式限制整體效率的問題；三是嫁接設(shè)備需要適應(yīng)種苗的直徑、高度、脆弱性及成品和廢料的分類收集等問題；四是解決育苗企業(yè)用工難、嫁接不規(guī)范、嫁接效率及成苗率低、種苗質(zhì)量不高以及種苗時效性規(guī)模生產(chǎn)能力不足等產(chǎn)業(yè)問題。該技術(shù)產(chǎn)品操作簡單、易于掌握，已經(jīng)成熟應(yīng)用于省內(nèi)外蔬菜育苗工廠，體現(xiàn)出高效、精準(zhǔn)、省力的優(yōu)勢。（二）技術(shù)示范推廣情況。果蔬全自動嫁接機(jī)器人已經(jīng)在安徽蕪湖、馬鞍山、合肥、淮南、宿州、阜陽等市的蔬菜工廠化育苗基地示范推廣，并輻射到山東、江蘇、浙江、上海、新疆等近十個省外蔬菜種苗繁育基地。蔬菜種苗工廠應(yīng)用后，嫁接成功率≧98%，精度在±0.2毫米；成活率≧96%；壯苗率≧95%；嫁接效率≧1200株/小時。提質(zhì)增效情況。1．節(jié)本：嫁接效率高于人工3倍以上，單株種苗嫁接成本比人工嫁接減少60%－70%，機(jī)械換人節(jié)本效果顯著。2．提質(zhì)：嫁接成功率達(dá)到98%以上（嫁接精度在±0.2毫米），成活率為96%以上，壯苗率為95%以上，分別比人工嫁接提高12、10、14個百分點以上。機(jī)器人嫁接苗整齊一致，根系發(fā)達(dá)、莖葉健壯，種苗質(zhì)量顯著提高。3．增效：果蔬嫁接機(jī)器人實現(xiàn)了24小時不間斷的工作，保障了種苗時效性規(guī)?；a(chǎn)，嫁接效率和嫁接質(zhì)量顯著提高，較人工嫁接每臺每天新增種苗2萬多株。機(jī)器嫁接苗質(zhì)量穩(wěn)定，植株生長健壯，坐果整齊，較人工嫁接苗增產(chǎn)13%以上。4．安全：機(jī)器人嫁接操作精度和穩(wěn)定性高，可以減少人力操作對幼苗造成的傷害和損失，同時也降低了工人工作風(fēng)險。5．經(jīng)濟(jì)效益：嫁接機(jī)器人應(yīng)用示范后，累計生產(chǎn)嫁接育苗5000多萬株，推廣種植面積10多萬畝；帶動育苗企業(yè)節(jié)本增收500多萬元，農(nóng)戶種植增收6000多萬元。（四）技術(shù)獲獎情況。果蔬全自動嫁接機(jī)器人技術(shù)獲得2023年安徽省十大創(chuàng)新農(nóng)機(jī)產(chǎn)品以及2022年產(chǎn)業(yè)博覽會銀獎。該技術(shù)取得的知識產(chǎn)權(quán)發(fā)明專利證書2項，實用新型專利證書8項，軟件著作權(quán)證書3項。二、技術(shù)要點（一）核心技術(shù)。嫁接機(jī)器人核心技術(shù)主要包括：基于3D相機(jī)的種苗位置及特征點識別技術(shù)、基于深度學(xué)習(xí)的取苗路徑規(guī)劃及最優(yōu)切割與包扎位置決策和基于上+ARM+FPGA的多重位置感知防沖突、糾偏、容錯技術(shù)。通過機(jī)器視覺、人工智能、深度學(xué)習(xí)、自動化、算法識別等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，使用機(jī)器視覺進(jìn)行切割高度和切割點識別；在人工智能的基礎(chǔ)上進(jìn)行取苗路徑的規(guī)劃；在數(shù)據(jù)庫中存儲種苗的切割數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)深度學(xué)習(xí)后，規(guī)劃最優(yōu)的切割角度和包扎高度；系統(tǒng)需要使用ARM+FPGA的搭配進(jìn)行算法識別結(jié)果的自動化運(yùn)動；使用?？抵悄芟鄼C(jī)進(jìn)行算法的運(yùn)算并將數(shù)據(jù)結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)上傳云端數(shù)據(jù)庫，便于系統(tǒng)智能化升級。其具體表現(xiàn)有以下四點：1．識別算法：需要對種苗的砧木和接穗的切割點編寫識別算法程序，計算出種苗最適合貼接的切割位置點。要求經(jīng)過算法運(yùn)算后獲得的切割點為坐標(biāo)系下的像素點位置，誤差在±2個像素點范圍內(nèi)。2．種苗切割：切割需要保證切割面平整，切割后不能出現(xiàn)讓刀和拉絲問題，同時需要保證砧木與穗苗切割面一致。3．種苗高精度貼接：當(dāng)種苗的砧木和接穗都已經(jīng)切割完成，需要進(jìn)行切割面的位置識別，識別后的結(jié)果為切割面的上、中、下三個切割點的坐標(biāo)位置；根據(jù)坐標(biāo)位置進(jìn)行算法計算轉(zhuǎn)換進(jìn)行砧木高度調(diào)整以及接穗的前后移動，最后對種苗的砧木和接穗進(jìn)行貼接，在貼接時需要保證坐標(biāo)位置移動的高精度，實現(xiàn)貼接誤差在±0.2毫米內(nèi)。4．種苗包扎：包扎高度需要在貼接面的中心位置，嫁接夾夾持的深度為夾子寬度的三分之一位置。（二）配套技術(shù)。1．待嫁砧木、接穗苗質(zhì)量要求：幼苗直立，子葉完整，葉綠色，無病蟲害；砧木苗莖粗2.5－5毫米、株高60－100毫米；接穗苗莖粗1.5－3毫米、株高40－70毫米。2．啟動嫁接機(jī)人：按嫁接機(jī)說明書要求，規(guī)范啟動嫁接機(jī)。3．機(jī)器人嫁接：按機(jī)器人操作步驟，將待嫁接的砧木和接穗苗移送到嫁接機(jī)嫁接工序位置。4．嫁接苗養(yǎng)護(hù)：機(jī)器嫁接成功苗，置入育苗床上，遮光，保持濕度90%－95%、溫度25℃－30℃，3－4天后，苗床逐漸增加光照和通風(fēng)降濕，溫度保持18℃－28℃，直至嫁接苗成活。適宜區(qū)域適宜區(qū)域為全國集約化、規(guī)?；鐖?，主要用于西瓜、甜瓜、冬瓜、苦瓜、黃瓜、番茄、辣椒、茄子等作物嫁接育苗。注意事項（一）工作場地環(huán)境：嫁接機(jī)工作場地避雨、遮陽、明亮，電力運(yùn)行安全穩(wěn)定，空氣溫度18℃－28℃，空氣相對濕度60%－70%；環(huán)境整潔，器具干凈，定