光质及光周期对南瓜砧木幼苗生长影响的研究

均匀、健壮的幼苗是实现机械嫁接的条件之一。光对植物的生长发育有重要影响,为此,本文研究红光、蓝光、白光及红蓝组合光(红∶蓝=8∶1)等四种不同LED光质对南瓜幼苗生长的影响,得到最适光质,培育出外观特征均匀一致的幼苗。在此基础上,研究在最适光质下,L24D0、L15D9、L12D12和L9D15不同光周期对南瓜幼苗生长的影响。本试验结果表明:红蓝组合LED光源处理下的幼苗生长优于白色LED光源处理,红色LED光源和蓝光LED光源均不利于幼苗生长,四种光源下均未出现不适合机械嫁接的弯曲苗;L24D0处理下的南瓜幼苗壮苗指数为0.41、茎粗为3.28mm,大于其他光照处理,说明红蓝组合LED光源下的长光周期处理更有利于培育均一、健壮的南瓜砧木幼苗。     

基于机器视觉的嫁接幼苗特征识别方法

幼苗子叶方向的正确识别是瓜科嫁接机实现全程自动化的关键技术之一。该文研究了在自然光照条件下,对白籽南瓜砧木子叶方向特征的识别方法。首先对采集的幼苗图像进行预处理,提取出子叶边界;然后利用区域标记,依次提取目标幼苗子叶边界的最小外接矩形,在外接矩形内对幼苗边界进行椭圆形Hough变换,拟合两片子叶的轮廓曲线;最后依据子叶轮廓的椭圆形数学模型,求取幼苗子叶方向,幼苗生长点位置以及子叶叶片面积等特征信息。对100幅幼苗图像进行识别试验,成功率为85%。该文提出的方法可对嫁接南瓜幼苗的子叶方向特征进行有效的识别,并且通过调整参数,可用于其他幼苗的特征识别研究。      

甜瓜嫁接机嫁接苗接缝视觉识别系统研究

嫁接可以有效地解决甜瓜连作障碍,提高产量,但嫁接作业劳动强度大、生产效率较低。目前,半自动化蔬菜嫁接机器人仍然需要人工对嫁接后的接缝进行质量检测,由于个人的主观性和技术熟练程度的不同,会影响嫁接质量和嫁接效率,从而影响嫁接成活率。因此,在嫁接之后,需要对嫁接苗进行接缝质量的自动识别与检测。为此,确定了嫁接幼苗接缝的成功标准,并利用图像采集技术和分割处理的基本理论与方法,研制嫁接幼苗接缝自动识别、检测的算法,完成了接缝检测软件程序编制。对嫁接幼苗接缝视觉检测识别系统软硬件进行了调试和试验研究,选取了60株甜瓜嫁接幼苗进行接缝图像检测和识别试验。试验结果表明:甜瓜嫁接幼苗接缝检测的成功率为90%,因茎秆折断弯曲造成了嫁接幼苗接缝的检测失败。     

不同光质对嫁接砧木下胚轴生长的影响

近年随着蔬菜生产规模化、工厂化发展的不断扩大和蔬菜嫁接技术的广泛推广,研制蔬菜自动嫁接机已成为蔬菜工厂化生产发展的必然趋势.而要实现嫁接装备高效、精准完成蔬菜幼苗的自动化嫁接作业,首先必须克服蔬菜幼苗生长的不一致性,因此培育健壮、整齐、均匀一致的嫁接蔬菜用苗也是实现自动化嫁接作业的一个重要前提.蔬菜幼苗的生长发育是一个十分复杂的过程,而光源是影响植物生长的一个重要因素.为此,对不同光源(红、蓝、红蓝)照射对3种瓜科砧木幼苗下胚轴生长的影响进行了研究.研究结果表明,红光处理的幼苗下胚轴最高,茎较细;红蓝光处理的砧木幼苗下胚轴最高,茎较粗.对于嫁接砧木幼苗,红光处理具有光合活性,有利于砧木幼苗积累的能量,促进幼苗下胚轴的生长.     

不同天气条件下连栋温室内光照分布规律研究

温室内的光照环境对作物的生长具有重要意义.为此,主要研究了不同天气条件下华东地区连栋塑料温室中光照分布的日变化规律.研究结果表明:多云天气条件下,温室内光照分布均匀只是相对的;而晴天情况下,温室内的整体光照条件比较好,但光照分布相对不均匀,且透光率比多云天气低.实验结果为温室光环境模型的建立以及进一步的光环境调节和控制提供了参考.     

不同LED光质对番茄幼苗生长特性的影响

为保证设施番茄周年生产的壮苗供给,研究了人工气候环境下不同光质处理对番茄幼苗不同时期内生长特性的影响,以确定培育番茄壮苗的最佳人工光源。试验采用LED为光源,选取红蓝比分别为3(RB3/1)、5(RB5/1)、7(RB7/1)和白光(W)4个处理对番茄幼苗进行为期28 d的照射,光周期为12 h/12 h,自然光照射为对照,并利用综合评价方法分析不同LED光质对番茄幼苗不同时期内生长特性的影响。试验结果表明:光质对番茄苗期下胚轴、叶面积和根冠比的影响极显著(P0.01);生长初期光质对幼苗生长株高、茎粗、根数、根长、生物量、壮苗指数和G值的影响不显著,而后变为显著(P0.05),且不同时期内光质对各项指标的影响存在差异;依据不同生长时期各项指标的综合评价结果,确定番茄苗期较优光照组合为出芽后两周内采用红蓝比为RB7/1光质,而后采用白光LED光质进行照射;红蓝比为RB3/1的光质不适宜单独作为照射光源用于培育番茄壮苗。     

LED光谱对西瓜苗生长的研究

以光调控技术为基础的全封闭式植物工厂是提高西瓜苗培养效率及质量的最佳途径。为此,论证了以纯LED光进行西瓜苗育苗的可行性,并研究了不同红蓝光配比对西瓜幼苗生长的影响。结果显示:5∶1的红蓝光通比下,西瓜幼苗生长情况最好。根据蓝、红光对植物不同的影响,最佳的光照方式应为:幼苗生长早期适当提高蓝光比例,而生长后期多加红光;前期用较弱的光照,后期再用强光照。     

闭锁式立体水稻育秧环境参数优化试验

为解决传统水稻育秧易受气候环境影响,导致秧苗质量差的问题,以育秧环境参数为目标,优化设计水稻育秧气候箱及基于植物工厂技术的水稻育秧平台。利用水稻育秧气候箱,通过均匀试验和逐步回归法优化对秧苗指标有显著性影响的环境参数,进而确定水稻育秧最优环境参数组合,并利用基于植物工厂技术的水稻育秧平台进行规模化生产验证试验。试验结果表明,全光谱条件下,叶面积系数受光照强度影响显著（P＜0.05）。蓝光光质条件下,土壤含水率对根数、根长影响显著（P＜0.05）;光照强度对SPAD值和叶面积系数影响显著（P＜0.05）;光照强度和光照时间对茎基部宽影响显著（P＜0.05）。红蓝比3∶1光质条件下,光照强度和光照时间对茎基部宽影响显著（P＜0.05）;光照强度、温度和土壤含水率均对株高影响显著（P＜0.05）;光照强度对SPAD值影响显著（P＜0.05）;土壤含水率对叶面积系数影响显著（P＜0.05）。水稻育秧环境最优参数组合为蓝光光质、土壤含水率60%（发现叶片卷曲后灌溉,每次灌溉最大含水率60%）、光照强度1.1×104 lx（光源表面处的测量值,光源表面距离育秧盘上表面20 cm）、光照时间9 h、温度28 ℃/24 ℃（光照期/非光照期）、湿度60%。基于植物工厂技术的水稻育秧平台所培育的水稻秧苗形态指标与力学特性均能达到机械插秧壮秧标准。试验结果可为大面积闭锁式水稻育秧及农业的可持续发展提供参考。      

基于RealSense深度相机的多特征树干快速识别方法

针对农业机器人在果园定位和导航中,环境背景复杂、光照强度变化大等问题,本文提出了一种基于RGB-D相机并利用颜色、深度、宽度和平行边特征的树干快速识别方法。首先,使用RealSense深度相机获取果园的彩色图像和深度数据;然后,将彩色图像转换为HSV颜色空间,再对HSV颜色空间中的S分量进行超像素分割,并将颜色特征和深度特征相近的相邻超像素块进行合并;随后,对深度图像进行树干宽度特征检测,对宽度置信率大于阈值的物体看作是待处理物体;最后,对待处理的物体进行平行边特征检测,在待处理物体边缘区域选择感兴趣区域窗口（ROI）进行边缘检测,搜索可能的树干边缘直边,当物体边缘的置信率R_B大于设定的阈值T_LB时,则识别为树干。通过对树干的多特征提取,有效提高了在不同环境下树干识别准确率。利用移动机器人平台在果园环境进行试验测试,以检验在强光照、正常光照和弱光照条件下树干识别算法的性能。试验结果表明,本文的树干识别算法在强光照、正常光照和弱光照条件下,树干识别的准确率分别为92.38%、91.35%和89.86%,每帧图像平均耗时分别为0.54、0.66、...     

条接条嫁接砧木苗切削阻力试验研究

以杨树苗为对象,研究了条接条嫁接砧木苗的切削力学特性,为树苗嫁接机器人切苗机构的设计提供理论依据.实验表明:切削阻力在进入砧木初期迅速增大,在切深2mm 左右达到最大,以后逐渐减小;切削阻力在试验条件下小于300N.最大切削阻力随切削速度增加而减小,切削速度每增加1mm/min,最大切削阻力减小0.00275N;最大切削阻力随砧木直径增加而增加,砧木直径每增加1mm,最大切削阻力增加16.095N.     

不同光质对油菜幼苗生长的影响

油菜种子播种于盛有泥炭土、珍珠岩和蛭石的混合基质的培养皿,然后将培养皿放置在9种不同的光质进行培养:荧光灯（FL）、植物生长灯（PGL）、LEDs红光（R）、LEDs蓝光（B）、LEDs绿光（G）、LEDs白光（W）以及不同LEDs红、蓝配比光质（RB 2∶1,RB 3∶1及RB 4∶1）。结果表明,在LEDs绿光下,油菜幼苗高生长最高,其次是LEDs红光下生长的幼苗,而荧光灯下生长的幼苗最低,而且进一步结果表明,在单色光（绿光、红光及蓝光）下生长的幼苗高及生长速度均大于在复合光质中生长的油菜幼苗,但是不同的光质对幼苗生长早期高生长规律无影响。而幼苗根的生长、叶面积、叶绿素含量及幼苗地表茎粗结果与前相反,混合光源下的幼苗在这些方面明显优于单色光。同时,干、鲜质量结果也表明,单色光不适于油菜幼苗的生长,而在不同LEDs红、蓝配比光质下生长的幼苗质量不低于在荧光灯下生长的幼苗。幼苗茎段组织切片结果表明,在不同LEDs红、蓝配比的光质下生长的油菜幼苗均有大量初生木质部形成,尤其是在RB 3∶1光质中生长的幼苗,已初步具有完整的初生木质部及形成层,优于荧光灯下生长的幼苗。      

锁式立体水稻育秧气候箱研制

为了解决传统水稻育秧受气候环境影响导致秧苗质量低的问题,以控制育秧系统内部环境为目标,创新设计一种人工光源光照强度和光照时间无级调节、温湿度和CO2浓度PID模糊控制、供水周期及供水量无级可调和内部设有视觉监控系统的水稻育秧气候箱。该气候箱光照强度范围0～1.2×104 Lx;温度范围0～50 ℃、偏差±0.5 ℃;湿度范围50%～99% RH,偏差±5% RH;CO2浓度范围0.028%～0.2%、偏差±0.008%。试验结果表明,该气候箱培育的秧苗根系发达,颜色浓绿,茎基部较宽,播种后20 d叶龄达到3叶期,株高可达到机插秧苗标准。      

茄科蔬菜嫁接秧苗几何及力学特性试验研究

为了获得蔬菜自动嫁接装备的设计依据,以茄子、番茄和辣椒3种典型茄科蔬菜为研究对象,开展了与自动嫁接作业相关的秧苗几何及物理力学特性试验研究。嫁接苗的株高和苗径测量结果表明,茄子、番茄和辣椒3种茄科蔬菜的砧木和接穗在嫁接期株高平均值均超过100 mm;番茄和茄子的砧木苗径大部分为3.0～4.0 mm、穗木苗径为2.5～3.5 mm;辣椒砧木和穗木平均苗径分别为2.8 mm和2.4 mm。茄科蔬菜嫁接秧苗平均夹持损伤临界压力值为780～930 MPa,砧木和穗木夹持损伤的最小临界压力分别为800 kPa和700 kPa;嫁接秧苗茎秆斜切剪切力低于直切状态下剪切力,降低幅度超过50%。      

高速水稻钵苗移栽机送秧装置设计与试验

为满足高速水稻钵苗移栽机对送秧装置提出的稳定、精准、快速的送秧要求,设计了一种新型送秧装置。此装置减小了移栽机构在取秧过程中秧箱横向移动的距离,提高了高速工作时纵向送秧的精度和稳定性。对新型横向移箱装置和纵向送秧驱动机构的工作原理进行了分析,建立了纵向送秧驱动机构的运动学模型,并通过Matlab软件求得一组可行的设计参数。加工了试验台,并进行了试验验证。结果显示,其横向移箱装置较传统移箱方式,在移栽机构取苗过程中秧箱横向移动距离减少了37%;其纵向送秧单次误差控制在±2 mm以内,且未出现累积误差。研究提出的送秧装置及其设计方法可应用于移栽速度在200~250次/min的高速水稻钵苗移栽机上。     

蔬菜自动移栽机顶夹拔组合式取苗装置试验研究

针对插拔式取苗机构单靠取苗爪插入钵体夹取苗时,因受钵体与穴盘之间粘附力和盘根性不佳双重影响,造成取苗成功率低、钵体破碎率高的问题,提出了一种顶夹拔组合式取苗技术,阐述了取苗装置结构和工作原理,开展了顶夹拔组合式取苗试验研究。首先以72孔和128孔黄瓜穴盘苗为试验对象,通过顶压脱盘粘附力试验,测试了不同顶苗速度（10、20、30、40mm/s）下黄瓜苗的脱盘粘附力以及顶压脱离位移,试验结果表明：顶苗速度对于苗钵粘附力及脱离位移影响不大,粘附力与苗钵脱离位移呈正相关,两种规格穴盘苗顶苗脱离位移平均值分布在5.5~6.9mm之间,综合考虑苗盘落水孔直径和顶压脱盘粘附力试验结果,确定顶杆直径为6mm,顶杆顶苗位移需大于5mm。其次以生长周期为25d的72孔黄瓜穴盘苗为试验对象,开展了先顶后取、边顶边取、先插后顶3种取苗模式试验,结果表明：先顶后取模式下取苗成功率和钵体完整率最高。最后以顶杆顶入位移、取苗爪插入苗钵取苗深度及插入取苗速度为试验因素,开展了三因素三水平正交试验,通过极差分析和方差分析得出顶夹拔取苗装置的最优工作参数组合为：顶入位移为15mm、插入苗钵深度为35mm,插入取苗速度为225mm/s,此组合下取苗成功率94.12%,苗钵完整率94.12%,满足了自动取苗高质量要求。     

不同光质对甘蔗组培苗的影响

对不同LEDs光质及植物生长灯对甘蔗组培苗的影响进行了试验研究,结果表明:LEDs红蓝混合光下培养甘蔗材料增殖和生根状况要优于LEDs单色光及白光下的材料,而且不定芽增殖、不定芽形态、增殖阶段干物质含量、色素含量、生根苗质量方面均优于或不低于荧光灯下培养的材料,可以作为荧光的替代光源用于甘蔗组培苗生产。植物生长灯下培养材料与荧光灯差异不显著。      

秧苗生长位置分布区域研究与压苗顶头参数优化

根据下压式高速取苗方式的取苗特点及需求,设计一种与下压取苗方式配套使用的底板可抽离的组合式穴盘,并采用常规方法播种育苗,运用靶形分区累加法探究秧苗生长位置分布区域规律,研究开发新型高速压苗顶头,优化下压式取苗顶头结构参数,实现低损伤、高成功率的高速自动化取苗。试验结果表明99.4%的秧苗生长位置集中分布在穴格中心处半径为18 mm的圆形区域内,88.7%的秧苗生长位置集中分布在穴格中心处半径为14 mm的圆形区域内。结合试验结果,利用Matlab对压苗顶头结构参数进行优化,得到直角梯形压苗顶头最优参数为前端宽度6.25 mm、后端宽度31 mm、纵向长度30 mm,综合取苗成功率达98.28%,且对秧苗损伤较小。     

旱地钵苗自动移栽机设计与试验

针对目前国内半自动移栽机移栽效率低、综合经济效益不明显等问题,设计了一种旱地钵苗自动移栽机。该移栽机取苗部件利用齿轮五杆组合机构驱动取苗爪完成取苗动作,取苗爪采用插入基质单株取苗方式进行取苗;供苗部件采用不完全齿轮和螺旋凸轮轴组合的结构形式实现横向间歇进给供苗,利用棘轮棘爪机构保证纵向停顿供苗;栽植部件选用行星齿轮箱和鸭嘴式栽植器完成钵苗定植。试验表明:该旱地钵苗自动移栽机运转良好,工作性能可靠,作业效率为71.7株/(min·行)时,取苗成功率97.1%,漏栽率4.4%,满足预期设计要求,可为后期自动移栽机的设计与研究提供参考。     

基于圆柱凸轮的株距可调式取苗末端执行器设计与试验

穴盘苗疏植移栽是设施农业育苗的关键步骤,可为幼苗提供优良的生长环境,实现增产增收。针对疏植移栽环节中,可调株距设备自动化程度低,人工作业效率低下,易损苗伤苗等问题,本文设计了一种基于圆柱凸轮的株距可调式取苗末端执行器,可实现不同株距之间的疏植移栽作业。首先,对末端执行器整体结构进行设计,确定其工作原理;其次,通过理论分析确定圆柱凸轮与取苗手指各关键参数,并分析其作业状态下受力情况;然后,利用EDEM与Recur Dyn建立苗钵根土复合模型,进行耦合仿真单因素模拟试验,确定后续正交试验因素范围;最后,搭建了穴盘幼苗疏植移栽试验平台,以取苗针夹角、入土角、取苗针间距和变距速度为试验因素,以苗钵最大形变量和移栽成功率为试验指标,进行正交试验。在最优参数组合为取苗针夹角10°、入土角4°、取苗针间距8 mm、变距速度5 mm/s下,选取128穴至72穴与72穴至50穴两种疏植移栽要求进行验证试验,移栽后128穴钵体形变量平均值为(1.13±0.68) mm, 72穴钵体形变量平均值为(1.51±0.64) mm。总移栽成功率为93.33%,整机移栽效率为22株/min,满足不同穴盘规格疏植作业...