穴盤育苗技術(shù)現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于蔬菜、花卉的生產(chǎn)。空穴或壞苗較多的穴盤苗不利于成品苗的出售或后續(xù)機械化移栽，因此出苗前要嚴(yán)格控制穴盤種苗品質(zhì)。

歐洲針對穴盤種苗出現(xiàn)壞苗、空穴，一般采用兩種方式保證穴盤苗的品質(zhì)，一種是分級，先將所有穴盤苗取出，然后通過機械手抓取放入轉(zhuǎn)運杯中，轉(zhuǎn)運杯運動至機器視覺檢測室，在檢測室內(nèi)相機通過苗的側(cè)視圖判別每一個轉(zhuǎn)運杯中種苗的級別，再依據(jù)判定的級別，通過再將每個苗依次移到對應(yīng)級別穴盤中，不合格的種苗直接丟棄；第二種是剔苗后進(jìn)行補苗，首先穴盤苗進(jìn)入機器視覺檢測室，通過穴盤苗正上方的機器視覺相機拍攝穴盤苗的俯視圖，判別整盤中哪個穴孔位置有不合格種苗或是空穴，將不合格位置坐標(biāo)傳給控制器，穴盤進(jìn)入剔苗區(qū)，通過氣流將不合格位置的基質(zhì)或不合格的種苗吹出，再通過機械手用合格苗補齊穴盤的空穴。荷蘭Visser 公司、Flier 公司、TTA 公司、以及意大利等都開發(fā)了以上分級或補苗裝備[1]。在國內(nèi)，尋真福[2]采用光敏傳感器對穴盤苗的缺苗信息進(jìn)行檢測，設(shè)計了一種穴盤苗檢測與補苗裝置。金鑫[3]通過機器視覺對穴盤苗莖稈進(jìn)行判別，判斷穴盤穴孔是否有苗；梁喜鳳[4]等針對子葉期蔬菜穴盤苗研制了一種包裹式補苗末端執(zhí)行器；丁煜華[5]基于機器視覺技術(shù)，設(shè)計了一款針對穴盤苗的剔補試驗樣機。另外，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)也針對葉片遮擋穴盤苗品質(zhì)檢測和補苗作業(yè)進(jìn)行了相關(guān)研究[6]。

常見補苗技術(shù)

穴盤苗剔苗-補苗機

荷蘭Visser 公司較早開始開發(fā)穴盤苗的補苗機械，圖1 為依靠兩個機械手進(jìn)行剔苗和補苗作業(yè)的裝備。作業(yè)時兩盤穴盤苗分別通過各自的輸送帶送入機器視覺檢測室（圖1a），視覺相機通過拍攝各穴盤俯視圖像，判斷各穴內(nèi)苗的品質(zhì)是否合格，接著將各穴苗的信息傳遞給兩個機械手。如圖1b 所示，進(jìn)入機器的兩列穴盤分別為右列待補苗穴盤、左列供合格苗盤，在兩機械手接到穴盤內(nèi)各穴的苗質(zhì)量信息后，右側(cè)剔苗機械手將右列穴盤不合格苗穴的基質(zhì)塊撿拾并剔除，同時左側(cè)補苗機械手在左列穴盤中撿拾出一合格苗，補入剔苗機械手剛移空的右列穴盤的空穴位。以此類推兩個機械手循環(huán)動作完成穴盤的不合格苗剔除和合格苗補苗作業(yè)。

圖1 荷蘭Visser 穴盤苗剔苗-補苗機

荷蘭TTA 公司是穴盤種苗移植機專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，擁有多款產(chǎn)品。圖2 所示為穴盤苗剔苗-補苗機，作業(yè)時，穴盤首先進(jìn)入機器視覺檢測室判斷穴盤苗是否合格（圖2a），然后離開檢測室采用氣力將穴盤不合格穴位剔除（圖2b），最后一個環(huán)節(jié)是由一列機械手撿拾另一穴盤里合格的苗，補齊剔除的穴盤空穴位（圖2c）。

圖2 荷蘭TTA 穴盤苗剔苗-補苗機

荷蘭Flier Systems 公司開發(fā)出一小型穴盤剔苗機，如圖3。穴盤剔苗機主要由穴盤輸送線、機器視覺系統(tǒng)和氣力剔除裝置構(gòu)成（圖3a），該機只對穴盤內(nèi)存在的不合格壞苗進(jìn)行剔除。作業(yè)時，首先將待剔除穴盤放入穴盤剔苗機的穴盤輸送線上（圖3b），穴盤自動被送入機器視覺系統(tǒng)下方，機器視覺系統(tǒng)將通過內(nèi)部數(shù)字相機拍攝的俯視圖像確定穴盤內(nèi)不合格苗穴的位置，將相關(guān)數(shù)據(jù)通過控制系統(tǒng)傳給氣力剔除裝置，氣力剔除裝置根據(jù)機器視覺系統(tǒng)傳遞的不合格苗穴的位置信息，逐行通過氣力將穴盤各行中不合格苗穴位置的基質(zhì)連同不合格苗一同吹出（圖3c），根據(jù)穴盤規(guī)格的相應(yīng)變化，氣力剔除裝置的結(jié)構(gòu)尺寸可進(jìn)行相應(yīng)更換。

圖3 荷蘭Flier Systems 穴盤苗剔苗機

圖4 為荷蘭Flyer Systems 公司的小型可移動式穴盤補苗機，主要由兩條輸送線、雙機器視覺系統(tǒng)和5 個移栽機械手構(gòu)成。補苗作業(yè)時，補苗穴盤進(jìn)入補苗機后，穴盤被分成兩路，一路是補苗輸送線，輸出的是需補齊苗的穴盤，另一路是供苗輸送線，穴盤內(nèi)的苗作為補充合格苗使用，兩條輸送線均通過機器視覺進(jìn)行缺苗分析，3 個機械手將補苗輸送線上穴盤內(nèi)的壞苗剔除干凈，另外2 個機械手將供苗輸送線上穴盤內(nèi)的合格苗移栽到前3 個機械手剔除的空穴內(nèi)，補苗輸送線輸送的是需要補齊苗的穴盤，供苗輸送線輸送的是提供補苗用合格苗的穴盤。

圖4 荷蘭Flier Systems 穴盤苗補苗機

穴盤苗分級-移栽機

圖5 為荷蘭Visser 公司的穴盤苗分級機，在機器視覺檢測室內(nèi)，首先將待分級穴盤苗的一列苗頂出，視覺相機拍攝苗的側(cè)視圖像（圖5a），繼而判斷每個苗的品質(zhì)是否合格，接著將信息傳遞給一列機械手，這列機械手將頂出的這列苗全部撿拾，依據(jù)分級信息，分成三級分別放入各自輸送帶的穴盤內(nèi)（圖5b），不合格苗丟棄。

圖5 荷蘭Visser 穴盤苗分級機

圖6 為荷蘭Visser 公司的穴盤苗分級移植機，其與傳統(tǒng)移植機不同點是被移植苗是檢測過的，不合格的苗被剔除丟棄。作業(yè)時，移植機械手將被移植苗提起，通過視覺相機拍攝側(cè)視圖像并判斷其是否合格后，將合格苗由密植穴盤移入稀植穴盤，不合格的苗丟棄。

圖6 荷蘭Visser 穴盤苗分級移植機

圖7 為荷蘭Flyer Systems 公司的一款基于機器視覺系統(tǒng)的穴盤苗快速分級系統(tǒng)，其基本原理是利用機械手將穴盤內(nèi)的種苗全部取出放置于可快速移動的轉(zhuǎn)運杯內(nèi)（圖7a），這些轉(zhuǎn)運杯在自動輸送系統(tǒng)驅(qū)動下快速進(jìn)入機器視覺識別分級系統(tǒng)，依次采集轉(zhuǎn)運杯內(nèi)的種苗側(cè)視圖像（圖7b），采集的圖像經(jīng)計算機分析處理后可獲得每株種苗的植株高度、葉冠面積、莖粗和顏色等參數(shù)（圖7c），根據(jù)客戶的分級標(biāo)準(zhǔn)要求，計算機可對這些轉(zhuǎn)運杯內(nèi)的種苗進(jìn)行分級，并分別送入不同的等級軌道內(nèi)（圖7d），再通過另一套機械手將轉(zhuǎn)運杯內(nèi)分好等級的幼苗分別抓取放到不同等級的穴盤內(nèi)輸出（圖7e）。用后轉(zhuǎn)運杯經(jīng)清洗，可再次循環(huán)使用（圖7f）。

圖7 荷蘭Flier Systems 種苗苗分級系統(tǒng)

圖8 是荷蘭TTA 公司的穴盤苗分級移植機，作業(yè)時一列機械手將穴盤中的一整列苗全部撿拾取出，通過機器視覺檢測苗的側(cè)視圖像判斷其級別、是否合格，機械手得到這些苗的品質(zhì)信息后，將苗按照大、小兩個級別移入不同稀植穴盤，不合格的苗丟棄。圖9 是一穴盤合格苗移植機，該機器在傳統(tǒng)穴盤苗移植機的基礎(chǔ)上增設(shè)了穴盤苗機器視覺品質(zhì)檢測裝置，不對苗進(jìn)行分級，僅作合格與不合格判斷，合格苗移入稀植穴盤，不合格苗丟棄。

圖8 荷蘭TTA 穴盤苗分級移植機

圖9 荷蘭TTA 穴盤合格苗移植機

意大利Techmek 穴盤苗分級系統(tǒng)（圖10）與荷蘭Flier Systems 穴盤苗分級系統(tǒng)相比，工作原理基本相同，只是在通過機器視覺分級分析后的處理有所不同，F(xiàn)lier Systems 系統(tǒng)采用把不同級別苗集中分類、集中放回穴盤的作業(yè)方式，而Techmek系統(tǒng)對分完級別的苗不歸類，直接采用可快速動作的并聯(lián)機械手臂帶動苗夾持手快速將苗依次分別放入不同級別的穴盤內(nèi)（圖10d）。另外，Techmek 獨創(chuàng)了具有4 個開口的運載杯，便于種苗移栽爪由運載杯抓取基質(zhì)塊送入相應(yīng)級別的穴盤中，其系統(tǒng)成本比Flier Systems 系統(tǒng)低。Techmek 種苗分級系統(tǒng)根據(jù)植物的大小有所差異，種苗最多可分級數(shù)為4，廢苗直接送入垃圾箱丟棄。

圖10 意大利Techmek 穴盤苗分級系統(tǒng)

總結(jié)

穴盤補苗技術(shù)目前以歐洲技術(shù)為主，國內(nèi)雖然開展了研究，但是還沒有成型產(chǎn)品面市。對出售前穴盤成苗進(jìn)行補苗的目的是為了保證客戶拿到的種苗品質(zhì)均一，進(jìn)而確保種苗種植企業(yè)的預(yù)期售價。穴盤苗分級是在培育生產(chǎn)中進(jìn)行的，以求達(dá)到不同的苗有各自的出苗期，大苗先出貨，小苗后出貨；穴盤苗補苗是在出貨前剔除不合格的苗，如果前期沒有分級，有可能會剔除一批較小的苗丟棄，造成一定的經(jīng)濟損失。生產(chǎn)中是采用分級，還是采用補苗要依據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模、經(jīng)濟實力而定，一般分級模式多用于生產(chǎn)規(guī)模較大的企業(yè)，因為分級設(shè)備比補苗設(shè)備復(fù)雜，價格相對較高。種子品質(zhì)與栽培水平也決定了作業(yè)方式，如果培育的穴盤苗出貨時的品質(zhì)均一性較好，不合格苗占比較小，那么，采用補苗形式就可以。另外，補苗方式的選擇涉及多方面的因素，如穴盤的材料與類型、種苗的形態(tài)與出苗大小、種苗葉片的遮擋程度、栽培基質(zhì)的類型等，不是選購一款現(xiàn)有機器就可以解決的，這需要種植企業(yè)與補苗裝備生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)溝通才可保證栽培技術(shù)與補苗裝備作業(yè)能力相匹配。