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

第55項(xiàng)：果蔬自動(dòng)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(guó)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(guó)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(wèn)題。果蔬全自動(dòng)嫁接機(jī)器人能夠有效解決以下嫁接育苗問(wèn)題：一是作業(yè)對(duì)象個(gè)體差異大，生長(zhǎng)點(diǎn)－髓腔精準(zhǔn)識(shí)別度要求高，嫁接精度、角度容錯(cuò)要求高，上夾不穩(wěn)定等導(dǎo)致嫁接成功率不高等問(wèn)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(dòng)模式限制整體效率的問(wèn)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(wèn)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(shí)效性規(guī)模生產(chǎn)能力不足等產(chǎn)業(yè)問(wèn)題。該技術(shù)產(chǎn)品操作簡(jiǎn)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(shì)。（二）技術(shù)示范推廣情況。果蔬全自動(dòng)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(yáng)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(gè)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(shí)。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(gè)百分點(diǎn)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(shí)現(xiàn)了24小時(shí)不間斷的工作，保障了種苗時(shí)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(tái)每天新增種苗2萬(wàn)多株。機(jī)器嫁接苗質(zhì)量穩(wěn)定，植株生長(zhǎng)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(duì)幼苗造成的傷害和損失，同時(shí)也降低了工人工作風(fēng)險(xiǎn)。5．經(jīng)濟(jì)效益：嫁接機(jī)器人應(yīng)用示范后，累計(jì)生產(chǎn)嫁接育苗5000多萬(wàn)株，推廣種植面積10多萬(wàn)畝；帶動(dòng)育苗企業(yè)節(jié)本增收500多萬(wàn)元，農(nóng)戶種植增收6000多萬(wàn)元。（四）技術(shù)獲獎(jiǎng)情況。果蔬全自動(dòng)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(huì)銀獎(jiǎng)。該技術(shù)取得的知識(shí)產(chǎn)權(quán)發(fā)明專利證書2項(xiàng)，實(shí)用新型專利證書8項(xiàng)，軟件著作權(quán)證書3項(xiàng)。二、技術(shù)要點(diǎn)（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(diǎn)識(shí)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(cuò)技術(shù)。通過(guò)機(jī)器視覺、人工智能、深度學(xué)習(xí)、自動(dòng)化、算法識(shí)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(diǎn)識(shí)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(kù)中存儲(chǔ)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(shí)別結(jié)果的自動(dòng)化運(yùn)動(dòng)；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(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳云端數(shù)據(jù)庫(kù)，便于系統(tǒng)智能化升級(jí)。其具體表現(xiàn)有以下四點(diǎn)：1．識(shí)別算法：需要對(duì)種苗的砧木和接穗的切割點(diǎn)編寫識(shí)別算法程序，計(jì)算出種苗最適合貼接的切割位置點(diǎn)。要求經(jīng)過(guò)算法運(yùn)算后獲得的切割點(diǎn)為坐標(biāo)系下的像素點(diǎn)位置，誤差在±2個(gè)像素點(diǎn)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(wèn)題，同時(shí)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(shí)別，識(shí)別后的結(jié)果為切割面的上、中、下三個(gè)切割點(diǎn)的坐標(biāo)位置；根據(jù)坐標(biāo)位置進(jìn)行算法計(jì)算轉(zhuǎn)換進(jìn)行砧木高度調(diào)整以及接穗的前后移動(dòng)，最后對(duì)種苗的砧木和接穗進(jìn)行貼接，在貼接時(shí)需要保證坐標(biāo)位置移動(dòng)的高精度，實(shí)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(wú)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(dòng)嫁接機(jī)人：按嫁接機(jī)說(shuō)明書要求，規(guī)范啟動(dòng)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?yàn)槿珖?guó)集約化、規(guī)?；鐖?chǎng)，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(xiàng)（一）工作場(chǎng)地環(huán)境：嫁接機(jī)工作場(chǎng)地避雨、遮陽(yáng)、明亮，電力運(yùn)行安全穩(wěn)定，空氣溫度18℃－28℃，空氣相對(duì)濕度60%－70%；環(huán)境整潔，器具干凈，定