科创中国

成果意义：

随着蔬菜品质需求的不断提升，农业生产对种子到种苗品质的要求越来越高。果菜嫁接苗需求的旺盛，为保证嫁接苗愈合成功率，提高种苗商品化程度，对接穗苗标准化程度要求进一步提高。种苗分级是提高种苗标准化程度的有效手段，但目前分级作业由人工判断种苗长势形态等参数，将劣质苗剔除，一二级苗分盘移栽，作业方式重复繁琐，标准难以统一，效率低下。

由于种苗受种子活性、穴盘空间、环境、营养水分供给等条件影响，造成的漏播、坏种的空穴，种苗长势不齐等问题，为保证最终商品苗标准化程度、充分利用育苗空间，将穴盘中的幼苗经过初步培育生长后，借助机器视觉识别分析的方法，实现种苗优良分级，淘汰劣质苗（基质）并由移栽机构将长势不齐、缺苗的穴盘基质从源穴盘中按级别放入新的穴盘中，并保证新穴盘相同长势种苗100%填充，从而大大提高种苗标准化程度，节省劳动成本，提高种苗生产自动化程度。

技术优势：

1、取放苗稳定的轻简式移栽手。为保证移栽机构系统运动及定位精度，针对黑棉土基质块和直立型果菜苗形态，设计了果菜苗专用轻简式末端执行器，提出弹性扁针夹叉结合的取苗方式，优化扁针前端形状减少叉取阻力，增大接触摩擦力，减少取苗时扁针对基质的作用力和形变，采用斜插方式避让果菜苗空中部分实现直立型苗的无损取放，退苗座可保证扁针回缩时基质与末端执行器快速分离，同时采用蓝色背板作为图像采集背景，方便视觉图像分割，从而降低取苗对幼苗基质的形态影响，取苗成功率超过***%。

2、重复精度高的空间定位伺服系统。并联十字机构具有良好的线性移动性能及对称性，在线性运动时有较高的稳定性，且位置运动学公式简单，方便控制程序编制等优点。针对种苗分级移栽过程末端执行器往复运动次数多、系统运行速度快、重复精度要求高的特点，优化设计并联十字结构，采用伺服电机配合行程开关设置安全位置，采用固定同步带方式实现多个末端执行器在同一横移机构的线性伺服定位，从而构成XYZ三轴伺服系统，末端执行器的重复精度小于***，从而保证移栽成功率。

3、快捷准确的果菜种苗两向分级识别算法。针对直立型果菜苗分级不仅需要俯视图像获得的叶片面积参数，还需要侧视图像获取苗高、苗径等参数共同分析评价每一株苗的情况，提出果菜种苗两向图像获取、分析、评分体系，构建了果菜两向分级识别算法，调整视觉分析总体流程，通过水平及俯视相机分别的图像采集、穴盘图像预处理、深度学习图像分割等步骤完成幼苗叶面积及苗高特征提取，优化其中图像预处理方案，完成数据集标注、训练模型及模型验证，基于采用参数权重的综合评分方法实现果菜种苗精准分级，种苗分级成功率大于***%。 

应用前景：

温室种苗智能分级机主要应用于设施园艺种苗生产领域，尤其适用于穴盘苗全程机械化自动化生产过程，特别是标准化程度要求高的工厂化育苗。随着农业工厂化、自动化技术的不断推广，数字农业技术应用的普及，各环节尤其是“卡脖子”环节作业装备未来市场需求将不断增大。

转化需求：

本成果是针对工厂化育苗过程中智能化分级环节的核心作业装备，通过物流输送系统串联，与播种、嫁接、移栽等作业设备联动和实现全程自动化化种苗生产。配合采用标准化穴盘和成型基质能够大大提高作业成功率和作业效率。