瓜科作物斜插嫁接机构机理与关键技术研究

嫁接育苗是一种有效克服果蔬连作障碍的可持续性生物技术，在国内外园艺生产中应用广泛，高效、稳定的嫁接育苗生产依赖于自动嫁接装备，但瓜科作物（黄瓜、西瓜和甜瓜）的砧木茎杆结构特殊、接穗与砧木茎径差较大，因此瓜科作物嫁接机嫁接效果不稳定、作业生产率提高受限制，急需深入开展瓜科作物自动嫁接机理和关键技术研究。本项目以瓜科作物为对象，基于斜插嫁接法，提出机器视觉引导、动态跟踪作业方法，研究砧木和接穗的物理特性，探索砧木空腔机器视觉动态识别与定位技术、接穗锁定热切削技术，通过对精密运动机构的仿真优化设计和样机试验分析，实现砧木与接穗高精准对接和接穗热切锁定功能。测试砧木与接穗结构参数和物理特性；研究打孔、对接和切削器具的机构与运动参数、接穗锁定热切削时间和温度，对嫁接性能的影响规律；揭示瓜科作物斜插嫁接机构机理；确定斜插自动嫁接最佳参数组合，研制性能优异的瓜科作物斜插嫁接装置，并为产品开发提供依据。

嫁接育苗是一种有效克服果蔬连作障碍的可持续性生物技术，但瓜类作物（黄瓜、西瓜和甜瓜）的砧木茎杆结构特殊、接穗与砧木茎径差较大，因此瓜类作物嫁接机嫁接效果不稳定、作业生产率提高受限制，急需深入开展瓜类作物自动嫁接机理和关键技术研究。本项目以瓜类作物为对象，以基于斜插法的嫁接机构及其关键技术为研究核心，进行了以下方面的研究：1）研究了砧木和接穗的物理特性，包括嫁接用苗的几何特征、力学特性、接穗热切特性以及砧木苗髓腔几何特征和外部定位方法；2）研究开发了嫁接作业环节中的关键机构—接穗定位切削机构和子叶气吸砧木夹持机构；3）基于斜插嫁接法，建立了基于机器视觉引导的动态双跟踪嫁接作业系统，实现了砧木与接穗高精准对接，与无跟踪作业方式相比，当砧木接穗偏差1mm时，嫁接成功率可提高1.4倍；4) 揭示了瓜类作物斜插嫁接机构机理。提出了基于砧木生长点外部特征确定砧木髓腔位置的45度打孔避让方法；根据高速摄影试验确定了砧木与接穗最大对接速度为20mm/s；5）基于以上瓜类作物斜插嫁接关键机理，研制出嫁接切削器和自动嫁接机。