蔬菜嫁接作业机械装置的研究-浙江省大学生科技创新项目申报书.doc

12附件一：项目编号：浙江省大学生科技创新项目申 报 书创新项目名称： 蔬菜嫁接作业机械装置的研究 创新项目负责人： 鲍人志 学校名称： 浙江机电职业技术学院 申报日期： 2012.2.20 项目类别：个人项目 团队项目浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）实施办公室 制填写说明一、申报书要按照要求，逐项认真填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。二、格式要求：申报书中各项内容以Word文档格式填写，表格中的字体为小四号仿宋体，1.5倍行距；表格空间不足的，可以扩展或另附纸张；均用A4纸双面打印，于左侧装订成册。三、申报书由所在学校领导审查、签署意见并加盖公章后，一式三份（均为原件），报送浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）实施办公室。一、项目简介项目概况项目名称蔬菜嫁接作业机械装置的研究项目性质（ ）基础研究 （ ）应用基础研究项目来源（ ）自主立题 （ ）教师指导选题起止时间自 2012年 2月 至 2013 年 2 月项目状况1、研发阶段 2、中试阶段 3、批量（规模）生产（选项打）申请人姓名鲍人志性 别男 出生年月1989.10 入学年月 2009.9所在院系 机械工程学院联系电子信箱719885198项 目 组主要成员姓名年龄性 别专业具体分工鲍人志23男数控技术方案设计翁浩钧20男数控技术机构设计沈佳伟22男数控技术机构设计徐顺贵21男数控技术机构设计史天强21男数控技术机构测试项目指导教师姓名楼建忠 性 别男出生年月1973.11主要研究方向 机械制造及自动化近三年获奖成果：国家级_等奖_项，省部级_等奖_项近三年科研经费_2_万元，年均_0.67_万元姓名朱靓卿性 别男出生年月1982.06项目主要内容简介嫁接栽培是克服连茬病害和低温障碍最有效途径，可提高嫁接苗抗逆性和产量。目前蔬菜嫁接主要靠手工作业，而自动嫁接可克服手工操作劳动强度大、生产率低、嫁接苗成活率不高、嫁接质量不均一等问题。提高生产效率，降低生产成本，对于研究和开发可以替代人工劳动的自动化嫁接装置具有非常重要的现实意义。本课题主要研究一种大棚栽培蔬菜自动化嫁接的机械装置，主要研究对象为瓜科类穴盘苗，研究内容包括接穗与砧木无损夹持、接穗切削、砧木生长点切除、砧木打孔、砧木断根、接穗与砧木对接等机构实现。该自动化装置能准确实现接穗与砧木夹持、接穗切削、砧木生长点切除、砧木打孔、砧木断根、接穗与砧木对接等动作，能精确地完成自动嫁接任务。二、项目的研究目的及意义1、申请项目的必要性、目的及意义我国是世界最大的蔬菜生产国，2009年全国的蔬菜播种面积2.73亿亩，随着我国农业种植结构的调整和蔬菜出口量的逐年增加，许多地区都把蔬菜种植作为一项产业来发展，种植面积迅速扩大。浙江省是蔬菜资源大省，据统计局的统计，2004年、2005年、2006年浙江省蔬菜种植面积分别达991.53万亩、1000.09万亩、1007.82万亩，同时蔬菜在我省消费量很高，人均蔬菜占有量300kg，人均蔬菜食用量200 kg，食用蔬菜花色品种多达30多种。蔬菜嫁接的作用主要有趋避病虫害、增强嫁接植株的抗逆性、增强植株生长势、克服连作障碍和提高产量。目前我省蔬菜嫁接主要靠手工作业，而自动化嫁接装置可克服手工操作劳动强度大、生产率低、嫁接苗成活率不高、嫁接质量不均一、出苗不均匀等问题，它可以在极短的时间内，把直径为几毫米的接穗和砧木接合为一体，使嫁接速度得到了大幅度提高；同时由于砧木和接穗接合迅速，避免了切口长时间暴露氧化和嫁接苗内液体的流失，从而又可大大提高嫁接的成活率。从蔬菜种植的农艺要求来看，瓜类作物的嫁接显得尤为重要，这主要是由于瓜类作物（黄瓜、西瓜、甜瓜等）生产中容易受到枯萎病的危害，而嫁接则是克服枯萎病的最有效技术措施。随着蔬菜工厂化生产对嫁接需求量的激增，以及社会老龄化带来的农业劳动力不足，嫁接作业自动化是蔬菜工厂化生产的必由之路。在我国，蔬菜工厂化嫁接生产尚处于启蒙阶段，开发操作便捷、运行可靠、成本低廉、适合我国蔬菜生产模式的嫁接自动化装置研究工作有待于深入进行。中国农业大学张铁中教授于1998年开发出2JSZ-600型嫁接机。东北农业大学辜松教授于2005年研制出2JC-350型自动嫁接机和嫁接苗愈合装置，目前已经在生产上应用，但嫁接的生产率与国外相比还有很大差距，需要进一步改进和提高。蔬菜嫁接技术性强，特别是苗比较柔嫩，易碰伤，采用自动化嫁接装置可以提高劳动生产率、降低作业难度。目前国外用于瓜类蔬菜的全自动嫁接机还处于研究阶段。在我国，蔬菜工厂化嫁接生产尚处于启蒙阶段，开发操作便捷、运行可靠、成本低廉、适合我国蔬菜生产模式的嫁接机研究工作有待于深入进行。本课题通过对大棚穴盘苗（瓜类）嫁接机械装置的研究，有利于提高嫁接机械化水平，提高劳动生产率，减少劳动力投入，同时为进一步开展其它蔬菜自动化嫁接打下良好的基础。2、项目的背景、主要内容、技术水平及应用范围在蔬菜嫁接苗需求量激增和农业劳动力老龄化双重压力下，1986年日本通过农林水产省生研机构组织多家公司参与，率先开始研制嫁接机。1987年研制出半自动形式1号试验样机G871，1989年在1号机的基础上研制出2号试验样机G892，1991年又研制出全自动式的3号试验样机G913，近几年，日本嫁接机械装置发展已较成熟。20世纪90年代初，韩国也开始研究嫁接机，开发出采用靠接法的小型半自动式嫁接机。继半自动式嫁接机之后，韩国Idealsystem公司开发出针式全自动嫁接机，该机采用防回转五角形陶瓷针作为砧木和接穗的固定物，利用穴盘整盘上砧木和接穗苗，操作方便，作业速度快，生产率可达1200株/小时，适合茄果类蔬菜的嫁接作业。在我国，蔬菜工厂化嫁接生产尚处于启蒙阶段，开发操作便捷、运行可靠、成本低廉、适合我国蔬菜生产模式的嫁接自动化装置研究工作有待于深入进行。中国农业大学张铁中教授于1998年开发出2JSZ-600型嫁接机。东北农业大学辜松教授于2005年研制出2JC-350型自动嫁接机和嫁接苗愈合装置，目前已经在生产上应用，但嫁接的生产率与国外相比还有很大差距，需要进一步改进和提高。通过以上比较可以看出，国内外嫁接机具有以下特点：1）世界上研究嫁接机的国家还很少，主要是日本、韩国和中国。2）日本的嫁接机自动化程度较高，但是它的机器结构复杂、体积庞大、价格昂贵，不适合我国的国情。3）韩国的蔬菜嫁接机体积小、价格适中，但是它的机器自动化程度低，成活率也比较低。4）中国起步较晚，到现在对嫁接机的研究主要停留在原理样机上，从普及蔬菜嫁接来说，还有很大的研究价值和空间。此外，各地所种植的蔬菜品种不同，就需要有适应不同蔬菜嫁接的嫁接机的研发。研究基本内容:（1）嫁接用苗的定向夹持、切削技术及装置：分析瓜类接穗和砧木的定向夹持与切削技术，研究嫁接用苗夹具、接穗切削装置、砧木生长点切除装置，实现瓜类秧苗的定向切削。（2）砧木与接穗对接技术及装置：分析瓜类蔬菜的砧木与接穗对接技术，研究接穗与砧木精确对接机构，保证砧木和接穗准确对位结合。（3）不同瓜类蔬菜的通用性设计：充分考虑西瓜、黄瓜等几种不同的瓜类蔬菜，研究它们嫁接作业的砧木和接穗夹持定位特点，提出可互换的砧木和接穗气爪设计。（4）各动作集成与协调控制：对嫁接作业中的砧木生长点切除、砧木断根、接穗切削和砧木接穗对接等过程，研究多位传感方式监控嫁接状态，控制嫁接作业的协调性。蔬菜嫁接技术性强，特别是苗比较柔嫩，易碰伤，采用自动化嫁接装置可以提高劳动生产率、降低作业难度。目前国外用于瓜类蔬菜的全自动嫁接机还处于研究阶段。在我国，蔬菜工厂化嫁接生产尚处于启蒙阶段，开发操作便捷、运行可靠、成本低廉、适合我国蔬菜生产模式的嫁接机研究工作有待于深入进行。3、实施该项目所具备的基础、优势和风险本课题组成员在自动化装置设计和研究中有很好的基础，课题组成员主持和参与了多项项目。这些项目的研究内容涉及本项目所要研究的主要内容，如穴盘苗播种自动化装置的研制，穴盘苗移栽装置研究，取得了较好成果。这些研究积累，为本项目的顺利实施打下了良好的基础。项目的开展依托于浙江机电职业技术学院机械工程学院和电气工程学院各个教研室及各实验实训设备的支撑。机械工程系是我院历史最悠久的系之一，该系实验设施完善，拥有机械加工实训中心、机械基础训练中心、传动及控制技术中心等三个实训中心，下设开放式工艺工装实训室、拆装测绘实训室、液压传动实验室、刀夹具展示室、机械零件实验室及机械创新实验室。机械工程学院在数控加工方面具有较强的基础和实力，在机械研究方面形成了鲜明的特色和优势，同时先进的数控设备为项目的顺利进行提供了良好的保证；电气工程学院拥有试验所需的控制系统，特制末端执行器装置及其控制系统，为本项目的开展提供了较好的条件。另外，本课题组已经对课题进行了前期的研究和开发，完成了相应的图纸设计。4、项目计划目标本项目旨在研究一种用于蔬菜（瓜类）嫁接的机械装置，该嫁接装置能完成西瓜的嫁接工作，即完成接穗和砧木的夹持、切削、生长点切除、接穗和砧木对接等功能，并保持动作协调、不伤苗，能满足生产的需要。通过对该蔬菜自动化嫁接装置的研究，为进一步开展对基于机器视觉的全自动嫁接机的研究打下良好的基础，同时为研究其它蔬菜苗的嫁接提供了理论依据。将所研究的蔬菜自动化嫁接装置应用于实际的生产中，可以提高劳动生产率、减少劳动力投入，降低成本，有利于组织大规模生产。同时利用自动化嫁接装置进行嫁接生产，则可大大减少对人工的依赖从而保证瓜类作物的季节性要求，同时也能产生巨大的经济效益。拟解决的关键问题包括：（1）嫁接用苗的定位与夹紧机构的实现：由于嫁接对苗的子叶有方位的要求，所以要对苗进行准确的定位，另外苗比较柔嫩，所以在夹紧过程中要控制夹紧力，保证不能伤苗。（2）砧木生长点切除:砧木生长点切除不净会直接影响接穗在砧木上的接合，常规直线运动切法无法完成砧木生长点的切除要求。拟用旋转刀对砧木生长点两侧两片子叶的空间进行仿形切削，达到切净生长点，且不损坏砧木子叶的目的。（3）导向装置：对于插接式嫁接机构，一方面机构复杂难以保证插入深度，同时不能准确使接穗进入砧木孔内，直接影响嫁接的成功率。为此，需设计导向机构，使经切削的穗木苗能顺利且精确的进入经打孔的砧木。四、预期成果、知识产权形成及经济、社会效益分析1、 项目的预期成果及知识产权归属情况1） 研制出适合于瓜类的自动化蔬菜嫁接机械装置，能实现砧木和穗木定位夹持、接穗和砧木的切削、生长点切除、穗木和砧木的对接等动作；2） 发表论文1篇，提供完整的课题研究总结报告1份；3） 申请专利2项；4） 向社会推广；5） 所有研发、更新成果产权归团队所有2、 项目的市场前景分析通过对自动化嫁接装置的研究，为进一步开展对基于机器视觉的全自动嫁接机的研究打下良好的基础，同时为研究其它蔬菜苗的嫁接提供了理论依据。将所研究的蔬菜自动化嫁接装置应用于实际的生产中，可以提高劳动生产率、减少劳动力投入，降低成本，有利于组织大规模生产。同时利用自动化嫁接装置进行嫁接生产，则可大大减少对人工的依赖从而保证瓜类作物的季节性要求，同时也能产生巨大的经济效益。3、 项目的盈利能力分析及财务预算项目资金预算表（模型） 单位：元序号项目数量（套）预算资金1机构加工部分一40002输送机构部分一10003气动元件一10005PLC智能程序控制系统一25006安全防护系统一10007嫁接苗的培育一10008电子材料一批8009电线电缆一批20010总 计：115004、 项目的社会效益分析蔬菜嫁接技术性强，作业工序复杂难以掌握，采用机械嫁接可以提高劳动生产率、降低作业难度，有利于推广嫁接育苗技术。因此，蔬菜生产中急需自动化嫁接装备。每台生产能力以每年嫁接作业3个月计，年生产嫁接苗可达70万株以上，嫁接西瓜可种植面积1200亩，嫁接黄瓜可种植240亩。嫁接苗的产业化规模化生产本身可以创造良好的经济效益。浙江省现有西瓜栽培面积60万亩，按照每亩露地栽培的西瓜需要嫁接苗400株计算，需要嫁接苗2.4亿株，如果仅仅将嫁接设备推广应用到西瓜栽培面积的20，要生产4800万株嫁接苗，也可获得纯利润960万元，此外该设备通过改进一些夹持机构等，还可用于黄瓜等瓜类蔬菜的嫁接，因此对嫁接苗的生产有广阔的产业化前景。因此从嫁接机本身的需求分析，就能让嫁接机生产企业产生很大的经济效益。如果农户买了以后专门从事嫁接苗的生产，则可大大减少对人工的依赖，专门从事嫁接苗的生产，从而保证瓜类作物的季节性要求，同时也能通过生产嫁接苗产生巨大的经济效益。将传统蔬菜手工嫁接方式，升级改造为机械自动嫁接，大大提升蔬菜生产技术水平，加速蔬菜生产机械化进程，提高蔬菜生产综合能力；减轻农民劳动强度，改善劳动者的工作环境，提高工作效率，降低生产成本，促进农业增效，农民增收；对机械化蔬菜嫁接技术的示范推广，可带动起我省蔬菜种植户，提高种植积极性，扩大种植面积，促进我省蔬菜这一优势产业的健康发展，改变“面朝黄土背朝天”的传统生产方式，让农民也能挺起腰，这也符合建设社会主义新农村的时代要求。因此该项目的实施有很好的成果推广应用前景，广阔市场前景，同时具有很好的经济、社会效益。五、项目实施进度方案研究方案如下：（1）分析研究各种嫁接方法适应性，确定自动嫁接装置的嫁接方式，根据要求拟采用斜插法嫁接方案，装备的设计与参数确定以此为依据进行；（2）以浙江省目前迫切需要解决的、量大面广的西瓜为对象，研究中要充分考虑其它蔬菜的通用性，以便今后使用对象的扩展；（3）研究适合于瓜类蔬菜的自动嫁接装备，对嫁接用苗的夹持、砧木生长点切除、砧木打孔、穗木和砧木对接等关键技术进行突破，分析研究对这些技术