农业信息系统工程结课论文课程名称：农业信息系统工程姓名：吴海洋学号：S1*******院系专业: 工学院农业机械化工程二班学生类别：统招硕士研究生交论文时间：2012年01月04日蔬菜嫁接机器人系统分析（吴海洋工学院农业机械化工程S1*******）摘要：以系统工程思想为指导，对国内外蔬菜嫁接机器人的发展进行了分析对比，以穴盘西红柿苗嫁接机器人为例介绍了蔬菜嫁接机器人的系统组成及其结构关系，同时详细分析了蔬菜嫁接机器人与经济社会的反馈作用机制等，最后阐明了蔬菜嫁接机器人系统发展过程中的基本特征。
关键词：蔬菜嫁接；机器人；系统；关系蔬菜嫁接机器人研究是农业生产发展过程中客观存在的基本现象，是现代化农业机械化的重要内容。
蔬菜嫁接机器人作为农业机械化结构中的重要组成部分，是工业技术与农业技术相结合的产物，是一个边界模糊、因素众多、关系复杂的系统。
应用系统工程的方法对蔬菜嫁接机器人进行系统分析，对于制订蔬菜嫁接机器人发展战略、措施政策和认识制约蔬菜嫁接机器人发展的诸多因素，是不可缺少的内容之一。
1.蔬菜嫁接机器人的发展与组成结构1.1蔬菜嫁接机器人的发展在我国，随着人口的急剧增长和人民生活水平的不断提高，对蔬菜的需求量越来越大，对蔬菜质量的要求也越来越高。
据有关部门统计，2001年以来，各地在调整产业结构时，都不同程度地扩大了蔬菜种植面积。
传统的栽培技术由于受季节性影响很大，蔬菜供应旺季堆积如山，供过于求；淡季则供不应求，严重缺菜。
保护地栽培技术的发展有效地解决了这一矛盾。
温室、大棚等保护地蔬菜栽培以瓜类和茄果类蔬菜最为普遍。
在设施栽培条件下，果类和茄果类蔬菜连作障碍问题日益突出。
连作会使土壤环境恶化，土壤中病虫种类和数量逐茬增多，导致蔬菜生长势头减弱、产量减少、品质下降。
实践证明：解决这一问题最有效的方法是采用嫁接育苗技术。
目前，嫁接栽培已经是黄瓜、茄子、西红柿等果类、茄果类蔬菜栽培实现稳产、高产、优质的重要措施。
人工嫁接操作，技术要求精细，费时、费工、费力、工作效率低。
由机械嫁接取代人工嫁接就变得十分必要。
实现传统农业向现代农业的转变是世界农业发展的必然规律，目前中国正处于从传统农业向现代农业转变的关键时期。
农业的现代化离不开农业机械化，农业机械化则是农业现代化的中心环节。
推进农业机械化进程，对促进新农村建设以及农业与非农业的协调发展，构建和谐社会，具有特别重要的意义。
而蔬菜嫁接机器人是农业机械化发展中的重要内容。
蔬菜嫁接机器人技术，是近年在国际上出现的一种集机械、自动控制与园艺技术于一体的高新技术，它可在极短的时间内，把蔬菜苗茎杆直径为几毫米的砧木、穗木的切口嫁接为一体，使蔬菜嫁接速度大幅度提高；同时由于砧木、穗木接合迅速，避免了切口长时间氧化和苗内液体的流失，从而又可大大提高嫁接成活率。
因此，蔬菜嫁接机器人技术被称为蔬菜嫁接育苗的一场革命。
1.1.1 国外蔬菜嫁接机器人发展经验日本西瓜的100%，黄瓜的90%，茄子的96%都靠嫁接栽培，每年大约嫁接十多亿棵。
从1986年起日本开始了对蔬菜嫁接机器人的研究,以日本“生物系特定产业技术研究推进机构”为主，一些大的农业机械制造商参加了研究开发，其成果已开始在一些农协的育苗中心使用。
由于看到了蔬菜嫁接自动化及蔬菜嫁接机器人技术在蔬菜生产上的广阔前景，日本一些实力雄厚的厂家如YANMA、MITSUBISHI 等也竞相研究开发自己的蔬菜嫁接机器人，嫁接对象涉及西瓜、黄瓜、西红柿等。
总体来讲，日本研制开发的蔬菜嫁接机器人有较高的自动化水平，但是，机器体积庞大，结构复杂，价格昂贵。
90年代初，韩国也开始对自动化蔬菜嫁接技术进行研究，但其研究开发的技术，只是完成部分嫁接作业的机械操作，自动化水平较低，速度慢，而且对砧木、穗木苗的粗细程度有较严格的要求。
在蔬菜嫁接育苗配套技术方面，日本、韩国已生产出专门用于嫁接苗的育苗营养钵盘。
在欧洲，农业发达国家如意大利、法国等，蔬菜的嫁接育苗相当普遍，大规模的工厂化育苗中心全年向用户提供嫁接苗。
由于这些国家尚未有自己的蔬菜嫁接机器人，所以嫁接作业，一部分仍采用手工嫁接，一部分采用日本的嫁接机器人进行作业。
1.1.2 我国蔬菜嫁接机器人现状在中国，农业机器人方面的研究始于20世纪90年代中期，相对于发达国家起步较晚，但是发展很快，很多院校、研究所都在进行农业机器人和智能农业机械相关的研究。
1993年由中国农业大学张铁中教授率先对蔬菜的机械嫁接技术进行了研究，并在1996年通过对国内传统手工嫁接方法与国外自动嫁接技术的分析对比上提出了蔬菜自动嫁接方案，并开发出了应用插接法进行蔬菜嫁接的嫁接装置。
1998年张铁中教授等在以前研究的基础上又成功研制开发出了2JSZ-600型蔬菜自动嫁接机，该机采用PLC控制，实现了砧木和穗木的抓取、切削、接合、固定、排苗等嫁接作业的自动化。
该机在1998年通过了技术鉴定，填补了国内空白，并获得了国家发明专利。
此种嫁接机结构设计新颖、操作简单，对砧木、穗木的适应性强，嫁接性能可靠，各项技术指标都到达了国际先进水平。
山东潍坊市农业机械研究所研制的SJZ-1型蔬菜嫁接机采用靠接法，最高工作效率为310株每小时。
该机的工作原理和外形类似于韩国的自动嫁接机。
1.2蔬菜嫁接机器人的组成结构蔬菜嫁接机器人技术，是一种集机械、自动控制与园艺技术于一体的高新技术。
对于不同种类蔬菜的嫁接，由于植物性状、嫁接法的选择不尽相同，嫁接机器人也复杂多样。
下面就一种穴盘西红柿苗嫁接机器人为例进行分析。
图1.穴盘西红柿苗嫁接机器人的工作流程图穴盘西红柿苗嫁接机器人的结构如下图:电动式执行原件执行机构气动原件气缸、气爪、大口机械夹．．．．传送带装置传送带、主轴、联轴器．．．．．传动装置机构穴电机的选择输出负载扭矩、电机转速．．．．．盘西红柿定位杆、滑道、大口机械夹．．．．．苗嫁接机砧木粗切削装置限位板、隔板、刀架．．．．器切削机构人砧木精切削装置刀、刀架、安装法兰．．．．．插针器结构内管、外壳、内芯．．．．插针装置机构出针器结构限位槽、出针槽．．．．．穗木横向转移手爪、支板、滚轮．．．．．．．．图2. 穴盘西红柿苗嫁接机器人的结构2.蔬菜嫁接机器人与经济社会的作用关系2.1．制约蔬菜嫁接机器人发展的因素在蔬菜嫁接机器人的发展过程中，始终存在着众多因素的制约与推动，这些影响因素有自然的、社会的、经济的、技术的，还有政策等等，综合说来有四个方面。
首先，机电工程技术和经济发展水平，使蔬菜嫁接机器人在机器、能源和资金等物质、技术条件方面具备了实现的可能性。
其次，蔬菜嫁接技术的进步和劳动者素质的提高，使蔬菜嫁接机器人具有良好的使用环境。
第三，社会机制（指生产关系和经济体制）有容纳和刺激蔬菜嫁接机器人发展的条件。
第四，农村产业结构变化和农业生产的发展，农民认为使用机器比使用人畜力更经济、更有效，出现了机械代替人畜力作业的客观需求，它是蔬菜嫁接机器人发展的内在动因。
2.2. 蔬菜嫁接机器人发展的功能蔬菜嫁接机器人并不仅仅被动地接受自然因素和社会经济因素的制约，作为社会生产力的一部分，在与其环境条件相互协调时，至少有以下几方面的功能：一是增强蔬菜生产技术，抢农时、抗病虫害、保产。
二是降低蔬菜嫁接作业成本，提高劳动生产率，有助于实现蔬菜生产规模经济效益，提高单产与质量。
三是直接构成农村某些新兴产业的技术基础，增加收入，提高投入产出比，并提供新的就业机会。
四是促进剩余劳力不断转移，为城乡二、三产业和林、牧、副、渔业综合发展创造新的条件。
五是降低劳动强度，改善劳动环境。
2.3.蔬菜嫁接机器人与经济社会的作用机制蔬菜嫁接机器人的发展一方面支持蔬菜产业结构的调整与合理配置，另一方面又受到了有关经济社会因素的制约，这就反映了技术进步与经济社会发展之间的正反馈作用机制。
嫁接机器人与经济社会的反馈作用关系具体见图3所示。
图3.蔬菜嫁接机器人系统因素作用关系图3.蔬菜嫁接机器人发展的基本特征蔬菜嫁接机器人作为大规模蔬菜生产提高生产率的手段，既离不开产业结构变革的推动，又担负着支持产业结构调整的保证任务。
因此蔬菜嫁接机器人的发展具有以下基本特征。
第一，发展蔬菜嫁接机器人属于发展农业机械化的一部分，农村经济的发展是农业机械化发展的前提，农业机械化的发展需以发展农村经济为中心，以提高经济效益、解放劳动力为宗旨。
第二，蔬菜嫁接机器人的目标是以尽可能小的物化劳动耗费换取活劳动的更大节约，并保证配合各项农业技术措施的实施，实现蔬菜的增产增收。
第三，劳动力是农村经济与蔬菜嫁接机器人协调发展的桥梁。
在一定的蔬菜种植水平下，农业劳动力占劳动力的比例越低，要求的农业劳动生产率越高和蔬菜嫁接的机械化程度越高。
第四，随着蔬菜嫁接机械化程度的提高，机器人性能、劳动者素质、专业化程度和土地经营规模必须与之相适应。
蔬菜嫁接机器人的配备必须建立在技术进步的基础之上。
第五，在当前农村政策和发展形势的前提下，发展蔬菜嫁接机器人应该做到各层次分工合作，引导农民自觉地改变落后的生产方式，从而提高农村生产力。
第六，蔬菜嫁接机器人的发展有利于劳动力转移，且使剩余劳动力在农村内部进行一定的消化。
蔬菜嫁接机器人从减少活劳动和增加产量两个方面提高蔬菜种植的生产率，所节约出来的劳动力则可以向农村生产的广度和深度进军，或从事其它劳动来增加物质财富和精神财富，从而体现蔬菜嫁接机器人在发展农村经济中的根本作用。
蔬菜嫁接机器人的发展是一个以先进的机械化生产方式逐渐代替传统的手工生产作业的过程，其发展进程受到社会、经济、技术、资源、环境等众多因素的影响。
蔬菜嫁接机器人的发展关系到我国农业现代化进程的步伐，关系到和谐社会的构建，因此在当前国家着力解决“三农”问题和大力推进社会主义新农村建设的背景下，借鉴国外蔬菜嫁接机器人发展经验，认真分析我国蔬菜嫁接机器人系统，对提出我国农业机械化制度创新的建议有重要意义，有利于我国农业机械化的快速发展，可为农业现代化和社会主义新农村建设做出贡献。
参考文献：［l］王福林. 农业系统工程. 北京：中国农业出版社，2006［2］陈文贵. 穴盘西红柿苗嫁接机器人的研究. 中国农业大学硕士研究生论文，2006［3］刘超. 农业机械化的系统分析. 江西农业大学学报.2002,（5）：707-710［4］杨丽. 西红柿自动嫁接机机构设计与控制系统研究. 中国农业大学硕士研究生论文，2002。