Google+ 生物產業機械: 移植機械

Friday, July 08, 2005

移植機械

B91611043謝 俊 弘

http://www.visserite.com/plugtechnology/
subjects/Select-O-Mat/index.htm





影像位址: http://www.visserite.com/movies/plugtechnology/
selectomatIII.wmv


技術規格:
 長X寬X高 45X30X20 m
 重量 +/- 400 kg
 功率 1,500W容量限度 +/- 3500 plants/hour

摘要:

在Visser搜尋了許多資料及影片之後,發現了一臺非常有趣的機器,它不僅能夠移植,同時還兼具選別分類的功能,它就是Select-O-Mat III。在Visser網站中,位於Plug technology=>Transplanting=>Select-O-Mat III。使每個目標穴盤達到100%優質均一苗。


(圖一)產品外觀



相關資訊:


這是一個多功能機器系統,它可以對苗進行分類,同時也可以移植,而這些工作是由軌道上的5隻機械手臂來完成的。

Select-O-Mat III的工作過程如下:
來源穴盤放在運輸帶上,然後由一個靈敏度非常高的照相機對苗進行掃描,它可以記錄每株苗的高度、寬度、及葉子的長度,這樣就可以根據先前設定的參數來決定目標穴盤的那些苗需要移植。

五隻機械手臂傳送並把苗移栽到目標穴盤、盆缽或者其他容器。幾乎適合所有規格的穴盤、盆缽。

工作後的成效:每個目標穴盤100%的優質均一苗。

移植作業:


Select-O-Mat III處理移植及選別。我們已經知道了這臺機器的功能,那我們要如何應用這臺機器呢?在整個育苗作業中的那一個步驟會需要它呢?以下是整個育苗作業過程的步驟,移植在整個過程是第二步驟。

  • 1. 育苗
  • 2. 移植
  • 3. 栽培
  • 4. 收穫
  • 5. 收穫後處理

移植之優點:


接著就要問為什麼需要移植呢?為什麼不直接播種呢?到底有什麼好處呢?

  • 容易重建作物之成長環境:避免播種期之氣象災害及病蟲害等不良環境。地、氣溫過高或過低之時期,播種期有強雨顧慮等不良自然氣候條件下,也可進行發芽或培育。
  • 可以獲得更均勻的作物成長:均一的發芽,促進發芽後之初期生長。因細心的管理,可提高發芽率,減少種子的浪費。苗之成長較均一,適合機械化移植作業,移植後作物之管理與收穫作業也較有效率。
  • 本田之生長時間縮短:所以複種指數提高,且提高圃場利用效率。前作結束前,開始下一作之育苗,前作結束後可立即進行移植栽培,提高圃場或溫室的利用效率。
  • 節省播種作業之成本:尤其雜交種子可以節省種子費用。圃場的直播栽培中,成苗期間作物所占面積尚少,故於直播之圃場灑布肥料或除草藥劑時,幾乎將勞力、材料投注在作物以外的裸地,進行育苗則可減少浪費。
  • 節省田間之需水量:容易在苗圃階段辨認與控制蟲害。嫁接、花芽分化或打破休眠等幼小植物階段處理之操作,能確切的實施。
  • 組織培養苗之馴化:於培養瓶內培育之幼小作物,須以接近自然條件之環境管理使順應後,再移植至實際的栽培場地。




圖二. 可清楚看到Select-O-Mat III 可選別分類成三類,在圖片中的最右邊三盤穴盤各別是分類好之品質相同株;最左邊的是來源穴盤,可以清楚看出左右二邊有選別過與原始的品質差別。


圖三. 在軌道上,機械手臂共有五隻。看出三盤穴盤的移動速度不一樣,代表穴盤有在選別,愈多某類品質相同株,則速度愈快。


圖四. 機械取株桿從穴盤下方向上伸,把植株向上頂,上方的機械手臂根據電腦影像判斷,沒有植株之機械手臂向上伸,有植株之機械手臂則用四爪抓牢植株土壤四側,不會傷害植株。由圖中可看出電腦影像判斷無植株之位置部分,會留在原來之位置,前一盤來源穴盤沒有全部取出即是如此。


圖五. 五隻機械手臂整齊劃一的取出植株,經過電腦影像判斷,將要分別地放置至三盤目的穴盤(上方黑色三盤)。


圖六. 機械取株桿向上頂,此時電腦影像系統判讀,後方的機械手臂正在進行前一回合判讀選別的執行,在第一類品質株放置時,只有品質相同株的機械手臂筆直下伸,其他類品質株的機械手臂則向前伸。值得注意的是:來源穴盤(前方白色)一排有十五株,而機械手臂只有五隻,所以一排分三回合作完,機械取株桿第一回合伸出洞口的位置是1、4、7、10、13,第二回合則是2、5、8、11、14,第三回合則是3、6、9、12、15。


圖七. 下放時只有筆直下伸的機械手臂向下伸到穴盤,然後放開植株;向前伸的機械手臂保持向前伸狀態,不會放開植株與向下動作。直至第一類品質株(從後面數過來第三個黑色穴盤)放置完畢,才會執行第二類品質株(後二)的放置,原理相同。第三類品質株(最後面的黑色穴盤)的放置都進行完畢後,再回來抓取植株作下一回合的執行。

作業流程:

來源穴盤送進輸送帶

機械取苗桿第一回合作業,頂起1、4、7、10、13號洞口

高靈敏度的照相機傳送資料至電腦影像判讀系統進行判讀

五隻機械手臂抓取有植株之相對位置,沒有植株或品質不良之相對位置機械手臂則向前伸

電腦影像判讀後,依造每株苗的高度、寬度、及葉子的長度分別地放置至三盤不同品質之目的穴盤,依相對位置置入

進行下一回合選別

討論:

這臺Select-O-Mat III是農業重大的革命,它現在算是移植分類的先驅,可以作到1.5 million Plants/week,大概會有15%的苗會被淘汱。由於挑選出優質的均一苗,可以使作物收穫量增加10%。

現代人講求高品質的食品,而農業技術的提升是不夠的,需要加入新的元素與跨領域的整合。像育苗作業,種子播種至穴盤中,但由於遺傳或是其他變異因素,苗株品質參差不齊,要如何達到高優質均一化的標準?光靠傳統農業技術是無法辦到的!我們就會進行篩選,但是人類的效率實在太低,如果由人類來進行選別分類,是不太可能的,因為植株是有時效性的,所以發展出選別移植機。

Select-O-Mat III是這一個概念下的先驅,它是農業與機電整合最好的例子。這也說明要製作出一臺具有選別與移植功能的機器系統是並不是一件容易的事。以前的農業機械大多只有機構上的應用工程,現在的農機已經進步到電的部分,要如何利用電腦影像處理來判讀苗株的大小、質量、葉子長度等,且每株由高靈敏度的照相機記錄十次再傳送至電腦微處理機,五隻機械手臂靈巧地抓取釋放抬升下降等都是不簡單的任務。Select-O-Mat III在2002年發表的新機種,但是這會是未來發展的主流,農業品質如何提昇?農業競爭力如何雄厚?農業產量如何擴大?在未來預測會發展工作能力更強大的機種。

而看了這麼多的影片與機械介紹,發現大部分的機械都在溫室裡操作,這有什麼意義呢?我們可以知道先進國家的農業愈來愈精緻化,效率愈來愈高,作物優質均一化,品質保證,能掌控的因素也變大,風險隨之降低。由於溫室的普及,跟隨發展出許多應用於溫室的農業機械。農業機械也會變的小巧靈活,以及最令人期待的人工智慧系統,在Select-O-Mat III已經看見了雛形。當未來生技產業帶頭之下,農業機電整合勢必會對生技產業有莫大幫助,生技與生機是相輔相成的,有生技帶領向前衝,生機大規模產業化,生技時代的二雙腳已經向前邁進了!

Select-O-Mat III的未來是非常具有潛力的,這是一具有前瞻性的指標,也代表農業機械的突破。

參考資料:

http://www.visserite.com/

http://www.cngreenhouse.com/members/
shagri/product/F/Select-O-Mat.htm


馮丁樹,國立臺灣大學生物產業機電工程學系教授,移植機械
http://140.112.94.11/~dsfon/biomachine/pdf/Bchapter13.pdf 

J. van Egmond ,