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第 30 卷 第 5 期 农 业 工 程 学 报 Vol 30 No 5 28 2014 年 3月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Mar 2014 面向立柱栽培的机器人移栽苗序与路径分析 刘继展 1 刘 炜 1 毛罕平 1 李萍萍 2 1 江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室 镇江 212013 2 南京林业大学森林资源与环境学院 南京 210037 摘 要 为有效提高穴盘苗向立柱自动移栽的作业效率 以自主开发的螺旋式栽培立柱及其配套移栽机器人系统 为对象 进行了无碰撞最短路径设计 进而对不同取苗 栽植方案的路径长度差异及其影响因素进行了分析 研 究表明 面向立柱移栽时 单穴盘对 1 m 立柱移栽的累计路径长度差异在 25 以上 取苗顺序对路径长度具有重 要影响 其中 让苗 现象是造成累计路径长度差异的主要因素 立柱栽植顺序对路径长度的影响随立柱高度增 加而显著增大 对 3 m 立柱移栽时 16 类取苗方案的自上至下植苗平均累计路径长度比自下至上高 9 83 稳定最 优方案分别为最近相邻法和近端开始同向逐行或逐列取苗 自下至上栽植方案 研究成果对实现高效的立柱自动 移栽具有积极意义 关键词 农业机械 机器人 栽培 移栽 立柱 苗序 路径 doi 10 3969 j issn 1002 6819 2014 05 004 中图分类号 TP242 文献标志码 A 文章编号 1002 6819 2014 05 0028 08 刘继展 刘 炜 毛罕平 等 面向立柱栽培的机器人移栽苗序与路径分析 J 农业工程学报 2014 30 5 28 35 Liu Jizhan Liu Wei Mao Hanping et al Analysis on picking plant sequence and route of transplanting robotic for column cultivation J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Transactions of the CSAE 2014 30 5 28 35 in Chinese with English abstract 0 引 言 立柱式栽培因其可以充分利用竖直空间以大 大提高单位土地面积产出 1 7 而得到了持续的研究 与推广 但是竖直高大立柱的人工栽培管理难度极 大 已成为严重影响其进一步推广普及的关键瓶颈 问题 而立柱栽培的移栽等作业自动化技术成为其 未来发展的必然选择 刘继展等 8 11 提出了立柱移 栽自动化生产模式 并进行了立柱栽培配套移栽机 器人系统的开发 无碰撞最短路径规划是机器人 加工 物流等 领域提高作业效率的重要课题 12 15 对于穴盘苗自 动移栽中路径始末点不断变化下的频繁重复作业 移栽机器人取苗 栽植顺序的合理设计与无碰撞最 短作业路径规划对提高移栽作业成功率和效率具 有决定性的作用 16 17 Ting K C 等 18 20 对移栽机 器人与育苗穴盘 栽植穴盘的布局关系和作业流程 进行了比较选优 Kutz L J 等 21 也对不同穴盘的布 局模式进行了比较分析 钱中方等 17 对机器人移栽 收稿日期 2013 09 27 修订日期 2013 12 23 基金项目 中国博士后科学基金项目 2012M521013 江苏省高校优 势学科建设工程资助项目 PAPD 作者简介 刘继展 1976 男 河北衡水人 博士 副研究员 主 要从事农业机器人方面的研究 镇江 江苏大学农业工程研究院 212013 Email liujizhan 中取苗和栽植的苗序进行了规划分析 胡敏娟等 22 对移栽机器人取苗动作方式和移栽路径进行了分 析 杨丽等 23 24 则对组培苗移植机器人的末端轨迹 进行了规划 但是当穴盘秧苗向竖直方向伸展的立 柱移栽作业时 由平面路径规划变为 3D 空间的路 径规划问题 并呈现与立柱特征的紧密相关性 目 前尚未见相关研究 为此 本文在自主开发的螺旋式栽培立柱及其配 套移栽机器人系统基础上 进行了穴盘苗立柱移栽的 无碰撞最短路径设计 进而对不同取苗 栽植方案的 路径长度进行了比较 并对其影响因素进行了分析 1 系统介绍 螺旋式栽培立柱结构如图 1 所示 与常见的叠 盆式栽培立柱不同 螺旋栽培立柱具有连续的螺旋 栽培槽 25 从而由少数栽植孔拓展为连续栽培空 间 在大大提高空间利用率的同时 也极大得方便 了自动化作业 螺旋栽培立柱配套的移栽机器人由 PRRR 式机 械手 电磁铁驱动插针式末端执行器 翻转式自动 供苗装置和轨道式自主移动平台构成 穴盘苗向螺 旋栽培立柱的自动移栽作业时 自主移动平台沿轨 移动并定位于待栽植立柱位置 立柱通过周期性间 歇转动将螺旋栽培槽的对应栽苗位调整至面对穴 第 5 期 刘继展等 面向立柱栽培的机器人移栽苗序与路径分析 29 盘和机械手方位 机械手完成穴孔 栽植位定位与 穴孔 栽植位间的秧苗移送 并由末端执行器完成 取苗与栽植任务 每一穴盘秧苗取毕 自动供苗装 置将空穴盘翻转至后侧 同时下一穴盘到达作业位 置 每一立柱栽植完毕 自主移动平台沿导轨运动 至下一立柱位置继续栽培作业 通过上述多部件的 协同作业 实现对温室立柱群的自动移栽管理 1 轨道式自主移动平台 2 翻转式自动供苗装置 3 电磁铁驱动插针 式末端执行器 4 螺旋式栽培立柱 5 滑轨臂式移栽机械手 1 Rail mounted autonomous vehicle 2 Turning seedling supply device 3 Double needle electromagnet driven end effector 4 Spiral cultivation column 5 Slide arm type manipulator 图 1 螺旋栽培立柱与配套移栽机器人样机 Fig 1 Prototype of spiral cultivation column and matched transplanting robot 2 移栽路径构成及优化原则 穴盘苗向立柱的自动移栽作业时 由于取苗位 和栽植位的不断变换 末端路径亦不断变化 频繁 往复移栽中末端的累计路径长度对其作业效率具 有决定性的影响 而累计路径长度不仅取决于取苗 位与栽植位之间的路径最优化 还与取苗和植苗顺 序直接相关 2 1 自动移栽动作流程与路径构成 完成穴盘苗对立柱的自动移栽作业 每一周期 末端执行器应顺序完成下述动作流程 1 从穴盘相应穴孔夹持苗坨上升 2 运送苗 坨到立柱螺旋栽培槽内的栽植位 3 将苗坨栽入 4 上升离开 5 返回下一取苗位 6 下降取苗 每周期末端的移栽行程包括步骤 1 3 返 回行程包括步骤 4 6 二者均分别由取苗升降 路径 a 植苗升降路径 b 和取苗位与栽苗位之间的 输送路径 c 所构成 图 2 路径关键点 各步骤及 路径组成的关系为 注 A ij 为取苗底点 B ij 为取苗顶点 C ij k 为中间点 D k 为植苗顶点 高 于 B ij E k 为植苗底点 D k 为植苗顶点 低于 B ij E k 为植苗底点 a 为取苗升降路径 b 为植苗升降路径 c 为取苗位与栽苗位之间的输送 路径 p 为螺距 s 为安全距离 h 为秧苗高度 Note A ij is pick bottom point B ij is pick top point C ij k is middle point D k is plant top point higher than B ij E k is plant bottom point D k is plant top point lower than B ij E k plant bottom point a is pick up down route b is plant up down route c is transport route from pick top point to plant top point p is screw pitch s is safe distance h is height of seedlings 图 2 末端轨迹的构成与轨迹关键点 水平视图 Fig 2 Path constitution of end effector with key points level view 2 2 无碰撞最短路径设计原则 在移栽作业动作流程中 每周期的植苗位升降 路径 b 不变 而取苗位升降路径 a 取决于机械手和 夹持苗坨的末端执行器是否与其他待取秧苗发生 碰撞 取苗位与栽苗位之间的输送路径 c 则随取苗 位 植苗位的坐标变化和输送路径设计而不断变 化 因而无碰撞最短输送路径的设计 取决于取苗 位升降路径 a 和输送路径 c 的优化 2 2 1 避障空间与输送路径最优原则 每一移栽周期的植苗位水平位置固定而竖直 位置不断变化 如图 3 当植苗顶点 D k 高于取苗顶 点 B ij 时 2 点间的直线输送路径为最短 当植苗顶 点 D k 的位置低于取苗顶点 B ij 时 输送路径必须在 避免末端执行器与穴盘的碰撞的可行空间内选取 图 2 因此需在该空间内确定一路径中间点 C ij k 根据路径最短原则 1 中间点 C ij k 与取苗顶点 B ij 高度一致 并距 穴盘右侧边缘安全距离 s 2 中 间点 C ij k 位于距穴盘右侧边缘安全距离 s 的 竖直平面与经过 B ij D k 的竖直平面的交线上 图 3 注 C ij k 为输送路径的中间点 R 为植苗顶点 D k 距中心轴线的距离 e 为穴盘穴孔距 A 11 为起始取苗底点 Note C ij k is the middle point of transport route R is the distance from plant top point D k to the central axis e is the pitch of plug holes A 11 is the initial pick bottom point 图 3 立柱移栽布局俯视示意图 Fig 3 Layout diagram of seedling transplanting to column 农业工程学报 2014 年 30 2 2 2 让苗 问题与升降路径 如图 2 3 所示 当每一周期的输送路径 c 中 不存在秧苗时 按照自穴孔内取苗所需的末端最短 位移确定取苗位升降路径 a 0 而当输送路径 c 中需 途径其他有苗穴孔 则需考虑秧苗高度 h 决定取苗 位升降路径长度 a 0 h 以避免末端与秧苗的碰撞 3 系统布局与路径长度 3 1 布局与坐标关系 3 1 1 立柱植苗位坐标 由图 2 每相邻 2 个栽苗位的高度差为 22 2 pRplh 1 式中 h 为每相邻两栽苗位的高度差 mm p 为 螺旋栽培立柱螺距 mm R 为植苗顶点 D k 距中心 轴线的距离 mm l 为沿螺旋线栽植的苗距 mm 以立柱底部中心位置为坐标原点 以螺旋立柱 最低植苗定点为基准点 D 1 则第 k 个栽苗位 D k 的 坐标为 0 1 x yz R k h 2 根据样机规格 p 300 mm R 100 mm 同时 l 150 mm 如每立柱可栽植株数为 w 则由式 1 及式 2 可得 h 64 7 mm D k 的坐标为 100 0 64 7 k 1 其中 1 k w 3 1 2 穴盘取苗位坐标 由图 3 以 A 11 的穴孔中心为基准点 则无让苗 和有让苗情况下的各取苗顶点 B ij 坐标分别为 1 1 0000 azejyeixzyx 3 00 00 1 1 x yz x i ey j ez a h 4 式中 x 0 y 0 z 0 为 A 11 为穴孔中心坐标 mm e 为穴 盘穴孔距 mm 以穴盘规格为 8 行 16 列 e 33 5 mm A 11 的 坐标为 430 110 450 a 0 为 30 mm h 为 150 mm 则由式 3 式 4 各取苗顶点 B ij 的不让苗和让 苗坐标分别为 430 33 5 i 1 110 33 5 j 1 480 和 430 33 5 i 1 110 33 5 j 1 630 其中 1 i 8 1 j 16 3 2 路径长度 每一移栽周期的移栽行程与返回行程路径长 度分别为取苗升降路径 a 植苗升降路径 b 和输送 路径 c 之和 Labc 5 由式 2 和式 3 式 4 分别当 00 1 z ahkw 6 或 00 1 z ah hkw 7 时 无让苗和有让苗情况下的输送路径分别为相应 取苗顶点 B ij 和植苗顶点 D k 的直线距离 ij k cBD 1 i 8 1 j 16 8 而分别当 00 11 kzah 9 或 00 11 kzahh 10 时 无让苗和有让苗情况下的输送路径分别为相应 取苗顶点 B ij 中间点 C ij k 和植苗顶点 D k 之间的折 线距离 ij ij k ij k k cBC CD 1 i 8 1 j 16 11 其中无让苗和有让苗情况下的中间点 C ij k 的坐 标分别为 00 0 0 1 1 yjexsR x yz x s z a xieR 1 i 8 1 j 16 12 00 0 0 1 1 yjexsR x yz x s z a h xieR 1 i 8 1 j 16 13 根据样机规格 式中安全距离 s 取为 88 mm 根据式 5 式 13 和取苗 栽植的顺序 分别计算得到每一移栽周期的移栽行程与返回行 程路径长度 进而得到不同取苗 栽植方案下的累计 路径长度 4 取苗 栽植顺序方案 4 1 逐次取苗 栽植方案 分别以穴盘不同端为起始点 逐列与逐行进行 蛇形与同向逐次取苗 建立穴盘取苗的 16 类取苗 方案 图 4 图 5 各方案的标号与图号对应 分 别取沿立柱自下至上或自上至下逐次植苗顺序 则 共得到 32 类逐次取苗 栽植的苗序方案 4 2 最近相邻法 旅行商问题 travelling salesman problem TSP 最自然 直观的求解方法是最近相邻法 在穴盘苗 对立柱的移栽问题中 在到达每个穴孔时 搜寻找 出路径最短的立柱植苗点 在到达每个穴孔立柱植 苗点后 则搜寻找出下个路径最短的穴孔 对依最近相邻法所确定的取苗 栽植方案 按照 上述最短路径设计原则进行移栽累计路径长度的 计算 第 5 期 刘继展等 面向立柱栽培的机器人移栽苗序与路径分析 31 起始取苗穴孔 Initial pick point 取苗顺序 Pick sequence 让苗 Avoidance 不让苗 Non avoidance a 取苗方案 4a a Pick sequence 4a b 取苗方案 4b b Pick sequence 4b c 取苗方案 4c c Pick sequence 4c d 取苗方案 4d d Pick sequence 4d e 取苗方案 4e e Pick sequence 4e f 取苗方案 4f f Pick sequence 4f g 取苗方案 4g g Pick sequence 4g h 取苗方案 4h h Pick sequence 4h 图 4 蛇形取苗顺序及其让苗情况 Fig 4 S shape seedling pick sequence and corresponding seedling avoidance 起始取苗穴孔 Initial pick point 取苗顺序 Pick sequence 让苗 Avoidence 不让苗 Non avoidance a 取苗方案 5a a Pick sequence 5a b 取苗方案 5b b Pick sequence 5b c 取苗方案 5c c Pick sequence 5c d 取苗方案 5d d Pick sequence 5d e 取苗方案 5e e Pick sequence 5e f 取苗方案 5f f Pick sequence 5f g 取苗方案 5g g Pick sequence 5g h 取苗方案 5h h Pick sequence 5h 图 5 同向取苗顺序及其让苗情况 Fig 5 Equidirectional seedling picked sequence and corresponding seedling avoidance 5 结果与分析 5 1 最近相邻法 的取苗 栽植方案 分别对 1 2 和 3 m 高度的立柱移栽 利用最 近相邻法搜寻得到了相应的取苗 栽植顺序 其中 1 m立柱的穴盘取苗和立柱植苗顺序分别如图 6a和 表 1 所示 2 和 3 m 立柱的穴盘取苗顺序则分别如 图 6b 和图 6c 所示 5 2 取苗顺序及 让苗 的影响 让苗 会造成周期路径长度的增加 由图 4 与图 5 可以看出 不同取苗方案对于 让苗 问题 的出现频率具有决定性的影响 以对 1 m 高立柱的 移栽为例 最近相邻法 取苗方案始终保证与下 一植苗位的最短路径 因而不存在让苗 在逐次取 苗各方案中 5a 和 5e 2 类取苗方案不存在让苗 而 取苗方案 4c 4g 5d 5h 则除基准穴孔 a 11 外 全 部出现让苗 在图 7 所示让苗次数与累计路径长度关系图 中 32 类取苗 栽植方案集中分布于 3 个不同区域 其中 区各方案无让苗现象 累计路径长度在 200 m 左右 区各方案出现 56 60 次的让苗 累 计路径长度在 220 m 左右 区各方案绝大部分穴 农业工程学报 2014 年 32 孔均需让苗 累计路径长度上升为 240 m 左右 a 对 1 m 立柱移栽 a Transplanted to one meter high column b 对 2 m 立柱移栽 b Transplanted to two meter high column c 对 3 m 立柱移栽 c Transplanted to three meter high column 注 图中正文数字为立柱号 下标为对每一立柱移栽的穴盘取苗顺序号 Note The regular figures are column numbers and the subscript figures are seedling picking ordinals to certain column 图 6 最近相邻法搜寻的穴盘取苗顺序 Fig 6 Seedling picked sequence by nearest neighbor algorithm 表 1 最近相邻法搜寻的立柱栽植顺序 1 m 立柱 Table 1 Planting sequence on column by nearest neighbor algorithm one meter high column 立柱号 Column no 植苗顶点编号 Plant top point 1 2 3 4 5 6 7 8 D 16 15 14 14 13 13 13 13 13 D 15 13 12 12 12 11 11 11 11 D 14 11 10 10 10 10 10 9 9 D 13 9 9 8 8 8 8 8 8 D 12 7 7 7 7 6 6 6 6 D 11 5 5 5 5 5 5 5 5 D 10 3 3 3 3 3 3 3 3 D 9 1 2 2 1 1 1 1 1 D 8 2 1 1 2 2 2 2 2 D 7 4 4 4 4 4 4 4 4 D 6 6 6 6 6 7 7 7 7 D 5 8 8 9 9 9 9 10 10 D 4 10 11 11 11 12 12 12 12 D 3 12 13 13 14 14 14 14 14 D 2 14 15 15 15 15 15 15 15 D 1 16 16 16 16 16 16 16 16 注 表中数字为立柱栽植顺序号 Note Figures in this table are planting ordinals on certain column 注 图中 为 32 类取苗 栽植方案所集中分布的 3 个不同区域 Note in this figure represent three different distribution areas of thirty two pick plant sequences 图 7 单穴盘的让苗次数与累计路径长度关系 Fig 7 Relation between seedling avoidance times and accumulated route length 5 3 植苗顺序的影响 对逐次移栽各方案 分别沿立柱自上至下与自 下至上进行栽植 对累计路径长度的影响随立柱高 度的增加而变大 如表 2 对 1 和 2 m 高立柱移栽 时 16 类取苗方案的平均相对偏差分别仅为 0 73 和 1 41 而对 3m 立柱移栽时 16 类取苗方案的 平均相对偏差达到 9 83 自上至下植苗的路径长 度明显高于自下至上的植苗顺序 表 2 植苗顺序对累计路径长度的影响 Table 2 Effect of plant sequence on accumulated route length m 1 m 立柱 1 m column 2 m 立柱 2 m column 3 m 立柱 3 m column 起始取苗位 Initial location 取苗顺序 Pick sequence 自上 至下 自下 至上 自上 至下 自下 至上 自上 至下 自下 至上 A 11 222 04 223 82 290 86 263 37 385 67 346 69 A 1 16 222 61 223 79 265 63 281 75 385 18 350 67 A 81 247 57 248 07 296 08 287 52 393 10 360 25 A 8 16 蛇形逐行 242 25 242 18 282 41 287 37 392 07 359 60 A 11 228 61 215 37 281 93 266 91 388 70 343 34 A 1 16 213 01 228 51 274 61 273 85 383 39 349 70 A 81 247 67 248 17 290 83 289 50 392 18 361 55 A 8 16 蛇形逐列 240 93 246 04 285 65 288 21 389 28 361 39 A 11 203 24 199 19 266 35 258 00 379 85 336 70 A 1 16 241 94 241 94 290 00 286 83 390 58 360 34 A 81 243 95 241 04 287 64 285 49 394 18 357 58 A 8 16 同向逐行 245 87 249 11 290 84 289 41 390 98 362 11 A 11 201 19 200 80 266 35 257 83 379 13 337 25 A 1 16 240 95 243 08 290 43 283 20 392 90 355 73 A 81 243 75 246 37 288 12 288 16 391 85 361 32 A 8 16 同向逐列 247 26 247 88 290 77 289 55 392 01 361 63 5 4 不同立柱的移栽路径长度 以每穴盘秧苗完成多立柱移栽时 随取苗与栽 第 5 期 刘继展等 面向立柱栽培的机器人移栽苗序与路径分析 33 植顺序的不同 完成不同立柱栽植的路径长度存在 明显差异 如表 3 所示 逐行蛇形取苗向 1m 高立 柱移栽时 由于其逐列由远及近与由近及远的交替 出现 各立柱的总移栽路径长度呈现振荡 而几类 较优方案则呈现各立柱的总移栽路径长度的相对 趋势一致性 表 4 其中最近相邻法与 5e 近端开 始逐列同向取苗方案的路径长度趋势与数值非常 相近 表 3 逐行蛇形取苗的各立柱移栽路径长度 1 m 立柱 Table 3 Route length transplanting to different column for S shape line by line pick sequence 1m column m 立柱 Column 起始取 苗位 Initial location 栽植顺序 Plant sequence 1 2 3 4 5 6 7 8 A 11 自上至下 24 84 28 78 25 30 29 35 25 96 30 10 26 79 30 92 A 11 自下至上 24 14 29 88 24 60 30 47 25 26 31 26 26 10 32 11 A 1 16 自上至下 28 57 25 18 29 04 25 74 29 70 26 49 30 54 27 34 A 1 16 自下至上 29 66 24 35 30 15 24 91 30 84 25 66 31 71 26 51 A 81 自上至下 33 04 31 19 32 11 30 37 31 35 29 72 30 78 29 00 A 81 自下至上 32 56 31 68 31 69 30 80 30 98 30 11 30 44 29 80 A 8 16 自上至下 32 18 32 11 31 22 31 31 30 43 30 69 29 95 24 28 A 8 16 自下至上 31 66 32 56 30 76 31 71 30 02 31 04 29 47 25 03 表 4 较优方案的各立柱移栽路径长度 1 m 立柱 Table 4 Optimal route length transplanting to different column 1 m column m 立柱 Column 起始取 苗位 Initial location 取苗 顺序 Pick sequence 栽植 顺序 Plant sequence 1 2 3 4 5 6 7 8 同向逐行 自上 至下 24 35 24 56 24 82 25 13 25 48 25 88 26 32 26 70 同向逐行 自下 至上 23 84 24 05 24 31 24 62 24 98 25 38 25 82 26 20 同向逐列 自上 至下 18 75 20 49 22 29 24 16 26 06 28 01 29 98 31 45 A 11 同向逐列 自下 至上 18 63 20 39 22 21 24 09 26 01 27 97 29 95 31 55 最近相邻法 18 33 20 38 22 25 24 11 26 04 27 99 29 98 31 49 5 5 立柱高度的影响 立柱高度对累计移栽路径长度具有重要影响 如表 5 对同一取苗 栽植方案 2 和 3 m 高立柱移 栽的累计路径长度分别是 1 m 高立柱移栽的 1 2 1 3 倍和 1 6 1 7 倍 同时对不同高度立柱进行移 栽时 最近相邻法均为最优或近最优方案 而各逐 次取苗 栽植方案则呈现较大变化 表 6 从对立 柱高度的适应性角度 发现除最近相邻法外 近 端开始同向逐行或逐列取苗 自下至上栽植为较 优方案 表 5 不同高度立柱的移栽累计路径长度 Table 5 Accumulated route length for column of different height m 起始取苗位 Initial location 取苗顺序 植苗顺序 Pick sequence plant sequence 1 m 立柱 1 m column 2 m 立柱 2 m column 3 m 立柱 3 m column A 11 222 04 290 86 385 67 A 1 16 222 61 265 63 385 18 A 81 247 57 296 08 393 10 A 8 16 蛇形逐行 自上至下 242 25 282 41 392 07 A 11 228 61 281 93 388 70 A 1 16 213 01 274 61 383 39 A 81 247 67 290 83 392 18 A 8 16 蛇形逐列 自上至下 240 93 285 65 389 28 A 11 203 24 266 35 379 85 A 1 16 241 94 290 00 390 58 A 81 243 95 287 64 394 18 A 8 16 同向逐行 自上至下 245 87 290 84 390 98 A 11 201 19 266 35 379 13 A 1 16 240 95 290 43 392 90 A 81 243 75 288 12 391 85 A 8 16 同向逐列 自上至下 247 26 290 77 392 01 A 11 223 82 263 37 346 69 A 1 16 223 79 281 75 350 67 A 81 248 07 287 52 360 25 A 8 16 蛇形逐行 自下至上 242 18 287 37 359 60 A 11 215 37 266 91 343 34 A 1 16 228 51 273 85 349 70 A 81 248 17 289 50 361 55 A 8 16 蛇形逐列 自下至上 246 04 288 21 361 39 A 11 199 19 258 00 336 70 A 1 16 241 94 286 83 360 34 A 81 241 04 285 49 357 58 A 8 16 同向逐行 自下至上 249 11 289 41 362 11 A 11 200 80 257 83 337 25 A 1 16 243 08 283 20 355 73 A 81 246 37 288 16 361 32 A 8 16 同向逐列 自下至上 247 88 289 55 361 63 最近相邻法 200 58 256 22 337 16 表 6 不同立柱高度移栽的取苗 栽植优化方案 Table 6 Optimal pick plant sequence for column of different height 累计长度递增次序 Accumulated route length increasing sequence 立柱高度 Column height m 1 2 3 4 5 6 7 8 1 5a 最近相邻 5e 5e 5a 4c 4e 4a 2 最近相邻 5e 5a 4a 4b 5e 5a 4e 3 5a 最近相邻 5e 4e 4a 4f 4b 5c 注 表中各方案编号与图 4 图 5 中的图号相对应 表示自下向上植 苗顺序 表示自上向下植苗顺序 农业工程学报 2014 年 34 6 结 论 1 不同取苗方案对于 让苗 问题的出现频 率具有决定性的影响 而 让苗 是造成累计路径 长度差异的主要因素 2 自上至下植苗的累计路径长度高于自下至 上的植苗顺序 对 3 m 立柱移栽时 16 类取苗方案 的平均相对偏差达到 9 83 3 以每穴盘秧苗完成多立柱移栽时 最近相 邻法和近端开始同向逐行或逐列取苗方案的路径 长度具有相对稳定性 4 在对不同高度立柱进行移栽时 最近相邻 法和近端开始同向逐行或逐列取苗 自下至上栽植 为较优方案 5 面向立柱移栽时 取苗与栽植顺序对路径 长度 进而对移栽作业效率具有重要影响 分析发 现稳定最优方案分别为最近相邻法和近端开始同 向逐行或逐列取苗 自下至上栽植方案 参 考 文 献 1 李止正 龚颂福 简易柱式无土栽培法 J 应用与环境 生物学报 2002 8 6 666 667 Li Zhizheng Gong Songfu A simple columnar soilless culture method J Chinese Journal of Applied and Environmental Biology 2002 8 6 666 667 in Chinese with English abstract 2 王久兴 王子华 汪晓云 插管泡沫塑料柱立体无土 栽培系统的研制与应用 J 江苏农业科学 2003 4 50 52 3 龚颂福 李止正 花卉柱式无土栽培 J 植物学通报 2002 19 4 477 483 Gong Songfu Li Zhizheng The columnar soilless cultures CSC of flower plants J Chinese Bulletin of Botany 2002 19 4 477 483 in Chinese with English abstract 4 刘伟 刘增鑫 高效益立柱式无土栽培技术 J 沈阳农 业大学学报 2002 2 31 137 139 Liu Wei Liu Zengxin High efficiency column soilless culture technique J Journal of Shenyang Agricultural University 2002 2 31 137 139 in Chinese with English abstract 5 王法格 项延军 花卉立柱式无土栽培模式及其应用 前景 J 西南园艺 2005 33 2 50 51 6 Ziegler R The vertical aeroponic growing system R Synergy International Inc 2005 7 Wood J Fruitwise HyGro vertical growing system Z OL http testwww agrovista co uk Content TechnicalNews F ruitwise pdf 2013 12 08 8 刘继展 李萍萍 王纪章 自动化叶菜螺旋立柱生产 系统 P 中国专利 CN102696323A 2012 10 03 9 刘继展 李加利 李萍萍 立柱栽培配套的移栽机器 人 P 中国专利 CN102823365A 2012 12 19 10 刘继展 冯上海 刘炜 一种用于立柱栽培的机器人 移栽控制系统及控制方法 P 中国专利 2013101885614 2013 05 21 11 刘炜 面向螺旋立柱栽培的移栽机械手运动规划研究 D 镇江 江苏大学 2013 Liu Wei Study on Motion Planning of Transplanting Manipulator for Spiral Columnar Culture D Zhenjiang Jiangsu University 2013 in Chinese with English abstract 12 李莉 张立明 詹跃东 求解 AGV 路径优化问题的遗 传算法参数优化 J 昆明理工大学学报 理工版 2006 31 4 26 29 38 Li Li Zhang Liming Zhan Yuedong Optimization of parameters of genetic algorithm for agv path optimization J Journal of Kunming University of Science and Technology Science and Technology 2006 31 4 26 29 38 in Chinese with English abstrac