我国穴盘苗移栽处于人工取苗半自动栽苗水平,研发结构简单、功能精良并适于当地育苗生产的取苗装置是实现穴盘苗全自动移栽的关键。目前,国内尚无法设计出能够实际生产应用的自动移栽机,主要原因是机构设计中取苗爪与钵体互作规律不清,穴盘苗的生物力学特性数据短缺,机构设计与育苗工艺不相结合,严重制约着自动移栽机的发展。针对这些制约因素,本研究主要完成以下工作：(1)研究了穴盘苗脱盘力学规律和钵体抗压力学行为。研究发现穴盘苗脱盘过程是钵土与幼苗根系相互牵动摆脱孔穴粘附的过程,对穴盘苗的夹取作用主要用于克服钵体与穴孔之间建立的粘附力,当使用128穴盘育苗移栽时,沿垂直穴孔方向取出穴盘苗的夹取力约为1.94N。钵体的抗压力与变形呈非线性变化规律,抗压力随着压缩变形的增大先缓慢增大再显著增大。在平板压缩过程中,钵体无明显的屈服破坏点,其压缩破坏特征是从钵体盘根稀疏的区域开始,逐渐扩大破碎度。在弹塑性方面,随着压缩变形的增大,滞后损失Ep、抗压峰值力Fmax均增大,弹性度rε减小,并且穴盘苗钵体压缩加载变形越大,其塑变能力越强,具有一定的可塑性,可以使用夹取针夹持钵体而不破坏其整体性。利用Burgers模型能有效表征穴盘苗钵体的压缩蠕变特性,利用二单元Maxwell模型能有效描述穴盘苗钵体的力松弛特性,获得了对应的粘弹性参数,并分析了压缩加载蠕变和力松弛规律。对于穴盘苗自动移栽而言,其流变学特性影响微弱,可以不加考虑。通过试验测试方法对比分析了多种穴盘苗的力学特性,研究发现不同蔬菜穴盘苗处理间的脱盘力无显著性差异,不同穴盘苗钵体的抗压力与变形关系均遵从非线性曲线,都没有明显的线弹性。(2)基于对穴盘苗脱盘力、夹取针插入钵体拉拔的摩阻特性以及钵体抗压力分析,建立了穴盘苗的脱盘力FL、钵体抗压力F、压缩加载的面积AY与夹取针的插入角度α、夹持变形角△α、夹持钵体的面积AJ、钵体夹持变形量x之间的数学关系。利用建立的夹取参数设计关系,结合穴盘苗力学特性试验数据,设计完善了一种适应穴盘苗力学特性的自动取苗末端执行器。试制物理样机,进行了自动取苗夹持力测试。测试结果表明,夹持力测试数据与理论计算数据无显著性差别,从而检验了理论设计的可靠性。(3)利用正交试验法研究了不同制钵参数对苗钵抗破碎性的影响,优选出适合机械化移栽的番茄穴盘苗制钵工艺条件。当育苗基质配比按草炭：珍珠岩：蛭石为2：0：1配制,填充量为28.6m1(1.3倍穴孔容量),含水率为65%±2时,所生产的番茄穴盘苗钵体结构性最好。利用多目标优化方法综合评价出不同基质生产黄瓜穴盘苗的幼苗生长质量和钵体力学质量等级特性,当草炭：水苔：珍珠岩：蛭石混合基质的体积比为2：1：1：1时,黄瓜穴盘育苗在幼苗生长、钵体力学特性、生产成本等多方面表现最优。(4)研究了钵体的弹性模量等工程特性,建立了穴盘苗钵体夹取刚柔耦合有限元模型。与实际加载测试对比,验证了模型的正确性。通过单片针和两片针模拟计算,在同样的夹持作用下,对于结构特性一致的穴盘苗钵体,单片针夹持作用钵体产生的最大VonMises应力是两片针夹持作用钵体的1.31～1.70倍,表明单片针夹持作用要求较高的育苗工艺条件,多针夹持作用有利于苗钵成功夹取。进一步模拟两片针不同夹持角度、力度和深度对钵体材料结构特性影响,结果表明夹取针以沿着穴孔壁方向深入插进钵体保持2～3N的夹持力度能有效夹持钵体来实现低应力应变取苗。(5)设计了一种新型温室用两指四针钳夹式夹钵取苗自动移栽机器人,利用直线模组驱动末端执行器往复于来源盘和目标盘,利用无杆气缸单元驱动末端执行器下放和上升进行取苗、栽苗操作,对穴盘苗的夹取操作采用气动两指四针钳夹式夹钵取苗方法,通过两根机械手指伸出四根夹取针插入苗钵再合拢夹紧苗钵取苗,通过两根机械手指放松苗钵再回缩夹取针脱离苗钵投苗,并提出了一种穴盘平直输送幼苗挠弯夹取的方法,工作原理是先将待移栽的穴盘苗幼苗植株挠弯,再夹取,可有效减少伤苗、带苗等现象。(6)针对所开发的温室穴盘苗自动移栽机器人,对取苗机械臂往复移位控制采用步进电机开环控制系统,对来源盘/目标盘输送采用激光光电开关检查到位信息的步进电机闭环控制系统,对系统气动回路控制采用以到位传感器的检测信号为触发信号启动下一执行气缸动作的多路开关状态检测与控制结构。同时对控制系统硬件和软件进行了合理规划,并进行系统的优化与配置。(7)试制样机,进行穴盘苗自动取苗移位性能试验研究。对取苗移位进行检测,从移栽时间上看,对于128穴盘,每移栽8株苗,平均运行时间为23.579s,则移栽效率达到为20.36株/分钟,对于72穴盘,每移栽6株苗,平均运行时间为21.065s,则移栽效率为17.09株/分钟,针对所用两种穴盘的规格尺寸,128、72穴盘自动取苗移位的平均值分别为32.1086mm、42.5866mm,标准差分别为0.5026、0.4047,统计分析结果显示128/72穴盘实测取苗移位间隔与设计穴孔间隔无显著差别。对取苗力学特性进行测试,取苗成功所需平均夹持力约为3.32N,标准偏差为0.009,取苗成功与取苗失败的平均夹持力相差1.54N。研究发现在提升末端执行器拔苗脱盘过程中,随着末端执行器上提移位,夹取针夹持苗钵挣脱穴盘孔穴粘附有3次夹持力松弛,表明穴盘苗钵体脱盘过程是一个逐步松脱粘附的过程,并且在理论设计夹持力的基础上提高30%工程安全因数,可以有效达到取苗力要求。以取苗成功率为考核指标,设计多因素正交试验,对影响取苗效果的园艺和机械因素进行分析,结果表明苗钵含水率对取苗成功率有高度显著影响(p<0.01),夹取角度有显著影响(0.01<p<0.05),而其它所考虑的试验因素没有显著影响(p>>0.05)。进行温室穴盘苗移栽生产,多种穴盘苗取苗移栽成功率高达到93.87%,取苗效果满意。