随着我国马铃薯种植面积的不断增加，马铃薯组培苗需求量随之增大，但目前马铃薯组培苗生产基本采用人工作业，生产效率低，作业质量不稳定，尤其在组培苗接种作业环节，由于接种量巨大、技术难度高，人工作业效率难以满足组培苗大规模生产要求，因此对自动化接种设备需求非常迫切。为提高马铃薯组培苗接种环节生产效率，减轻人工作业强度，保证接种质量，本研究结合人工接种操作流程、总结现有接种自动化设备研究中存在的不足，提出一种针对组培苗定距栽植、多手并行接种作业模式的新型接种机器人，并结合计算机三维建模技术、流体力学仿真与计算、数学建模、试验验证等方法对接种机器人关键技术进行了研究，主要内容如下：
　　1.本研究针对现有马铃薯组培苗培养容器内组培苗定位识别困难、接种把持手作业空间狭窄等问题，提出组培苗定距栽植生产模式，可实现待接种苗定位捡拾，大大降低机械作业难度；针对单手串行接种作业耗时问题，为提高接种效率，提出多手并行接种作业模式，并完成接种机器人整机方案设计，接种机器人整机由1个待接种苗把持手、3个负压接种把持手、1套茎段分割机构及机器视觉与PLC控制系统组成。
　　2.针对接种机器人中关键机构设计所需作业对象参数，通过机器视觉测量与力学特性测试平台对马铃薯组培苗进行了物理特性测定与分析。获得了马铃薯组培苗生长点间距、株茎径、叶茎径、叶茎长、叶茎角、茎段弯曲偏差及茎段质量，并根据生长点间距分布，确定本研究中接种茎段长度为10mm；在组培苗力学特性方面，获得了马铃薯组培苗弯曲力、塑性形变径向压力、抗弯承载力以及插入培养基阻力。
　　3.提出基于负压气流导向模式的新型接种把持手并进行设计。根据组培苗扦插深度要求及气流导向时组培苗受力分析，对接种把持手吸嘴形式进行初步设计。利用FLUENT软件对完成初步设计的接种把持手吸嘴导向翅角度及吸嘴口宽度进行流场分析，确定接种把持手吸嘴为外径5mm、内径4mm圆管状，前端设置夹角为90°的导向翅，导向翅顶点距离为10mm。
　　4.针对弯曲组培苗的导向作业方法进行试验研究。1）通过接种把持手负压气流对弯曲组培苗的引导性能研究，确定接种把持手负压管路真空度达到9×10-3MPa时，可满足对10mm长度上弯曲偏差在4mm范围内组培苗引导作业；2）以接种把持手负压管路真空度、组培苗与接种把持手吸嘴口间偏差距离及接种把持手相对组培苗固定点的把持高度为影响因素，以弯曲组培苗被吸附至与吸嘴口贴合过程中所需负压引导响应时间为目标，通过三元二次正交旋转中心组合方法建立了负压引导响应时间回归方程，并通过试验验证了其正确性；3）针对正压气流对弯曲组培苗导向作业性能进行研究，结果表明，采用单管正压气流进行组培苗导向，当正压气管内径4mm、接种把持手吸嘴口与正压气管口间距30mm及导向气压为0.15MPa时最高导向成功率为93.3%，采用单管正压气流导向效果不稳定；采用双管正压气流进行组培苗导向，当吸嘴口与正压气管口间距为25mm、导向气压为0.2MPa时，导向成功率可达100%。
　　5.对接种把持手把持性能进行试验研究。1）针对茎段分割作业进行接种把持手把持性能试验，确定当切割刀转速达到7r/s以上时，切割刀进给速度可为0.03m/s，该条件下可使接种把持手对茎段把持成功率达到100%。2）针对茎段扦插作业进行接种把持手把持性能试验，结果表明：对于株茎径为0.6～1.6 mm组培苗，扦插速度应在0.01m/s以下，可保证接种把持手对茎段把持成功率为100%。3）针对接种把持手把持力在茎段扦插作业时难以适应高速扦插问题，在吸嘴口两侧对称增加宽度0.5mm挡片，增加吸嘴口与组培苗间摩擦力，接种把持手把持能力进一步增强。
　　6.构建马铃薯组培苗接种机器人样机并进行综合性能测试。1）对接种把持手运行速度进行测定。结果显示，为保证接种把持手可稳定把持组培苗茎段，接种把持手水平横向最大运行速度为0.1m/s，水平纵向最大运行速度为0.08m/s，竖直方向最大运行速度为0.12m/s。2）对接种把持手接种扦插后停留时间进行测定。结果表明，接种把持手接种扦插后需停留0.45s，以保证管路负压气流效果可完全消除，接种把持手回撤不会对组培苗茎段稳定直立产生影响。3）对接种机器人单循环接种作业过程中各环节成功率及作业效率进行测定。测定结果为：引导作业环节成功率98%，茎段分割作业成功率96%，扦插作业环节成功率98%，综合作业成功率91%。1个接种把持手单循环接种作业时间约为6.5s，即单手串行作业生产率约为550段/h。4）以3个接种把持手并行完成1株具有3个生长点组培苗的接种作业为例进行3手并行作业模式生产率计算，3个接种把持手均完成1个接种循环的总时间为8.5s，即3手并行作业接种生产率可达1270段/h，约为单手串行作业生产率的2.3倍。