针对现有的温室穴盘苗自动化分选(检测、弃苗)、移栽和补栽系统之间相互独立,造成换盘移栽系统复杂庞大、作业流程复杂冗长,需要高昂的装备投资和庞大的作业空间等重大缺陷,本论文研发了一种符合我国国情的温室穴盘苗智能分选-移栽-补栽一体机,重点攻克了“分选-移栽-补栽集成作业”重大技术难题,在不改变现有移栽系统主体结构与作业流程的基础上,可实现成排移栽的途中无停顿检测分选补栽,有效避免了现有成套化系统的复杂和低效缺陷。本论文开展的研究工作和得到的结论如下:(1)分析了现有自动化分选、移栽和补栽方案的关键不足,提出了基于RGB-D相机的穴盘苗取出位智能检测方案,进而得到了分选-移栽集成布局定位方案,实现了对关键的“未取出”和“损伤”作业信息反馈、克服了现有检测方案仅适用于枝叶无跨界极小苗的限制;并提出了移栽与补栽苗源同盘分区供苗策略方案,得到了分选-移栽-补栽多作业的集成布局定位方案;并进一步设计出了创新的基于途中取出位检测与同盘分区供苗策略的智能分选-移栽-补栽一体机整体方案,此方案在不改变现有移栽系统主体结构与作业流程的基础上,可实现成排移栽的途中无停顿检测分选补栽,能有效避免现有成套化系统的复杂和低效缺陷。(2)为了实现智能分选-移栽-补栽一体机整体方案,设计了源穴盘(育苗穴盘)与目标穴盘(生长穴盘)链式输送机构,其在实现穴盘精确进给的同时还能自动清理穴盘输送面上堆积的土壤;设计了扁平化轻简的多爪移栽机构,其不但能够满足多爪成排移栽的快速作业还实现了与单爪补栽机构干涉空间的最小化;设计了直线-SCARA组合式单爪补栽机构,其即能快速往返于源穴盘与目标穴盘之间又能实现快速灵活协同补栽作业,并对补栽机构中SCARA在扩展模组上正装、吊装和侧装的三种不同方案进行了实际工况下的ADAMS运动学仿真,结果表明正装方案的效果最佳,并对补栽执行机构SCARA进行了运动学分析,通过MATLAB仿真的结果进一步确定了SCARA的工作空间能满足补栽作业的需求;设计了模块化的控制系统,可实现多个作业机构的同步协调运动;试制、组装和调试了各作业机构后,完成了实物样机。(3)围绕实物样机可实现的功能,开展了基于同盘分区供苗与缺苗随机性的特殊移栽-补栽集成作业苗序分析,分析了多爪移栽主作业苗序、补栽空穴的随机性、补栽从作业苗序、移栽-补栽集成作业苗序,得到了最佳的移栽-补栽集成作业苗序,并进一步分析了分选移栽主作业协调控制、补栽从作业协调控制,得到了分选移栽-补栽的主从协同控制策略、智能一体机的详细作业流程。(4)空载运行完成机电系统检测后,进行了源穴盘与目标穴盘输送机构的进行与进盘的定位误差试验,试验结果表明定位精度较高,完全满足作业需求;并进一步进行了移栽-补栽集成作业性能试验,试验结果表明移栽循环为1000次/h时作业效果最佳,补栽后成苗率达到99.33%,对应的换盘移栽效率为5000株/h,完全满足实际换盘移栽作业的需要。