机械嫁接技术可大幅度提高嫁接速度,满足我国对于蔬菜嫁接用幼苗日益增长的需求。而按照需求培育符合嫁接要求的均匀化幼苗对于机械嫁接的成功率及速率都产生很大的影响。因此,为了实现大规模的全面自动化嫁接,首先需解决多株南瓜幼苗外观特征自动无损检测这一关键问题。本研究以南瓜砧木作为研究对象,设计并研制了南瓜幼苗外观特征检测系统。主要研究内容和结论如下:(1)南瓜幼苗培育研究。为研究环境因素对幼苗的影响,采用正交试验设计、单因素试验、两因素方差分析等方法,研究了催芽温度和浸种时间,光周期,环境温度和光强对幼苗生长的影响。结果表明,浸种时间为12h,催芽温度为30℃时,种子出芽率最佳,达到98%,所用种子发芽总时间为60h;长光周期利于南瓜幼苗的生长。但是光周期越长,南瓜幼苗达到两叶一心时的株高越低;南瓜幼苗培育温度30℃,光强90μmol/㎡·s比较适合南瓜幼苗的培育。最后,通过二阶聚类分析法及机械嫁接标准,对上述试验中的105株幼苗进行分级,将其分为I级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级。参考分级标准及本研究需求确定了该研究的南瓜幼苗的部分培育条件,即选择育苗温度30℃,育苗光强90μmol/㎡·s作为南瓜幼苗培育研究环境,则所需总的育苗时间为10天。(2)南瓜幼苗外观特征检测系统总体方案的确定。根据前期基础试验及相关文献确定出该系统的功能要求,提出了由培育平台、检测机构、密集穴盘机构和控制系统四部分组成的检测系统总体方案。通过方案对比分析确定各部分主要功能分别为,培育平台用于为系统提供满足嫁接要求的检测对象并可根据要求进行环境调控,检测机构用于实现图像采集,密集穴盘机构通过检测机构机械移动,使得两列相邻的穴盘可改变行距,实现有限空间内检测更多列幼苗,穴盘移动由检测机构和密集穴盘配合实现。优选出由三维移动机构驱动图像采集机构进行图像采集和密集穴盘移动的检测机构方案及其对穴盘固定稳定,易实现穴盘移动及加工的带有U型杆的密集穴盘机构。(3)南瓜幼苗外观特征检测装置的设计与试制。首先,依据嫁接南瓜幼苗对温度,光源等环境的要求,试制了基于人工光源的培育平台,为系统提供检测对象和工作空间。其次,基于运动学和几何学,设计了一种通过PLC控制的三维移动机构,机构可以实现X,Y,Z三轴方向的移动。其次,依据嫁接南瓜幼苗外观特征,设计了一种适于高度小于90mm的穴盘幼苗图像采集机构。其次,为了实现多列南瓜幼苗的外观特征检测,设计了密集穴盘机构。其次,将南瓜幼苗外观特征检测装置安装到培育平台内,设计了控制系统硬件电路,编写了控制系统程序。最后,集成了系统,试制了样机。(4)南瓜幼苗外观特征检测系统参数优化与验证试验。首先,进行了图像检测机构部分图像采集速度的确定试验和密集穴盘机构的穴盘移动速度确定试验,对装置的性能进行了优化。结果表明,对图像采集速度进行确定,为50mm/s,此时成功率为100%,保证了该机构可带动CCD相机对南瓜幼苗进行图像连续采集和实时处理。穴盘移动速度为50mm/s时,穴盘移动准确率为99%,满足穴盘移动要求。其次,结合前期确定的培育条件,对多株有苗外观特征检测装置进行了验证试验,试验结果表明该系统在设定的环境下,穴盘移动的平均准确率达到99.9%,图像采集及处理成功率为100%,培育的南瓜幼苗平均株高为69.3±1.9mm,茎粗为3.1±0.2mm,且无弯曲苗,属于I级幼苗,满足嫁接要求。该研究为植物工厂内大规模南瓜幼苗的无损检测提供了技术支持。