生菜作为三大设施水培蔬菜之一,尤其是近年来在国家政府部门的大力扶持下,其种植面积和产值均获得了迅猛的增加。目前关于水培生菜的采收主要依靠人工完成,工作枯燥耗时、劳动强度大而且人工作业成本在不断增加。随着科学技术的不断进步,农业的机械化作业将越来越多地代替人力作业,从而提高现代化农业的作业水平。因此,研究水培生菜的自动化采收具有重要的科研价值和现实意义。本文以玻璃温室中采用深液流技术培育的奶油生菜为研究对象,为了实现生菜的自动化采收,主要进行了以下四个方面的研究:(1)水培生菜物理力学特性及保留不同根部长度对其保鲜效果影响的研究。水培生菜的物理特性参数和力学特性参数是采收装置设计的理论依据,首先通过现场测试和数理统计分析的方法探究其主要物理力学参数的分布情况,包括展开度、重合度、株高、总高、根长、主根长、根茎直径、总质量和去根质量等;其次使用直接干燥法测量了生菜根、茎、叶各部分的含水率情况;然后使用万能试验机探究了根部不同切割部位和不同切割速度下切割力的大小变化情况,从而为根部切割机构设计提供理论依据。本文为了进一步研究水培生菜保留不同根部长度对其保鲜效果的影响,分别从叶绿素相对含量的变化、生菜叶片色泽的变化、失重率和感官品质等四个指标进行分析研究,得出保留生菜的根部长度为9cm时有利于生菜的保鲜。(2)水培生菜自动采收装置总体方案的确定。生菜的采收方式和定植板的输送方式是采收装置设计的关键依据。首先结合人工采收生菜的方式,为了体现生菜的水培特征得出保留生菜部分主根进行采收。其次,针对定植板的输送方式,考虑到连续性采收会对生菜造成较大损伤,从而对间歇式采收的三大组成机构如定植板输送机构、根部切割机构和生菜拔取搬运机构进行详细的分析和方案选取,最终完成自动采收装置的总体设计方案。(3)水培生菜自动采收装置关键部件和控制系统设计。为了实现水培生菜的自动化采收,首先结合采收对象物特点,对采收装置的三大组成机构定植板输送机构、根部切割机构和生菜拔取搬运机构进行关键零部件设计选型、以及各个机构的参数设计与试制。其次,对采收装置的控制系统进行了设计,包括控制系统的硬件选型、软件设计,并根据控制系统的软硬件工作流程进行了软硬件的联机调试运行,调试结果表明:控制系统每21s完成一次采收动作,如果3个循环周期内传感器未检测到定植板则控制系统停止运行,达到控制系统的设计目的。(4)完成水培生菜自动采收装置样机的试制,为了验证样机的采收效果和对参数的进一步优化进行了采收验证试验,试验结果表明:切根成功率为82%,拔取搬运成功率为85%,作业效率为平均7.7s/棵,该试制样机可达到预期设计的目的。