穴盘育苗是一种在温室环境中培育幼苗的技术,广泛应用于蔬菜和花卉等农作物培育,然而由于种子发芽率和生长环境等因素往往会产生空穴或者坏苗的现象,不利于销售或者机械化移栽,因此需要对不合格的幼苗进行剔除和回补作业,目前国内穴盘苗剔补移栽存在人工依赖性强,作业劳动强度大,机械化程度低,综合经济效益不高等问题,随着我国温室穴盘育苗用量的增加,自动化剔补苗技术具有广泛的应用前景。本文以开发适用于穴盘幼苗的自动化低损、高效剔补装置为设计目标,将西兰花幼苗作为研究对象,开发适用于幼苗健康识别和生长位姿判断的图像识别系统,将幼苗分为四种类别,配套设计减少叶片伤害的双侧插拔式末端执行器,开展正交试验得到适合移栽的参数组合,以电机速度、加速度、力矩和末端执行器加速度为约束条件对关节空间进行时间最优轨迹规划,使得Delta机器人能够高速稳定进行剔补苗作业。以下是本文研究的具体内容:（1）搭建密闭的图像采集系统,将获得的穴盘图像采用基于Sobel算子和Radon变换的方法进行倾斜校正和特征提取,再根据双固定阈值分割穴盘框架,并用水平方向和垂直方向的投影法得到穴盘内部的边框,采用HSV色彩空间准确提取出幼苗叶片的图像,为了在移栽过程中减少对于幼苗叶片的损伤,以叶片与穴盘边界的位置关系来判断越界方位,按照生长位姿将穴盘幼苗分成四类,设计开发基于Matlab的“128穴盘幼苗健康识别与抓取方式判断设计软件”,可以通过该软件实现穴盘图像的获取、穴盘的校正分割和边界提取、幼苗的健康识别和越界方向判断的功能,将数据进行保存并进行通讯,将数据传输到寄存器中。（2）设计一种气缸驱动的插拔式末端执行器,苗爪为两片对称分布式,优化尺寸使其满足几何约束条件,同时连接一个往复90度的旋转气缸,满足移栽不同生长位姿幼苗的需求;以子叶期的西兰花幼苗为移栽对象,开展三水平三因素正交试验,以幼苗基质含水率、幼苗苗龄和移栽加速度为因素,按照健康苗苗坨的移栽成功率、基质保持率和劣苗苗坨的移栽成功率、基质取净率进行多指标综合评分处理,通过对试验结果的方差和极差分析表明,基质含水率对试验指标的影响极显著,移栽加速度对试验指标的影响具有显著性差异,而幼苗苗龄没有显著影响,最优组合基质含水率为60%-70%,幼苗苗龄为25天,移栽加速度为30mm/s~2。（3）建立Delta机器人运动学和动力学模型,并对其进行了验证,为提高剔补苗的作业速度,提出一种以时间最优为目标的轨迹优化算法,以电机速度、加速度、力矩和末端执行器加速度为约束条件,采用5次B样条曲线对7个节点构造关节空间运动曲线,利用粒子群、人工鱼群、人工鱼群-粒子群混合优化算法搜索得到最优时间,结果表明了混合算法的收敛速度快,且收敛效果好,能够得到全局最优的时间节点,为了验证优化算法的普遍性,对穴盘上的标准点进行测试,在不考虑末端执行器夹取、松开动作时间的条件下,机器人单次运行时间不超过1.36s,能够胜任剔补苗高速运行的作业任务。（4）对整机进行硬件系统和软件系统搭建,描述剔补苗的移栽策略,通过剔补苗试验得到单次剔补苗平均时间为3.1s和整机移栽效率为2530.3株/h,并开展有无位姿识别判断的幼苗损伤率差距试验,叶片损伤率分别为6.25%和33.59%,验证位姿判断的合理性与必要性,分析了移栽过程中存在的问题,为后续改进明确了方向。