臺灣博碩士論文加值系統

現代化的溫室與植物工廠，對於栽培作物生長環境的監控，及作物管理作業與品質的維護，皆已相當程度的機械化或自動化；唯採收作業則仍仰賴大量人工。若採收作業也能機械化或自動化，可提升整體效率及節省人力支出。
而目前的蔬菜採收機大都用於傳統田間採收作業上，缺少可用於蔬菜植物工廠之採收機械。本研究目的即在研究並設計可用於植物工廠的自動化蔬菜採收機構、而以萵苣為對象作物。
在探討現行植物工廠萵苣栽植狀況及人工採收作業的實際情形後，形成設計概念，並以CAD軟體進行機構設計，再進行動態電腦模擬分析驗證此機構之可行性，及探討設計改良方案，以做為進一步雛型機建構的基礎與依據，製作實體自動化萵苣採收機構，並利用植物工廠層架式水耕波士頓萵苣為採收對象，對其自動化採收機構性能作測試與評估。
本研究成功開發出一套植物工廠自動化萵苣採收機構，並採收9盤，共126株層架式栽種之波士頓萵苣做性能測試。結果顯示該機構可完成自動化採收單盤萵苣所須的所有動作，並可連續作業，達成所有設計功能，為一實用機構。
該採收機構對每14株為一層架之萵苣採收成功率平均約為92.85%。採收成功的萵苣平均採收重量可保留量百分比約為64.51%。而結球型萵苣與結球不良型這兩類型的萵苣，採收成功之萵苣中，結球型萵苣採收重量的保留量百分比約為71.97%，結球不良型萵苣採收重量保留量百分比約為54.16%。採收每盤14株萵苣所需時間約為17分40秒，單行萵苣採收時間約為115秒。人工採收每盤時間約為2分鐘。
本採收機構目前對於採收萵苣的成功率、保留量與採收速度，相較於人工採收，其效能仍低於人工採收，但由於本採收機構目前為自行打造之雛型機，故穩定性與精確度遜於專業級加工製造，未來若以較高品質的加工技術打造本機構，應可將本採收機構的採收效能更進一步提高、追上或超過人工採收之效能。

關鍵字：萵苣、植物工廠、收穫機、蔬菜採收、農業自動化

Plant factory cultivation has become a very potential high-technology way of farming for the future, especially for vegetables and special high value crop like herb plants. Although many main operations within plant factory have been automated; crop harvesting are still relied mainly on human labors' manual processes. There seems to be a need for an automatic crop harvesting system for plant factory cultivation. It is thus the objective of this research to develop an automatic vegetable harvest mechanism for plant factory cultivation system. We chose lettuce, a kind of vegetable which is very popular and commonly grown with plant factory cultivation in Taiwan, as the first target crop.
The development started with examining the operational environment and the current harvesting processes to form the design goals and requirements. The automatic lettuce mechanism was then designed, and verified with computer aided design simulation technology using SolidWorks computer software package. A physical prototype mechanism was then built according to the design and put to tests.
Test results showed that the developed mechanism could complete all the operations which were needed to automatic harvest one layer of the plant factory grown lettuce, and could operate continuously. The performance fulfilled the design goals. The average success harvest rate for harvesting one layer, 14 lettuces is 92.85%. It took averaged 115 second to harvest one row, 17 minutes and 40 seconds to harvest one whole layer of the lettuces. The results also indicated that the lettuce outer appearance has significant effect on the rate of harvest retain (usable) weight. Better ball-shape lettuces had better averaged rate retain weight (71.9%) than the non-ball shape ones (54.16%).
Although the operational speed of the developed mechanism is slower than manual harvesting (2 minutes for one layer), which can be improved, it is a practical, feasible automatic harvest mechanism for plant factory cultivated lettuces.

Keywords: Lettuce, Plant Factory, Harvester, Vegetable harvesting, Automation of
Agriculture

目錄 i
圖目錄 iii
表目錄 vi
附錄目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1　前言 1
1.2　研究目的 1
第二章 文獻探討 2
2.1植物工廠 2
2.2 設施層架式立體空間定位 3
2.3 自動化機械於農業上之應用 4
2.4 結球狀葉菜類植物採收機械 5
2.5 波士頓萵苣 7
第三章 機構設計與研製 9
3.1 機構設計 9
3.2 雛型機製作 13
3.2.1 X軸向移動單元 14
3.2.2 X軸向定位及復歸系統 17
3.2.3 收割單元總成 20
3.2.4 收割單元 21
3.2.5 Y軸向移動單元 27
3.2.6傾倒及復位單元 29
3.3 控制系統 32
3.3.1控制介面與電路 32
3.3.2人機介面端 35
第四章 機構測試 37
4.1 電腦輔助設計與作動模擬 37
4.2 手動採收模擬測試 37
4.3 自動控制採收 38
第五章 結果討論 40
5.1 電腦輔助設計與作動模擬結果 40
5.2 手動測試結果 43
5.3 自動連續採收測試結果 45
5.4 自動連續採收運行時間紀錄 52
5.5採收試驗發生之問題 54
第六章 結論與建議 56
6.1 結論 56
6.2 建議 57
第七章 參考文獻 58

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