聯盟運作辦公室成立緣由

台灣水稻育苗中心的運作模式，具有世界領先的地位。其機械化以及自動化程度也 日漸提高，但尚未有整體育苗中心自動化模式及技術之整合與建立，部份關鍵工程技術 也亟需仰賴學研機構，以過去奠立之科研技術與學理基礎，加以產學合作，深耕推廣， 使水稻育苗自動化業者具有整場模組化規劃之能力與技術輸出。如此不僅可提升國內水 稻育苗作業自動化程度，亦可輔導相關育苗自動化業者進軍國際市場，為台灣育苗自動 化產業及相關衛星週邊廠商開創一片新契機。本團隊過去已建立一系列水稻育苗作業 自動化之研究成果，將進一步拓廣及深化，將輔導聯盟會員廠商解決目前存在的一 些關鍵性技術與問題，達到具資訊科技之自動化育苗作業系統之模組化規劃與設計。

計畫緣起

台灣水稻育苗中心的運作模式，具有世界領先的地位。其機械化以及自動化程度也日漸提高，但尚未有整體育苗中心自動化模式及技術之整合與建立，部份關鍵工程技術也亟需仰賴學研機構，以過去奠立之科研技術與學理基礎，加以產學合作，深耕推廣，使水稻育苗自動化業者具有整場模組化規劃之能力與技術輸出。如此不僅可提升國內水稻育苗作業自動化程度，亦可輔導相關育苗自動化業者進軍國際市場，為台灣育苗自動化產業及相關衛星週邊廠商開創一片新契機。本團隊過去已建立一系列水稻育苗作業自動化之研究成果，將進一步拓廣及深化，將輔導聯盟會員廠商解決目前存在的一些關鍵性技術與問題，達到具資訊科技之自動化育苗作業系統之模組化規劃與設計。

水稻育苗機械

台灣水稻種植最早是將種子不經育苗直接播種於田間，依土壤含水狀態可分為乾田直播與濕田直播兩種，若依播種方式則可分為撒播、點播與條播。採用直播方式，操作簡單，但受氣候等干擾甚大，水稻種子發芽程度不一，稻穀產量亦不穩定，以後才逐漸改為移植方式栽培。水稻移植栽培，是將種子先育成適當大小的秧苗再移植於田間，此一方法稻作生長整齊，產量高且穩定，另外稻作生長佔用田間時間亦較短，農民可以提升土地的複作指數，有效增加收入，早期移植工作全賴人力進行，直到民國55年(1966)，由日本引進手推式插秧機以後，為配合插秧機之使用，水稻秧苗需育成一定的規格與形狀，此時育苗機械才開始萌芽，民國60年左右(1971)，政府開始輔導設立水稻育苗中心，提供高品質秧苗，以供應插秧機使用，此一制度促使稻作生產機械化快速發展，高峰時間全省水稻育苗中心達1100餘家，供苗面積達30餘萬公頃。

一、水稻育苗機械

(一)露地木框育苗播種機

為配合插秧機所需的秧苗規格，最早使用木箱育苗，苗箱是以木頭製成，木製育苗箱泡水容易變形，體積大且儲存不易。在民國57年左右開始有使用木框育苗，木框育苗是在水稻秧田先鋪設塑膠布或紗網，其上排列木條成框，再依次以人工填土、播種、覆土，民國58年(1969)以後，為提高播種工作效率，開發「手搖式播種機」，此播種機以木框為軌道引導，手搖前進，種子配出軸與接地輪同步，將水稻種子均勻播種於木框之中，其後再由人工覆土。此手搖播種機可稱為水稻播種機械之先驅，屬於一種簡化易機械。

中改型水稻露地木框育苗播種機

水稻露地木框育苗播種機田間作業實況

(二)育苗介質機械

1.土壤粉碎機

民國63年(1974)高雄區農業改良場研發完成高改型土壤粉碎機，並推廣農友使用。該機以電動馬達或汽油引擎為動力源，主要機構有游動齒及振動篩等，每小時碎土量達1公噸以上。經農友使用後有效取代早期利用耕耘機先碎土，再以人工過篩的傳統方法。

2.穀殼粉碎機

水稻箱式育苗以土壤為介質時，每公頃約需1公噸左右土壤，專業化育苗中心進行集中育苗，所需育苗土龐大，為育苗中心經營上一大困難，為解決此一困境，民國67年(1978)台南區農業改良場梁連勝等研發以稻殼混合比約1／3～1／2左右，混和土壤的育苗技術，有效解決水稻育苗所需大量土壤的困擾。其後更研發完成穀殼粉碎機，使箱式育苗之介質可以使用粉碎稻殼全量替代土壤，特別在第一期作氣溫低期，利用粉碎稻殼育苗具有保溫與減少立枯病發生之效果。民國71年(1982)桃園區農業改良場謝森明等亦研製完成桃改型高速打擊式稻殼粉碎機，此外桃園縣蘆竹鄉農會及民雄鄉一家民間工廠，則由日本引進打擊式粉碎機，生產大量粉碎穀殼供應育苗中心使用。

高改型土壤粉碎機

桃改型穀殼粉碎機

                                          

(三)消毒浸種機械

　　為確保水稻種苗日後的成長品質，稻種需進行適當的浸種與消毒，浸種期間稻種應盡量散開，並時常攪拌，以使種子充分吸收萌芽時所需水分並增加消毒效果。傳統育苗中心稻種浸種作業主要採用尼龍網袋盛裝水稻種子，再浸於塑膠水桶或水泥槽中，此種方法操作簡單，但會有消毒浸種不均勻的缺點，因此桃園區農業改良場葉永章等於民國85年(1996)起研究開發全自動稻穀攪拌浸種機，可自動進行給水、排水及種子翻攪作業，近年來又因應水稻有機栽培之需求，花蓮區農業改良場施清田等於民國99年(2010)開發完成連續式稻種溫湯消毒機，使用高溫蒸汽取代藥劑進行稻種消毒。 

定置式稻種浸種池

桃改型稻種自動攪拌浸種機

花改型連續式稻種溫湯消毒機

(四)水稻一貫化播種機

民國64年（1975）水稻一貫化播種機研發完成並開始推廣，水稻育苗開始進入完全機械化的時代。水稻一貫化播種機係以馬達帶動，配合塑膠製育苗箱的使用。操作時首先育苗箱一一排入「輸送帶」上，經「裝土機」使育苗箱內填滿床土，接著由毛刷將床土刮去約0.7cm厚度，「播種機」均勻撒下稻種，然後灑水、覆土，至此播種作業即告完成。水稻一貫化播種機基本上是由數個單一功能的機具組合而成，除了上述核心機具外，農民可以根據其需求，在前端加入自動排箱機，後端也可以加入自動積箱機、自動堆棧機與自動輸送機，將整個水稻育苗流程予以串接，形成一個完全機械化與自動化的系統。

水稻育苗中心播種育苗作業

水稻一貫化播種作業機械

裝土機

播種機

(五)排箱與積箱機械

積箱機

排箱機

二、苗箱堆棧與輸送自動化機械

(一)育苗箱自動疊棧機

完成播種後之育苗箱需集中堆積成疊，保溫催芽，促使每箱種子整齊萌芽，提升種子成活率。為便利搬運及堆積管理工作，水稻育苗中心已普遍將育苗箱堆疊於棧板上。大棧板可堆放240箱。小棧板可堆放120箱。台灣大學與宜蘭大學於民國90年起(2001)開始研製育苗箱自動疊棧機，可自動將播種後育苗箱堆疊於棧板上，使播種達到自動化作業目的，疊棧機每小時可完成2,500個育苗箱的堆疊作業。棧板完成堆疊後，再以堆高機將棧板搬運至催芽區集中管理。

育苗箱自動疊棧機 (一)

育苗箱自動疊棧機 (二)

(二)秧苗箱自動取箱系統

堆積後秧苗幼芽長1~1.15公分，即可移放至綠化場進行綠化及硬化管理。台灣大學與宜蘭大學於民國97年起(2008)開始研發秧苗箱自動取箱系統，可將堆疊於棧板上催芽完成之苗箱自動取出，並輸送至綠化場進行後續之田間綠化管理工作。秧苗箱自動取箱系統由棧板輸送單元、苗箱夾送單元、苗箱排放單元及苗箱排放單元等所組成。棧板輸送單元負責將堆高機運送至棧板輸送到苗箱夾送單元；苗箱夾送單元可自動偵測棧板上到苗箱疊所在位置，再將整疊苗箱夾送至苗箱排放單元；苗箱排放單元以三一疊一疊方式依序排放至輸送帶上。在作業能量方面，以六箱一疊排放作業模式下，每小時可達2,360箱，三箱一疊排放作業模式每小時可達1,380箱。

(三)椼架式輸送系統

椼架式輸送系統俗稱空中輸送機，由台灣大學與宜蘭大學等共同開發，為輸送帶方式的連續運送，桁架依照綠化場長度大小來進行多節串聯銜接，並橫跨於田埂之上，桁架兩端具有驅動輪，以馬達同步驅動做橫向移動，輸送帶做苗箱的縱向輸送。每節桁架均設有開關，可控制所有輸送帶運轉或停止，如此可涵蓋整個長方型或正方型的綠化場。另外台灣大學與宜蘭大學又於91年(2002)完成育苗箱自動卸取機的開發。育苗箱自動卸取機以空中輸送機做為載具，沿著空中輸送機上的軌道前後移動。系統可感測苗箱的運送狀態，來調整輸送速度，將苗箱以縱向方式，自動排列於綠化場。當秧苗長成後，育苗箱自動卸取機可反向操作，將育苗箱收集起來，每小時可完成約1,600箱的排箱或取箱作業。

堆高機棧板搬運作業

椼架式空中輸送機

育苗箱自動卸取機排箱作業

育苗箱自動卸取機取箱作業

(四)自動捲苗機

傳統捲苗作業是以人工進行，極其辛苦。台灣大學與宜蘭大學於88年(1999)完成自動捲苗機之研發，自動捲苗機分為捲苗和捲苗放盤兩個作業單元，捲苗作業單元主要將秧苗從苗箱中捲成蛋捲形狀，主要可分為撥苗、捲苗和捲苗成形等三個動作作業。撥苗係模擬人工捲苗時，先將苗盤一端的秧苗拉起，再將秧苗捲成筒狀後成型。捲苗放盤單元捲好的秧苗，每三個捲苗放在一個苗盤內，以便搬運。

秧苗人工捲苗作業

秧苗自動捲苗機

參考文獻

1. 邱奕志、馮丁樹。1998。台灣地區水稻育苗場搬運作業體系之分析。農業機械學刊 7(1): 45-57。

2. 邱奕志、馮丁樹。2001。秧苗箱自動卸取機之研製。農業機械學刊 10(3): 59-72。

3. 邱奕志、馮丁樹、吳剛智。2009。高效能秧苗箱自動疊棧系統之研製。農業機械學刊 18(1): 1-15。

4. 吳剛智、邱奕志、林永泰、廖俊智。2002。水稻育苗中心輸送桁架之電腦輔助結構分析。宜蘭技術學報工學院專輯 9: 67-80。

5. 施清田。2011。連續式稻種溫湯消毒機之研發。農政與農情 第225期。http://www.coa.gov.tw/view.php?catid=23070。

6. Chiu, Y. C., Y. H. Chu, G. J. Wu. 2013. Development of an automatic tray-discharging system for rice seedlings.  Engineering in Agriculture, Environment and Food (EAEF) 6(1): 27-33.

7. Chiu, Y. C, D. S. Fon, and G. J. Wu. 2006. Development of an automatic transportation system for rice seedling production. International Agricultural Engineering Journal 15(2-3): 43-53.

8. Chiu, Y. C, D. S. Fon, and G. J. Wu. 2006. Development of an automatic pallet handling system for seeded trays. Biosystems Engineering 93(2): 123-138.

9. Chiu, Y. C., and D. S. Fon. 2000. Development of an automatic rolling system for rice seedlings. Journal of Agricultural Engineering Research 76: 149-156.

水稻秧苗箱自動卸取機及自動捲苗機之研發-農業推廣

一. 前  言

在水稻育苗作業中，秧苗之搬運、卸箱、取箱及捲苗作業，需要耗費許多的人力，而且工人彎著腰工作，相當的辛苦。因此本校受行政院農委會委託進行水稻育苗搬運作業自動化系統之研發，以解決現今農村勞力老化及短缺的問題。目前已成功研發出秧苗箱自動卸取機及自動捲苗機，在88及89年度分別辦理一場示範觀摩會，全省育苗中心業者參與踴躍，並對機械性能讚譽頗佳。研發之兩項機械已申請國內發明專利，並辦理技術移轉于民間廠商，進行商品化生產。

二. 秧苗箱自動卸取機

自動卸取機以空中輸送機做為載具，沿著輸送機上的軌道前後移動。入苗時，苗箱由輸送機運送至卸取機，卸取機自動地將苗箱依序排放於田間。出苗時，卸取機則自動地將苗箱從田間拾起，經由輸送機運送至捲苗機，進行自動捲苗，如此整個育苗搬運可達到自動化作業目的。

卸取機可自動感測苗箱的運送狀態，使苗箱排放於田間不會留有縫隙。同時系統亦可自動調整苗箱輸送速度，以達到較高的作業效率。在機械作業時，綠化場亦可同時進行淹灌，不會影響作業性能。苗箱排放採縱向式，每畦排放列數及畦溝寬度，可依農民要求，而改變設定。卸箱速度每小時可達1,000箱，取箱則達1,100箱。

三. 自動捲苗機

捲苗機可將秧苗自動捲成蛋捲般形狀，並將三粒捲苗放置於一個苗箱。捲苗機分為捲苗和放箱兩個單元，以氣壓為驅動系統，利用可程式邏輯控制器進行程序控制。捲苗機每小時的作業能量為362箱，捲苗成功率可達95.2%以上，機器捲苗直徑與人工相差不大，捲苗品質可為農民所接受。由於捲苗作業速率較取箱慢，因此將三台捲苗機並列進行作業，如此每小時捲苗速率可提升至1000箱以上。

四. 推廣成果及效益

過去不管卸箱或取箱作業總是需要5~6個人方可進行工作，對於育苗中心人力安排是一大考驗，而且工作相當辛苦。因此這二項機械設備之成功開發，可以解決育苗中心人力不足的問題。研發之卸取機不僅可應用在水稻育苗上，亦可應用於碗豆苗等清潔蔬菜上。

圖1、自動卸箱作業

圖2、卸箱後秧苗生長情形

圖3、自動取箱作業

圖4、取箱後秧苗送至自捲苗機

圖5、自動捲苗作業

圖6、捲苗成品

圖7、並列式自動捲苗系統

圖8、田間操作示範觀摩會

秧苗箱自動疊棧機之研製

一、前  言

水稻栽培的第一個工作就是育苗，將篩選並完成催芽的稻種，撤播於裝好苗土的秧苗箱上，進行育苗。育苗完成後，再進行插秧。水稻育苗使用之秧苗箱為塑膠製的淺盤，大小為 60 × 30 × 3 公分。目前育苗中心均以一貫化作業設備來自動化完成播種作業，每小時播種作業可達2,000箱以上，作業速度相當快。一貫化育苗播種作業設備乃利用輸送帶連結各作業單元而成，包括排箱機、裝土機、灑水機、播種機、噴葯機、覆土機和積箱機等。積箱機功用係將播種完成之苗箱堆積成疊，每疊約3箱，便利人工搬運。播種後苗箱需堆積約3-5日，保持在高溫、高濕的環境，使種子容易萌芽。種子萌芽後，再將苗箱搬運到田間排放，進行7-15天的綠化作業，使秧苗長成。

目前本省水稻育苗中心大都將播種後之秧苗箱搬運堆疊於棧板上，進行保溫催芽。使用之棧板規格大致有1280×1280mm (大棧板)及1280×640mm (小棧板)等兩種，每個棧板完成堆疊後，再以堆高機進行整個棧板搬運至催芽區集中管理，屬於批次式搬運。待種子冒出苗箱覆土層，再利用堆高機將整塊棧板搬至入苗的供箱區，以人工將苗箱從棧板上搬上輸送帶，送至綠化場內，進行後續的秧苗綠化及硬化工作。

由於播種後之苗箱每個平均重約5kg，人工每次搬運3箱約15公斤，相當辛勞，且需3~5人力來搬運，育苗中心亟盼能有機械來取代人力作業(圖1)。因此本研究在行政院農業委員會的經費補助下，開發一台秧苗箱自動疊棧機，可將播種後秧苗箱堆疊於棧板上，使播種作業達到自動化目的。

圖1、人工堆箱作業

二、疊棧機之設計

本研究配合育苗中心使用的棧板規格，開發兩種樣式疊棧機分別為大棧板型式1280×1280 mm及小棧板型式1280×640mm。大棧板型式可堆放8疊；以每疊30箱，可堆放240箱。小棧板則為大棧板之一半，可堆放4疊，約120箱。設計之疊棧機每次夾取4疊苗箱，夾取之每疊可依需要設定為2-5箱。圖2為小棧板型式之疊棧機，可分為供箱單元、苗箱夾送單元及棧板輸送單元。

2-1. 供箱單元                                                                                                                                        

供箱單元主要由滾筒輸送帶、轉向導桿、水平檔板、導引板等所組成，負責苗箱輸送、轉向、導正及整列用。轉向導桿和水平檔板分別由氣壓缸控制升降，導引板之角度可調整。

堆箱作業時，透過進箱之轉向導桿、導引板及水平檔板，將送入之苗箱由縱向轉90度成橫向 (圖3)，進入夾取等待區。因為夾取部每次夾取四疊秧苗箱，故夾取等待區裝有四個苗箱定位開關，分別感測四疊苗箱是否進入夾取定位。 

圖3、供箱作業

2-2. 苗箱夾送單元

苗箱夾送單元架設於供箱單元與棧板輸送單元上方，裝有一水平移動天車，天車上裝載有夾取部，進行垂直方向移動。藉由水平和垂直的移動，將秧苗箱由供箱單元夾送至棧板上堆疊。水平移動天車利用馬達經由鏈條帶動滾輪，進行前進與後退。

夾取部由升降馬達帶動鋼索，控制夾取部的升降。夾取部的兩側裝有六組線性軸承(35mm×25mm)，使夾取部垂直移動時位置不會偏移。夾取部的開閉由氣壓缸驅動，來夾放苗箱。圖4~6為苗箱夾取、運送與堆疊作業情形。

圖4、苗箱夾取

圖5、苗箱夾送

圖6、苗箱堆疊

2-3. 棧板輸送單元

棧板輸送單元可分為棧板排放及棧板輸送兩部份。棧板排放部負責棧板供應，棧板堆放區可容納8個空棧板的堆疊，藉由感測與程式控制可自動排放棧板於棧板輸送滾筒上。棧板排放使用4只棧板勾與棧板承接板，進行空棧板排放，棧板勾與棧板承接板均由氣壓缸驅動。整疊空棧板於排放區時，利用4只棧板勾分別勾住最下方棧板之4個角落，藉以支撐整疊空棧板。棧板排放時，棧板承接板上升、棧板勾打開，使承接板順利接下一個空棧板，棧板承接板下降，將空棧板排放於輸送滾筒上 (圖7)。當空棧板下降時，棧板勾再度夾緊下一個棧板，完成單一棧板排放作業。

棧板輸送部負責棧板輸送，包括棧板進入苗箱堆放區，以及堆箱完成後，將滿載棧板運送至搬運等待區，等待堆高機將滿載棧板運送至堆積發芽區。棧板輸送部主要由滾筒所組成，並以定位開關及定位板進行棧板定位。當棧板碰觸定位開關時，定位板上升，使棧板定位，準備苗箱堆放作業。一個棧板的苗箱堆疊完成後，輸送滾筒將滿載之棧板送出 (圖8)，再由堆高機將整個棧板運送至堆積發芽區(圖9)。

圖7、棧板排放

圖8、滿載棧板輸送

圖9、利用堆高機搬運完成堆疊之棧板

2-4. 控制系統

秧苗箱自動疊棧機採用可程式控制器配合觸控螢幕，來進行設定、控制與操作。控制系統具有手動和自動控制兩種模式，可由觸控開關選擇，使兩種模式分別作動，互不相關。手動控制方面，可以獨立操作疊棧機之各項作動設備，分別為：棧板輸送帶、夾取部上升下降、棧板輸送、定位板、苗箱轉向導桿、天車移動、棧板排放機構、水平檔板、棧板承接板、夾爪等(圖10)。系統切換至自動控制模式時，依據設定完成作業要求。控制操作採用觸控螢幕 (人機介面)設計，可由使用者在操作介面設定堆疊之每疊箱數(模式2、3、4、5箱/疊)、開始堆疊之層數、棧板高度、總堆疊苗箱數等，操作使用上更加實用化。透過人機介面的顯示，亦可瞭解疊棧作業情形，諸如堆疊位置、堆疊總數、已疊箱數等(圖11)。

圖10、手動控制操作之人機介面

圖11、人機介面顯示目前疊棧作業情形

三、結果與討論

3-1. 作業性能試驗結果

以小棧板型式自動疊棧機進行作業能量測定，試驗設定每次夾取4疊，每疊3箱，然後置放於棧板上，3箱為一層，每個棧板放置10層，共120箱。疊棧作業每次20分鐘，重覆3次，來推算疊棧之作業能力。試驗過程中並同時紀錄苗箱積疊失敗疊數、苗箱夾送失敗疊數、疊棧整齊度偏離量及棧板供應情形等。性能試驗於92年12月4日在宜蘭縣頭城鎮頭圍水稻育苗中心進行，試驗結果顯示，每小時可完成2,490個苗箱的堆疊作業，積疊成功率達100%，夾送成功率達96.4 %以上。在疊棧整齊度偏離量方面，隨機抽取完成疊棧之苗箱共9疊量測其偏離量，測試結果顯示最大偏離量為8 mm，最小為4.3 mm，平均為6.2 mm，由此可知機械疊棧之整齊度佳。在連續4個小時的運轉作業中，經測試無阻礙作業進行之不良現象，且無異常故障，持久性、操作性能及棧板供應情形均良好，符合國家性能測定標準。圖12為性能性能測定作業情形。

圖12、疊棧機性能測定作業情形

3-2. 實地測試與示範

開發完成之秧苗箱自動疊棧機經由初步試驗後，實地安裝於育苗中心進行作業試驗，並與一貫化育苗播種作業設備連線進行試驗，以達到自動播種堆疊之目的。圖13為大棧板型式之疊棧機在桃園縣新屋鄉育苗中心作業情形；圖14為小棧板型式之疊棧機在嘉義縣水上鄉育苗中心育苗中心作業情形。為達到新開發設備之推廣與示範，本設備已陸續辦理四場示範觀摩會 (圖15)，藉由吸取參觀農民的意見，來改善機械設備之缺點，至目前為止，本項設備已達商品化實用價值，農民對於機械性能相當滿意。

圖13、大棧板型式之疊棧機實地作業情形

圖14、小棧板型式之疊棧機實地作業情形

圖15、疊棧機示範觀摩與討論

四、結  論

本研究已成功開發出一套秧苗箱自動疊棧系統，在播種作業時，可與一貫化播種機連線作業，將播種完成之苗箱自動堆疊於棧板上。疊棧機每小時作業能量可達2,490箱以上，成功率為95%，且機械疊棧後的苗箱整齊度較人工佳。經由實地示範觀摩，農民對於機械性能相當滿意。開發之秧苗箱自動疊棧機亦已通過國家性能測定，93年度並已列入國產新型農機購置補助機種，目前已推廣十餘處水稻育苗中心設置使用，將可有效紓解農村勞力不足的問題，並降低育苗生產成本，對提升育苗搬運自動化有莫大助益。