玉米定向播种技术是未来实现增产的主要方法之一,据现有的研究成果显示,玉米定向播种技术比传统播种技术增产效果明显。为解决玉米机械化定向播种的根本性难题,本课题开发研制了一套集电磁振动定向理论与机器视觉识别技术为一体的种子定向排序输送系统,为玉米定向播种的实现奠定基础。通过对种子的外观尺寸、千粒重、密度以及与不同材料之间的摩擦系数的测定,明确了玉米种子的外观及物理特性;通过人工对玉米定向播种进行了初步验证试验研究,得出了玉米种子入土位姿与叶片生长方向之间的关系,试验表明:以种子长轴垂直于播种行播种同时胚面即种子“正面”朝上作为机械化定向播种的理想播种方式。根据振动送料原理,本研究创新提出了一种实现玉米种子定向排序的输送方法,分析阐述了种子在定向过程中姿态变化过程与力学参数之间的关系。根据双自由度双质体强迫振动系统的力学模型,设计了振动定向试验装置,利用Adams软件对试验装置的振动性能进行模态和受迫力学仿真分析,验证了理论设计的正确性;通过试验表明:台阶高度、滑槽倾角以及其交互作用对种子定向排序效果具有极显著影响,同时得出了最佳试验参数组合以及在此试验条件下的顺行和逆行定向成功率;采用高速摄影技术观察验证了种子的顺行和逆行定向过程;在此基础之上,设计了的料斗式定向排序输送装置,通过试验实现了玉米种子的定向排序输送。通过对“面积扫描法”、“Susan角点算子”、“Harris角点检测法”,“轮廓曲率”四种图像处理算法的研究,实现了对玉米种子“尖端”朝向检测,试验结果表明:“轮廓曲率法”的识别效果最佳。通过观察种子图像HSI分量的直方图,对种子胚部区域图像的H分量与S分量灰度峰值区间进行逻辑运算,得到并标记玉米“正面”胚芽区域面积;通过试验比较得到种子正反面差异阈值,根据此阈值识别出种子的“正反面”。本研究创新设计了玉米种子方位检测的机电一体化试验平台,将振动定向输送、单粒分离装置融入到种子的输送过程中,实现了种子在输送过程中的单粒分离和种子图像的实时采集;同时采用PC作为上位机和单片机作为下位机的方式进行控制系统的软、硬件设计;通过对所研究的图像处理算法建立函数库,实现了图像处理的所有识别算法以及结果的显示;利用串口通信技术对试验平台的硬件系统进行实时操作。通过3次15组试验对系统的整体作业情况进行了测试,结果表明:当电机转速为4r/min时,试验效果最佳,其作业效率最高为750粒/小时,定向成功率最高为94.6%。本研究为后续玉米种子的定向包装、种子的定向处理以及定向播种提供条件,为实现玉米机械化、自动化定向播种提供新思路和新方法。