论文选题源于国家自然科学基金资助项目(项目编号:51405078)、中国博士后科学基金资助项目(项目编号:2014M561318)、高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(项目编号:20132325120007)。旨在通过优化玉米粒群定向批量整列与分选试验装置达到籽粒定向并批量输送和精准分选的目标。该文以面向定向种植的玉米粒群分选装置为研究对象,优化设计了玉米粒群定向整列、批量输送和分选试验装置,通过探究籽粒定向整列机理和优化设计系统参数,实现批量选别满足定向播种要求的籽粒的目标。试验装置由定向整列系统、批量输送系统、分选系统构成。根据玉米籽粒定向种植要求设计该试验装置功能,为实现机械化玉米籽粒定向种植,设计了基于电磁振动的定向整列系统,为提高定向种植作业效率,设计了玉米粒群批量输送系统,为了分选出符合定向种植条件的优质玉米籽粒,结合自主开发的玉米粒群视觉在线选别软件,设计了电磁拨片式分选系统。基于上述内容,该文的主要工作如下:(1)玉米籽粒物理特性的测定。本文选取符合定向种植条件的半马齿或大马齿型的中科11号、晟玉18号、利民33号、东单80号及郑丹958号5个品种的玉米籽粒为研究对象,测定其千粒重、密度、含水率,利用自制试验台测定玉米籽粒与橡胶板面间的静摩擦系数,为后续模型的建立以及试验研究提供理论基础。(2)基于TRIZ理论的动力模式创新设计。根据籽粒定向批量整列和分选过程中存在的问题,对该装置动力模式进行优化及问题分析,确定该装置动力模式的最佳方案,为优化设计该装置工作参数提供基础。(3)玉米粒群定向整列试验平台的优化与搭建。首先,通过分析电磁振动原理,构建了籽粒的滑移模型;其次,开展系统动力学分析及定向阶段籽粒的受力分析,探讨籽粒定向整列过程与电磁振动系统设计参数之间的关系,选取出对电磁振动系统作业性能有显著影响的参数,通过分析得到满足要求的设计参数临界条件;最后,搭建定向整列试验平台,通过三因素二次正交旋转设计试验,进一步优化设计参数。经优化计算得到最佳设计参数范围,将系统置于最优参数组合进行验证试验。(4)玉米粒群批量整列试验平台的设计与搭建。基于TRIZ理论设计了一种能够高效批量整列的机械装置,阐述了该装置主要结构、工作原理和相关结构参数;对其关键部件(“S”型曲线轨道、楔形分流器)进行结构设计,分析批量整列轨道的性能特点;对其批量整列性能进行EDEM虚拟仿真正交试验,分析相关因素对批量整列性能的影响,获得合理参数组合,进行台架试验验证,结果表明:批量整列性能良好,且满足玉米籽粒分选性能的要求。(5)基于SVM的玉米粒群批量在线选别软件系统的开发。综合利用计算机、数学、模式识别、数学形态学、数字图像处理等理论知识,获取动态视频流中玉米粒群图像,对籽粒图像进行预处理,完成籽粒的获取、分割、定位及正形,提取籽粒的尺寸特征参数及形状特征参数,应用主成分分析法对样本数据进行降维重构,确定了两个主成分分量,为玉米粒群批量在线选别软件系统提供必要的统计性数据,同时,结合支持向量机(SVM)分类器进行模式识别,基于上述内容设计了玉米粒群批量在线选别软件系统GUI界面,为籽粒分选提供了技术支持。(6)玉米粒群分选试验平台的设计与搭建。为实现分选优质籽粒的最终目的,结合上述搭建的定向批量整列试验平台,根据整机布置和功能要求,设计了分选系统关键部件,对其结构进行优化分析,研制出机构参数可调的试验样机,在上述参数条件下进行台架验证试验,结果表明:该装置具备良好的分选性能。研究表明,这种面向定向种植的玉米粒群定向批量整列与分选系统可有效的解决玉米籽粒定向整列、批量输送、快速分选等问题,避免了人工摆种、选种等人为因素造成的劳动强度大、分选速度慢、无统一标准等问题,实现了自动化、智能化机械分选,为以定向种植为目标的颗粒体物料的有序整列和姿态控制的研究提供了理论支持,为研究玉米粒群批量分选提供了技术支持,该装置具有性能可靠、功能齐全等特点。经优化计算得出定向整列试验平台的最佳设计参数范围为振动方向角32°~35°、振幅为0.1~0.15 mm、振动频率为51.5~52Hz,相对应的试验指标定向成功率范围为63.8%~67.4%,整列成功率范围为95.8%~96.3%;获得适于籽粒批量整列的合理参数组合,即轨道宽度为15.4 mm,弧形区域圆心角为45°,楔形挡板夹角为110°;进一步进行批量输送系统台架试验验证,结果表明:电磁振动系统振幅为1.5 mm,频率为52 Hz,振动方向角为28°,安装倾角为0°,附加质量为0.3 kg,一侧板弹簧调至87°,另一侧板弹簧调至35°,安装配重片处轨道振幅为1 mm时,批量整列合格指数为83.1%,粘连卡止指数为10.4%,滞后指数为6.5%,批量整列性能良好,且满足玉米籽粒分选系统性能要求;对玉米粒群批量在线选别软件系统进行测试,分类结果准确率可达98.33%;将上述各系统集成,考虑到初始粒群的堆叠程度不同等因素,本文采用间歇供料,实现较理想籽粒整列环境,在此基础上,开展面向定向种植的玉米粒群定向批量整列与分选系统的分选性能试验,平均分选成功率为95.7%。