穴盘育苗精量播种机是工厂化育苗技术中的关键设备,国内外对穴盘精量播种机的研究较早,并已实现了对形状规则或丸粒化种子进行精量播种。但是南瓜、瓠瓜等大粒种子尺寸和质量都很大,且不成球形,一般精量播种机无法对其精量播种;另外,种苗生长过程中存在子叶相互遮蔽影响生长的问题,育苗生产中通常采用人工45°定向摆种播种,作业效率低,易疲劳。因此,研制大粒种子定向定位精量播种装置,培育子叶方向一致的标准化幼苗具有重要意义。大粒种子定向定位精量播种装置的关键技术在于实现对大粒种子的单粒分离供种以及对大粒种子方向的判别、调向和定向定位排种。本文以育苗生产中播种量较大的黑籽南瓜种子为对象,进行了单粒供种装置和定向定位排种装置的设计和研究。主要研究内容和结论如下:(1)大粒种子定向定位精量播种装置总体方案确定。首先,通过对工厂化育苗基地的调研和对大粒种子进行播种方式试验,确定了对大粒种子长轴保持45°方向,种子发芽口朝向一致并位于穴孔中心位置的定向定位播种方式。其次,通过对播种过程进行分析,确立了定向定位播种装置的总体方案,该装置由精量单粒供种装置、定向定位排种装置、穴盘输送装置和PLC控制系统四部分组成。最后,对定向定位精量播种装置的关键部件精量单粒供种装置和定向定位排种装置进行了方案设计,确定了各个部分的功能和设计参数要求。(2)精量单粒供种装置的研制。首先,设计了一种单粒供种装置方案,通过气缸驱动选种机构选出单粒种子,由吸排种机构利用负压吸种和正压排种的原理实现为定向定位排种装置供种;其次,通过参数优化试验确定了关键部件最优参数,设计系统的气压回路,并加工安装零件,搭建单粒供种装置试验平台;最后,对装置的单粒供种性能进行了试验,试验表明该装置的单粒供种成功率为94.3%,满足了为定向定位排种装置单粒供种的要求。(3)定向定位排种装置的研制。首先,利用种子扁平呈卵形的外形特征,设计了基于机器视觉技术自动判断大粒种子方向的种子方向自动识别系统。其次,根据种子方向信息,提出了通过平板正反转带动种子调向,保证发芽口朝下落入导向管,在导向管的引导下使种子平稳落入穴孔,实现种子长轴保持45°方向,种子发芽口朝向一致并位于穴孔中心位置的调向排种机构设计方案,并通过正交试验设计参数优化试验确定了结构设计参数。最后,利用3D打印技术试制了结合机器视觉技术的定向定位排种装置,并对装置的排种特性进行了试验研究。试验结果表明,94.7%的种子的发芽口分布在以穴孔中心为圆心,半径为10mm的圆内;95.9%以上种子偏转角度小于15°,满足了大粒种子定向定位排种要求。(4)大粒种子定向定位精量播种装置综合播种性能试验研究。依据设计的播种流程,将精量单粒供种装置和定向定位排种装置安装到播种试验平台上,连接了气压回路,设计了控制系统硬件电路,编写了控制系统程序,调试了试验平台。结合基于PC机的大粒种子方向自动识别系统,对定向定位精量播种装置的单粒供种和定向定位排种过程进行综合播种性能试验,试验结果表明该装置的定向定位播种成功率为91.6%,93.8%的种子的发芽口分布在以穴孔中心为圆心,半径为10mm的圆内;94.1%以上种子偏转角度小于15°,满足了定向定位播种要求。该研究为大粒种子定向定位精量播种机的开发设计提供参考。