三七育苗播種機導種管研究設計與試驗

　　摘要：【目的】為提高三七育苗機械化播種精確性，針對三七小行株距的特點，研究一種新型導種管。【方法】在土槽上開展了以投種高度、播種機前進速度、投種角度為試驗因素，以理論播種點與實際播種點距離偏差的標準差和彈跳率為試驗指標的三因素五水平二次回歸正交旋轉組合試驗;借助 Design-Expert 10.0.3 軟件建立了試驗因素與指標間的回歸方程及多目標優化數學模型，獲取最佳投種參數組合;在最優參數組合下，使用高速攝像技術獲取種子運動軌跡，結合運用圖像處理技術和曲線擬合法進行種子運動軌跡曲線方程研究;借助 EDEM 軟件進行導種管截面尺寸仿真分析，確定了截面尺寸;用 3D 打印技術試制導種管并開展播種驗證試驗。【結果】通過正交旋轉組合試驗所得最優投種參數組合為投種高度 20 cm、播種機前進速度 7.8 m/min、投種角 42°。未安裝導種管條件下，理論播種點與實際播種點距離偏差的標準差、彈跳率分別為 51.66 和 72.31%;安裝新型導種管后驗證試驗結果顯示：理論播種點與實際播種點距離偏差標準差為 26.9，彈跳率為 45.2%。【結論】對比分析安裝新型導種管前后播種精確性可知：安裝新導種管的播種精確性明顯提高，研究結果可為三七育苗播種機導種管設計提供依據。

　　關鍵詞：三七;機械化播種;導種管;運動軌跡;圖像處理;EDEM 仿真

　　楊文彩; 張效偉; 仲廣遠; 鄭嘉鑫; 蒲望; 馬永敢， 華南農業大學學報 發表時間：2021-11-25

　　三七是我國名貴的中藥材，市場需求量大[1-2]。農藝要求三七育苗播種行株距均為 50 mm，播深為 10 mm，屬小行株距、淺播深精密播種[3]。但目前人工點播為主模式存在用工成本高、作業效率低、作業質量不均勻等問題，機械化播種能有效提高播種質量進而提高效率、降低成本[4]。但三七種子三軸尺寸集中度低、似圓度低、硬度低、表面粗糙度和濕度大、流動性不好，與其他大田大行株距作物種子相比，機械化播種難度大。機械播種時要求開溝、排種、覆土各部分系統協調才能實現三七機械化育苗播種。導種管將種子導入種溝，并約束種子流;由于三七種子的特性，導種管對投種過程及種子落點位置影響較大[5-6]。因此結合三七播種的農藝要求和種子特性研究三七種子離開排種器后的投種軌跡，對設計合理的導種管進而提升播種精度和播種效率具有現實意義。

　　課題組前期采用機械重力式排種原理，設計了窩眼輪式排種結構，經試驗，排種器能排出均勻的種子流[7-8]，因導種管設計不科學，種子的縱向分布均勻性與生產要求差距大，本文將這種差距界定為播種精確性，此差距越大播種精確性越低。精確性是衡量種粒縱向分布均勻性和播種機性能的重要指標，受排種、投種和種床構建等多個環節的影響[9-10]。種粒與管壁的碰撞和觸土時的彈跳所引起的不規則運動易造成種粒的縱向分布不均勻 [11-13]，影響播種精確性，合理的導種管能減少種粒的碰撞和彈跳[14-15]。因此，設計出合理的導種管是提高播種精確性的重要手段[16]。

　　多年來，國內外學者在導種管方面展開了較多的研究。在低速作業時，改變導種管外形能改變種子的下落軌跡，減輕種子的彈跳，保證種子縱向分布的均勻性[17-19];在高速作業時，可利用二次投種的方法將種子運移到種床，通過帶式導種或 V 型凹槽撥輪能準確的將種子輸送到種溝，大幅提高播種的縱向分布的均勻性[20-23]，此類方法設計的結構較為復雜，不適于三七的精密播種;在導種管內分配均勻氣流將種子運輸的氣力集排式分種器，可以實現寬幅均勻播種[24-25] ,在導種管內增加波紋和保證導種管長度一致可增加種子行內穩定性[26]。在投種過程中，種子在導種管內的彈跳與碰撞情況復雜，很難通過理論計算做全面分析，高速攝像技術被廣泛應用于投種過程分析中，運用高速攝像技術可以獲得種子速度隨位移變化規律、不同投種參數下的投種軌跡[27-29]。上述研究分別從部件結構和運動規律等方面展開，但這些研究主要針對油菜、大豆、玉米，小麥等大田大行株距作物，研究結果不適宜具有復雜性狀和特殊農藝要求的三七，因此，有必要開展有針對性的研究。

　　本研究擬應用力學分析確定影響播種精確性的因素，通過臺架試驗研究精密播種的最佳工作參數組合，運用高速攝像與圖像處理技術研究種子離開排種器后的運動軌跡，以擬合曲線為基礎，設計出一種新的導種管，并通過土槽試驗驗證此設計的合理性。

　　1 槽式育苗播種方式及播種機結構

　　1.1 三七槽式育苗播種方式簡介

　　云南廣泛采用的育苗槽規格為 1 440 mm 寬，據此設計播種機的播幅為 1 400 mm，根據 50 mm 行距的播種農藝要求，播幅內等距排列 28 個開溝器和 28 根導種管，機械化播種時，播種機在槽肩上行走，槽內播種，三七育苗槽及播種示意如圖 1 所示。

　　1.2 三七育苗播種機整機結構

　　三七育苗播種機整機結構如圖 2 所示，包括種箱、排種器、導種裝置、開溝裝置、限位裝置、控制柜、傳動裝置、機架和升降螺桿行走裝置等。排種器由窩眼滾筒、V 型導種槽、圓弧形護種板等組成，導種裝置安裝在排種器下部，由 28 根導種管和投種器組成;如圖 2b 所示，開溝裝置由 28 只仿形開溝輪組成，安裝在播種機前部，開溝輪厚 20 mm，每兩只開溝輪之間的中心距離為 50 mm，每兩根導種管之間的中心距離也為 50 mm，其中導種管中心線與開溝輪中心線處于一條直線上。

　　1.3 三七育苗播種機工作原理

　　播種機播種過程中，電機帶動主動輪使播種機前進，安裝在機架底部的限位輪，保證播種機沿直線行走，主動輪軸通過傳動系統使窩眼滾筒轉動，種子由窩眼滾筒排種器攜帶，當種子到達投種點時因重力作用離開排種器，經導種管輸送到開溝器開出的種溝內。

　　2 投種過程種子力學分析

　　種子的運動軌跡與種子下落過程中的受力有關，有導種管和無導種管時有所不同[30]，無導種管時種子的運動受重力作用，有導種管時會受導種管管壁的作用。本研究對兩種情況下的種子運動進行力學分析，探究影響種子運動軌跡的因素，并通過對比最終確定影響播種精確性的主要因素。

　　2.1 有導種管時種子的運動分析

　　理想情況下種子離開排種器后就與導種管管壁接觸并沿管壁下滑，然后離開管壁做類斜拋運動，直至落地。為便于研究三七種子的運動規律，以投種點為坐標原點、以播種機前進速度的反方向為 x0 軸正方向、以豎直向下為 y0 軸正方向，建立如圖 3 所示的坐標系 O0。

　　種子剛進入導種管時，種子的速度與種子在排種器投種口處的速度 V0相同，此時 V0=2πR1n1。在種子沿導種管下滑的過程中，種子在重力 G、支持力 N、摩擦力 f 的作用下做勻加速運動，此時的加速度為： 1 a g g ? ? sin cos ? ? ? ， (1)式中，μ1 為種子與導種管間的摩擦系數;a 為種子在直線段運動的加速度，m/s2。對式(1)進行 2 次積分得： V at V ? ? 0 ， (2) 1 2 2 1 0 S at V t ? ? ， (3)式中，V 為種子運動的瞬時速度，m/s;s1 為種子運動的位置到坐標原點的距離，m。種子沿管壁下滑時，可分解為沿 x0軸和沿 y0 軸 2 個方向的運動，設種子沿導種管內壁滑動的時間為 t1，在 0≤t

　　種子離開導種管后以 Vt的初速度做類斜拋運動，此時種子運動微分方程為 2 2 2 2 2 2 0 dx m dt dy m mg dt ?? ???? ???， (6)設種子落地的時間是 t2，在 t1≤t

　　由式(7)、(9)和(10)可看出，種子的運動受種子與導種管間的摩擦系數、導種管的傾斜角度、導種管長度、投種高度和種子離開排種器時的初速度等因素的影響。其中摩擦系數、導種管的傾斜角度和導種管長度與導種管的結構有關，說明不同結構參數的導種管使種子產生不同形狀的運動曲線。在導種管結構參數形式及安裝位置確定的前提下，影響種子運動軌跡的因素包括：種子的運動時間、投種高度、種子離開排種器時的初速度。

　　2.2 無導種管時種子的運動分析

　　對于無導種管的情況，建立一個以投種點為坐標原點、以播種機前進速度的反方向為 x1 軸正方向、以豎直向下為 y1軸正方向的坐標系 O1，種子運動的各參數如圖 4 所示。種子在下落過程中的運動可分解為豎直和水平 2 個運動[19]。 1 0 1 0 cos sin +g x y V V V V t ???? ??? ? ?， (11)式中，V1x為種子相對排種器在 x1 軸方向上的速度，m/s2 ;V1y為種子相對排種器在 y1軸方向上的速度，m/s2。由式(11)可知，種子離開排種器后的運動速度與種子離開排種器時相對排種器的運動速度有關，同時也受投種角度的影響。在運動過程中種子只受重力的作用，設種子落地的時間是 t3，在 0≤t有關，而運動時間與投種高度有關，因此，在無導種管的情況下影響種子運動軌跡的因素包括：排種器的圓周速度、投種高度和投種角度。

　　對比式(7)、(10)、(12)和(14)可知導種管結構影響種子的運動軌跡;排種器的圓周速度、投種高度約束種子著地時的相對速度;種子離開排種器時的初速度、種子運動時間和投種角度影響種子運動;導種管的曲線形式不同，種子的運動軌跡不同。綜合以上內容確定在投種過程中影響種子運動軌跡的主要因素為排種器的圓周速度、投種高度和投種角度。

　　3 最優工作參數試驗

　　求出三七育苗播種機的最優工作參數是進行導種管曲線設計的前提，后續將在最優工作參數下通過高速攝像分析種子離開排種器后下落軌跡，進而研究導種管的曲線。為研究種子離開排種器后的運動規律和運動軌跡，搭建了播種精確性試驗臺，并進行試驗研究。

　　3.1 試驗條件

　　試驗在云南農業大學土槽實驗室進行。土槽按照三七機械化播種要求制作，寬 1 440 mm，土槽內基質與三七播種時基質一致。設計的三七播種精確性試驗臺如圖 5 所示，投種角度通過不同角度護種板組合實現調節。試驗所用種子為經分級處理后的云南文山三七種子，種粒直徑范圍為 5.5~7 mm，千粒質量為 119.4 g，平均含水率為 60%。

　　3.2 試驗因素與指標

　　對于播種機而言，當排種滾筒直徑確定時，由于排種器圓周速度不便測量，且與機器前進速度為固定傳動比，故排種器圓周速度可以由機器前進速度來代替。所以選取機器前進速度 Z1、投種高度 Z2、投種角度 Z3 為此次試驗的試驗因素。種子縱向(種子沿機具前進方向)分布主要以播種粒距合格指數評價，文獻[31]以理論播種點與實際播種點距離偏差的標準差作為評價種子縱向分布均勻性的新指標，考慮三七播種的實際情況，選取理論播種點與實際播種點距離偏差的標準差為試驗指標;由于三七種子的特性，導致種子與導種管內壁產生較多碰撞引起觸土時彈跳，使種子最終位置變化，影響種子縱向分布。因此增加彈跳率作為一個試驗指標來探究播種機的播種精確性，各指標的計算公式如下[9, 31]： ? ? 2 1 1 0 i n i i C X n ??? ? ?， (15) ?100% ?? N n T t ， (16)式中，C 為實際播種點與理論播種點距離偏差的標準差;Xi 為第 i 個種子的實際播種點與理論播種點距離偏差，mm;n 為實際測量種子個數;T 為彈跳率，%;nt 為發生彈跳的種粒數，mm;N´為觀察到的排種總數。

　　彈跳率的測定方法：試驗時，用安放在支架上的攝像機對種子下落過程進行拍攝，試驗結束后通過對種子下落視頻的慢速播放來觀察種子是否彈跳。若彈跳記此種子狀態為 1，否則為 0，最后通過計算發生彈跳的種粒數與觀察的總的種粒數的比例，得出此時的彈跳率。試驗包括單因素試驗和二次回歸正交旋轉組合試驗，為降低試驗誤差，每組試驗重復 3 次，取平均值。

　　3.3 單因素試驗

　　根據三七育苗播種機設計要求，播種機的播種速度應在 6∼10 m/min 之間，設定試驗時播種機的前進速度為 8 m/min;按照文獻[32]中的試驗結果，投種高度在 20∼40 cm 時播種效果較好，設定投種高度為 20cm。選取投種角為 15°、25°、35°、45°、55°和 65°共 6 個因素水平，開展投種角度對播種精確性影響試驗，試驗結果見圖 6。

　　由圖 6 可知，投種角在 15°~25°和 45°~65°時，彈跳率與實際播種點與理論播種點距離偏差的標準差變化呈現出相同的趨勢，分析原因是三七種子在觸土時彈跳的增加使重播、漏播加重，使得種子的縱向分布均勻性變差，實際播種點與理論播種點距離偏差的標準差變低，相反，種子彈跳的減少，種子縱向分布的均勻性變好。彈跳率在投種角為 35°時達到了最低;在投種角為 55°時，實際播種點與理論播種點距離偏差的標準差達到最大，并和彈跳率一起出現拐點。綜合可以得出使實際播種點與理論播種點距離偏差的標準差小、彈跳率低的投種角的范圍為 25°~45°，此時整體播種精確性較好。

　　3.4 二次回歸正交旋轉組合試驗

　　3.4.1 試驗設計

　　以機器前進速度、投種高度、投種角度為試驗因素，以實際播種點與理論播種點距離偏差的標準差(以下簡稱標準差)和彈跳率為試驗指標在土槽上開展三因素五水平正交旋轉組合試驗。根據課題組前期研究及單因素試驗確定投種高度為 20～40 cm，投種角為 25°～45°，機器前進速度為 6～10 m/min，因素編碼如表 1 所示，試驗方案及結果見表 2 所示，Z1、Z2、Z3 為因素編碼值。

　　3.4.2 回歸分析

　　利用 Design-Expert 10.0.3 對結果進行多元回歸擬合和方差分析，以標準差 P1 和種子彈跳率 P2 對試驗因素實際值的二次多項式回歸方程，并對其顯著性進行檢驗。

　　1)標準差 P1 的顯著性分析

　　由表 3 可知，各因素對標準差的回歸模型極顯著(P<0.05)，其中 Z2、 2 Z2 對模型有極顯著的影響，Z3對模型有顯著的影響，其余因素對模型影響不顯著。由 F 值分析可知，影響標準差主次順序為：Z2>Z3>Z1。將 P>0.1 的因素剔除[33]，并再次進行方差分析，得到各因素對標準差的二次回歸方程如式(17)所示。 2 1 2 3 2 P Z Z Z ? ? ? ? 447.39 92.23 1.41 6.29 ， (17)對式(17)進行失擬性檢驗，如表 3 所示，其中 P>0.1，即失擬不顯著，說明回歸方程擬合較好。

　　2)彈跳率 P2 的顯著性分析

　　由表 3 可知，各因素對彈跳率的回歸模型顯著(P<0.05)，其中 Z3 對模型有極顯著的影響，Z1 和 2 Z3 對模型有顯著的影響，其余因素對模型影響不顯著。由 F 值分析可知，影響彈跳率主次順序為：Z3 >Z1>Z2。將 a>0.05 的不顯著因素剔除，并再次進行方差分析，得到各因素對彈跳率的二次回歸方程如式(18)所示。 2 2 1 3 3 P Z Z Z ? ? ? ? 34.56 0.27 2.58 0.043 (18)對式(18)進行失擬性檢驗，如表 3 所示，其中 P>0.1，失擬不顯著，說明回歸方程擬合較好。

　　3.5 最佳參數優化

　　為找出即滿足種子縱向分布均勻，又符合播種機播種精確性要求的參數組合，將標準差最小，彈跳率最小作為評價指標，結合因素邊界條件建立參數化數學模型：? ?? ? 1 1 2 3 2 1 2 3 1 2 3 min min 20mm 40mm s.t. 6m / min 10m / min 25 Z 45 P Z Z Z P Z Z Z Z Z ? ? ??? ? ??? ? ? ? ?、 、、 、， (19) 利用 Design-Expert 10.0.3 軟件對模型進行優化求解，得到最優參數組合為投種高度 20 cm、前進速度 7.781 m/min、投種角度 42°;此時標準差為 51.553、彈跳率為 72.31%。為方便安裝調試，對參數進行圓整，設置投種高度為 20 cm、前進速度為 7.8 m/min、投種角度為 42°。此時標準差為 51.66、彈跳率為 72.31%。

　　4 投種軌跡曲線研究

　　上節研究結果顯示，無導種管情況下播種的彈跳率和標準差不理想。為設計新型導種管，在上節最優參數下，通過高速攝像技術和圖像處理技術對種子的運動軌跡進行研究，以獲得導種管最優曲線。

　　4.1 試驗裝置與材料

　　試驗地點為云南農業大學試驗基地，試驗裝置和材料包括經分級后直徑范圍為 5.5~7 mm 的文山三七種子、三七播種精確性試驗臺、千眼狼 5F04M 型高速攝像儀、智云 CR110 手持云臺、PC 機、白色紙板、光源等。試驗過程中儀器安裝及拍攝如圖 7 所示。

　　4.2 試驗方法

　　由于三七種子的。由于包衣的三七種子為暗紅色，表面有白色粉末狀的藥粉顆粒，為方便的觀察運動軌跡和提取位置的坐標，拍攝的背景選擇白色紙板。設置高速攝像儀的拍攝速度為 240 fps，像素分辨率為 1 280 ×720，保證鏡頭的水平，適當的對光線進行補償，使其能觀測到清晰的三七種子。投種角調至 42°，調整試驗臺減速電機，使機器前進速度穩定在 7.8 m/min，啟動并設置恰當的錄制時間，待試驗結束后保存視頻文件至電腦端。

　　4.3 距離標定

　　在攝像頭視野內采集邊長為 28 mm×28 mm 的正方形網格圖像。通過計算正方形邊長的物理長度與其對應得像素長度的比值[34]，記 K = B/A，其中 A 為正四邊形網格邊長對應的像素長度的平均值，B = 28 mm 為標定正方形網格的實際邊長。

　　4.4 特征提取

　　將種子下落的視頻以時間順序轉換為 JPG 格式的幀圖像序列，其尺寸為 1 280 像素 ×720 像素。通過對圖片進行篩選并編號，共得 319 粒完整的三七種子下落圖像。圖像處理過程如圖 8。

　　4.4.1 圖像預處理

　　對 34 號種子進行分析，圖 8a 和 8b 為種子下落圖像，圖像中種子有一定的拖影，通過拖影可看出種子的軌跡。由圖 9 可以看出前一幀圖像(8a)和后一幀圖像(8b)之間有一定的差距，可運用背景差分法的方法來進行目標提取，背景差分法是前圖像與背景圖像的差分來檢測目標[35]，其原理可表示為 d x y f x y b x y k k k ? , , , ? ? ? ? ? ? ? ， (20)式中，fk(x, y)為前一幀，bk(x, y)為背景幀，dk(x, y)是前一幀與背景幀的差分結果。運用差分法，可得到三七種子提取軌跡圖。試驗中發現，在 HSV 空間下 V 分量能更易于將下落種子的軌跡與背景分離，效果如圖 8c 所示。

　　4.4.2 圖像分割和輪廓提取

　　預處理后的圖像更易于分割，本研究運用 Otsu 法進行自適應閾值二值化對圖像進行分割。Otsu 法是基于統計特性來計算目標和背景的最大類間方差，并找出圖像的分割閾值的一種方法[36]。由于預處理后圖像會存在一些噪聲，閾值分割會錯誤的將噪聲分割出來，運用形態學方法可以對二值化后的圖像進行修正[37]。形態學的基本原理包括腐蝕、膨脹運算等。腐蝕是一種消除邊界點，使邊界向內部收縮的過程，可以用來消除小且無意義的物體，而膨脹是將與物體接觸的所有背景點合并到該物體中，使邊界向外部擴張的過程，可以用來填補物體中的空洞[37]。本研究將二值化后的 V 分量圖先通過連通域面積閾值過濾，然后再進行腐蝕和膨脹運算，得到如圖 8d 所示的缺失的種子軌跡圖，最后將兩幅圖像進行異或運算得到近似完整的種子軌跡圖(圖 8e)。為更方便的提取出種子的運動軌跡，對異或后的圖像進行形態學骨架提取，并取反可得到軌跡線的大致形狀，如圖 8f 所示。

　　5 基于 EDEM 仿真的導種管設計與試驗

　　導種管的研究包括導種管曲線及截面的研究，上節已研究出導種管輪廓曲線，本節對導種管截面尺寸進行研究。三七種子在離開排種器落入種溝前，由于種子質量不同、在型孔內姿態不同等因素的影響，可能有橫向(在水平面內垂直機具前進方向)位移，種子的橫向位移分布決定著導種管截面尺寸。對種子橫向位移采用 EDEM 軟件進行研究，根據上述試驗結果，將投種角度設置為 42°，投種高度設置為 20 cm，滾筒轉速設置為 0.228 rad/s;將種子設置為多球面聚合顆粒(圖 10a)，根據三七種子三軸尺寸[38]，將種子長寬高分別設置為 6.35、 5.67、5.24 mm。排種滾筒軸向不同窩眼的排種質量相互獨立，為縮減仿真所需時間，取排種滾筒軸向 1/5 段進行仿真。通過三維建模軟件建立簡化后的排種器三維模型并導入 EDEM 中，仿真模型如圖 10b 所示。根據文獻[39]所研究的種子與 ABS 塑料的接觸參數，在 EDEM 進行相應參數設置，仿真結束后對排種器下方種子流切片，分析其橫向偏移量。

　　將種子無橫向偏移下落時的橫向坐標作為種子下落理論橫向坐標，將仿真獲得的種子在投種口下方 20 cm 處時橫向坐標與理論橫向坐標進行作差運算以求得種子橫向偏移量;仿真結束后，種子的橫向偏移量分布如圖 11 所示。

　　從圖 11 中可以看出，93.3%的種子橫向偏移量為 0~13 mm，故將排種器出口截面的橫向尺寸取為 26 mm，根據圖 9c 可知區域一種子流下方的寬度約為 30 mm，故將出口截面尺寸設置為 26 mm ×30 mm;導種管采用向后(播種機前進方向為前方)傾斜逐漸收縮的矩形端面有利于形成均勻粒距[40];根據上述試驗得出的投種角度最佳為 42°，投種高度為 20 cm，結合導種管安裝空間的綜合考慮，將導種管截面向尺寸設置為出口截面縱向尺寸的 2 倍即 60 mm，最終確定導種管的入口截面尺寸為 26 mm ×60 mm。為了避免卡種將導種管截面的橫向邊界設計成圓弧;導種管中間部分根據上述圖像分析所得曲線進行過渡，末端對曲線進行延長并優化。

　　6 討論

　　從上述研究看，加裝導種管之后的標準差與彈跳率明顯降低，雖然彈跳率降低幅度小于標準差，但種子縱向分布均勻性增加,說明導種管的約束作用較好，使得在彈跳率不是很理想的情況下,播種精確性也得到保障。深入分析彈跳率還不夠理想的原因主要有三，第一，三七種子質量不均勻導致三七種子在導種管內的運動軌跡有偏差;第二，在導種管曲線優化設計時，選用 80%的種子軌跡作為約束，導致其余 20%的種子可能會與導種管壁碰撞;第三，本研究導種管材料為能吸收種子碰撞能量的高性能軟尼龍材料，若導種管采用更軟質材料則吸收碰撞效果會更佳，課題組后續將對導種管材料展開研究。

　　7 結論

　　1)通過分別建立有無導種管情況下種子運動的力學模型，找出影響種子離開排種器后運動的共同因素為：排種器的圓周速度、投種高度和投種角度。

　　2)對投種角度進行單因素試驗，得到整體播種精確性較好的范圍為 25°~45°。以播種機前進速度、投種高度、投種角度為試驗因素，以標準差和彈跳率為試驗指標進行三因素五水平二次正交旋轉組合試驗，通過 Design-Expert 10.0.3 軟件優化得出無導種管條件下排種器最優投種參數組合為投種高度 20 cm、投種角度 42°、播種機前進速度 7.8 m/min，此條件下標準差為 51.66，彈跳率為 72.31%。

　　3)在最優投種參數組合為投種高度 20 cm、投種角度 42°、播種機前進速度為 7.8 m/min 條件下，基于高速攝像和圖像處理技術對種子離開排種器后的軌跡曲線進行分析，得出種子的軌跡曲線方程為 0.06194 5.709 5 217.2 2 y5 ? x5 ? x ?，并通過種子軌跡分布范圍得出種子縱向偏移量為 30 mm;通過 EDEM 軟件仿得到種子橫向偏移量為 26 mm;為了提高播種精確性，最終得到出口和入口截面尺寸分別為 26 mm ×30 mm 和 26 mm ×60 mm，據此設計試制出導種管。

　　4)根據得到的導種管尺寸數據，運用 3D 打印技術試制出導種管，并進行驗證試驗。經驗證試驗得出，種子粒距縱向分布均勻性增加，實際播種點與理論播種點距離偏差的標準差為 26.9，彈跳率為 45.2%，新型導種管滿足了三七育苗播種農藝要求，為播種機導種管的田間播種應用提供了參考依據。