CN113678692B - 一种基于机器视觉的双孢菇采摘装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的双孢菇采摘装置，属于蘑菇采摘领域。本发明的双孢菇采摘装置能够自动识别出符合采摘标准的双孢菇位于菇床的位置，本发明的模具式结构采用齿轮齿条和同步带直线模组的组合，以保证模具有足够的运动范围，且满足叉子的高度要求，配合弹簧刀完成切根，由齿轮齿条将切根后的双孢菇传输到传送带上。本发明的装置降低了工人的劳动强度，提高了双孢菇分级、采摘、切根的效率。

Description

一种基于机器视觉的双孢菇采摘装置

技术领域

本发明属于蘑菇采摘领域，尤其涉及一种基于机器视觉的双孢菇采摘装置。

背景技术

双孢菇是一种常见的食用菌品种中，有丰富的营养价值。2020年中国食用菌协会发布统计数据，2019年全国食用菌总产量3933.87万吨，其中双孢菇产量231.4万吨，占比5.9％。目前，我国双孢菇种植正处于快速发展的阶段，床架式栽培方法为其主要生产模式。工厂大规模无菌化生产双孢菇对生产车间的环境要求高，如恒温、恒湿、无杂菌等。大规模无菌化车间生产需要大量人工进行双孢菇的采摘、分拣，伴随着工人工作时间有限，工作环境不适于劳动者长时间作业，农村适龄劳动力短缺等问题，为了提高采摘效率和质量、节省人工成本，设计了一种基于机器视觉的双孢菇采摘系统。

智能的自动采摘系统能够有效地解决采摘问题，其关键部件为末端执行器，用于夹持蘑菇。末端执行器要能够在保护双孢菇品相的前提下提高采摘效率，避免对后续储存、粗加工、销售的环节造成不良的影响。

为了解决上述存在的问题，翁建国等人发明了一种蘑菇采摘装置(实用新型专利，一种蘑菇采摘装置，申请号：201620182546.8)，该装置的末端执行器是由气体发生器、负压发生器、连接装置、吸盘等部件构成，吸盘通过气管与气体发生器相连，通过吸气、断气来吸取、放下蘑菇。该装置可以较好地保持蘑菇的品相，但该装置一个抓取流程只能吸取一个蘑菇，且在菇房中潮湿的环境下，吸取蘑菇的菌盖表面后断气可能存在蘑菇无法掉落的现象。叶明等人发明了一种蘑菇自动采摘系统(发明专利，基于机器视觉的蘑菇自动采摘系统及方法，申请号：201710257060.5)，该装置的末端执行器使用了气囊式机械爪，通过气泵对气囊中的气压进行控制来实现机械爪指节的弯曲产生径向位移。气囊式机械手不容易对蘑菇表面造成损伤，但是气压产生的抓持力难以控制，对气压控制要求较高，抓取效率较低。

目前基于机器视觉的农业采摘机器人大多是针对某一特定的农产品进行研发，不同采摘对象由于种植环境的差异、采摘对象的形状、种植的密集程度等，对采摘设备的要求相差较大。为此，本设备针对大规模无菌化生产的双孢菇而设计，开发出一种采摘效率高、采摘与切割功能一体的基于机器视觉的双孢菇采摘装置。

发明内容

为了改善上述问题，本发明设计了一种智能生姜切根装置。本发明的技术方案如下：

一种基于机器视觉的双孢菇采摘装置，其特征在于，电机I1的外壳安装于固定架Ⅰ2，电机I1的动力输出轴与传动轴I3之间进行键连接；传动轴Ⅰ3与主动链轮Ⅰ4、主动链轮Ⅱ5之间进行键连接；主动链轮Ⅰ4和主动链轮Ⅱ5通过链条Ⅰ6、链条Ⅱ7与从动链轮Ⅰ8、从动链轮Ⅱ9相连接，并固定在左链轮固定架10和右链轮固定架11上；6件叉子12等距地固定分布在链条Ⅰ6和链条Ⅱ7上；切割装置是由推拉式电磁体13和刀具14组成，固定在左链轮固定架10上；采摘装置通过固定连接件15与滑块Ⅰ16相连接，使得可以在同步带直线模组Ⅰ17上滑动；电机Ⅱ18的动力输出轴与同步带直线模组Ⅰ17之间进行键连接；电机Ⅲ19的动力输出轴与同步带直线模组Ⅱ20之间进行键连接；电机Ⅱ18与电机Ⅲ19固定在固定架21上；相机连接件22固定在滑块Ⅱ23上，工业相机24通过螺母固定在相机连接件22上；传送带25与收集筐26与同步带Ⅰ17保持固定的水平距离；电机Ⅳ27与电机Ⅴ28固定在固定架21上。当摘取双孢菇时，电机Ⅰ1通过动力输出轴使得传动轴Ⅰ3旋转、主动链轮Ⅰ4、主动链轮Ⅱ5旋转，继而使得链条Ⅰ6、链条Ⅱ7、从动链轮Ⅰ8、从动链轮Ⅱ9旋转，使得固定在链条Ⅰ6和链条Ⅱ7上的叉子12通过旋转摘取双孢菇并停在一固定位置；摘取后，通过电信号控制推拉式电磁铁13将刀具14弹出，将双孢菇的菌柄切下；再通过电信号将刀具14收回到初始位置。当刀具14将双孢菇的菌柄分离后，采摘装置继续工作采摘两个双孢菇后，夹住菌盖的叉子通过链条Ⅰ6和链条Ⅱ7翻过顶部，掉落到传送带25上经传送落入收集筐中26。

本装置的采用齿条机构和同步带的组合，可以自由调整采摘机构的水平位置以保证采摘装置在一定弧形范围内自主定位到采摘位置并能够完成切根。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的采摘装置结构示意图；

图3为本发明的采摘与传送装置结构示意图；

具体实施方式

本发明装置作业之前，同步带直线模组Ⅰ17与同步带直线模组Ⅱ20应呈180°夹角，且滑块Ⅰ16与滑块Ⅱ23应处于靠近电机Ⅱ18和电机Ⅲ19一端，作为整体装置的初始状态。首先开启电机Ⅳ27驱动同步带直线模组Ⅱ20恒角速度旋转，旋转过程中工业相机24采集图像；同步带直线模组Ⅱ20旋转到固定位置后，电机Ⅲ19驱动滑块Ⅱ23向远端移动固定距离，再由电机Ⅳ27驱动同步带直线模组Ⅱ20恒角速度旋转，使工业相机24采集新的弧形区域的图像，如此反复，直至滑块Ⅱ23移动至同步带直线模组Ⅱ20的最远端，完成一片弧形区域的图像采集。完成图像采集后，经过机器视觉技术的识别，确定需要采摘的双孢菇位置，启动电机Ⅱ18驱动滑块Ⅰ16和采摘装置到所需位置，再启动电机Ⅴ28驱动同步带直线模组Ⅰ17恒角速度旋转，直到采摘装置到达适宜的位置。随后启动电机Ⅰ1驱动齿条机构运转，使叉子12摘取双孢菇回到水平状态后电机Ⅰ停止，此时叉子12保持水平，在适宜切割的位置停下，由电信号驱动推拉式电磁铁13将刀具14弹出，双孢菇的菌柄被切下，即完成了单个双孢菇的采摘与切割。再经过完成两个双孢菇的采摘与切割，装载第一个摘取的双孢菇叉子12到达链条Ⅰ6和链条Ⅱ7的顶端，叉子12倾斜翻转，双孢菇的菌盖将自由落下，落入传送带25，由传送装置将其运送到收集筐26中，如此反复，直至系统采集图像的区域所有符合采摘标准的双孢菇全部采摘完毕。同步带直线模组Ⅰ17、同步带直线模组Ⅱ20、滑块Ⅰ16、滑块Ⅱ23回到初始位置，为下一次采摘作业做准备。

Claims (1)

1.一种基于机器视觉的双孢菇采摘装置，其特征在于，电机I（1）的外壳安装于固定架Ⅰ（2），电机I（1）的动力输出轴与传动轴I（3）之间进行键连接，传动轴Ⅰ（3）与主动链轮Ⅰ（4）、主动链轮Ⅱ（5）之间进行键连接，主动链轮Ⅰ（4）和主动链轮Ⅱ（5）通过链条Ⅰ（6）、链条Ⅱ（7）与从动链轮Ⅰ（8）、从动链轮Ⅱ（9）相连接，并固定在左链轮固定架（10）和右链轮固定架（11）上；6件叉子（12）等距地固定分布在链条Ⅰ（6）和链条Ⅱ（7）上；切割装置是由推拉式电磁体（13）和刀具（14）组成，固定在左链轮固定架（10）上；采摘装置本体通过固定连接件（15）与滑块Ⅰ（16）相连接，使得可以在同步带直线模组Ⅰ（17）上滑动；电机Ⅱ（18）的动力输出轴与同步带直线模组Ⅰ（17）之间进行键连接，电机Ⅲ（19）的动力输出轴与同步带直线模组Ⅱ（20）之间进行键连接；电机Ⅱ（18）与电机Ⅲ（19）固定在固定架（21）上；相机连接件（22）固定在滑块Ⅱ（23）上，工业相机（24）通过螺母固定在相机连接件（22）上；传送带（25）与收集筐（26）与同步带直线模组Ⅰ（17）保持固定的水平距离；电机Ⅳ（27）与电机Ⅴ（28）固定在固定架（21）上；作业之前，同步带直线模组Ⅰ（17）与同步带直线模组Ⅱ（20）应呈180°夹角，且滑块Ⅰ（16）与滑块Ⅱ（23）应处于靠近电机Ⅱ（18）和电机Ⅲ（19）一端，作为整体装置的初始状态；首先开启电机Ⅳ（27）驱动同步带直线模组Ⅱ（20）恒角速度旋转，旋转过程中工业相机（24）采集图像；同步带直线模组Ⅱ（20）旋转到固定位置后，电机Ⅲ（19）驱动滑块Ⅱ（23）向远端移动固定距离，再由电机Ⅳ（27）驱动同步带直线模组Ⅱ（20）恒角速度旋转，使工业相机（24）采集新的弧形区域的图像，如此反复，直至滑块Ⅱ（23）移动至同步带直线模组Ⅱ（20）的最远端，完成一片弧形区域的图像采集；完成图像采集后，经过机器视觉技术的识别，确定需要采摘的双孢菇位置，启动电机Ⅱ（18）驱动滑块Ⅰ（16）和采摘装置本体到所需位置，再启动电机Ⅴ（28）驱动同步带直线模组Ⅰ（17）恒角速度旋转，直到采摘装置本体到达适宜的位置；随后启动电机Ⅰ（1）驱动齿条机构运转，使叉子（12）摘取双孢菇回到水平状态后电机Ⅰ（1）停止，此时叉子（12）保持水平，在适宜切割的位置停下，由电信号驱动推拉式电磁铁（13）将刀具（14）弹出，双孢菇的菌柄被切下，即完成了单个双孢菇的采摘与切割；在经过完成两个双孢菇的采摘与切割，装载第一个摘取的双孢菇叉子（12）到达链条Ⅰ（6）和链条Ⅱ（7）的顶端，叉子（12）倾斜翻转，双孢菇的菌盖将自由落下，落入传送带（25），由传送装置将其运送到收集筐（26）中，如此反复，直至系统采集图像的区域所有符合采摘标准的双孢菇全部采摘完毕；同步带直线模组Ⅰ（17）、同步带直线模组Ⅱ（20）、滑块Ⅰ（16）、滑块Ⅱ（23）回到初始位置，为下一次采摘作业做准备。

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