本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种全自动香菇分离装置。
背景技术：
香菇是世界第二大食用菌，伞盖可食用，柄可做香菇酱，菇根可作饲料。而目前人工剪切需要占用大量的劳动力，在劳动力成本逐年增加的情况下，急需开发一种设备替代繁重的手工劳动，利用机械对香菇进行剪柄剪根。
申请号为200910127348.6的发明专利采用毛刷扫动香菇落入输送带定位孔的方法排列香菇，这种方法的缺点是排列效率低，容易损伤香菇，尤其是无法处理菇柄弯曲的香菇，而弯曲的菇柄是香菇的一种常见形态，这种形态的香菇无法插入定位孔。申请号为201611155068.2的发明专利利用水的浮力使香菇伞朝上柄朝下，这种方法由于水浸湿了香菇而会导致香菇无法保存，其品质也会因为浸水而下降。此外，由于香菇体型不一、结构脆弱，工业上常用的振动盘也不适合对香菇进行排列。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有的不足，提供一种利用嵌入式图形处理装置引导机械臂抓取菇柄通过旋转刀片的方式实现伞、柄、根分离的全自动香菇分离装置。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种全自动香菇分离装置，包括传送组件、输送组件上布设的香菇位置形态检测组件、香菇位置形态检测组件后端布设的香菇抓取机构和香菇抓取机构下方侧面的香菇分离组件；
所述传送组件呈环形，传送组件包括直线传送台、斜线传送台和两个半圆形传送台，所述直线传送台和斜线传送台平行布设，所述两个半圆形传送台分别布设在直线传送台和斜线传送台的两侧，所述斜线传送台一端高、另一端低，布设在斜线传送台较低端的半圆形传送台上方固定连接有振动筛；
所述香菇位置形态检测组件布设在直线传送台前端上部，香菇位置形态检测组件包括固定在直线传送台前端上部的漫射光源室、均固定在漫射光源室上部的嵌入式处理器和摄像头，所述漫射光源室前壁和后壁上部均水平布设有条形led灯，所述led灯的下方固定有挡光板，所述挡光板与漫射光源室前壁和后壁均呈向上的夹角；
所述香菇抓取机构包括三轴机械臂和三轴机械臂前端的平动机械爪，所述三轴机械臂布设在直线传送台后端上方，三轴机械臂末端与直线传送台传送方向平行；
所述香菇分离组件包括布设在直线传送台后端外侧的物料储存仓和物料储存仓上方布设的两套剪切机构，所述物料储存仓包括香菇根储存仓、香菇柄储存仓和香菇伞储存仓，所述两套剪切机构分别布设在香菇柄储存仓和香菇伞储存仓上方。
进一步地，所述摄像头连接到嵌入式处理器的输入口，三轴机械臂和平动机械爪连接到嵌入式处理器的输出口。
进一步地，所述三轴机械臂包括固定在直线传送台上方的底座、与底座转动连接的主框架、与主框架传动连接的短臂板组件与短臂板组件铰接的长臂板组件和布设在长臂板组件前端的机械爪固定件；
所述主框架中部固定有转动电机，所述转动电机的转轴穿过主框架且与底座转动连接，所述主框架两侧外部分别固定有第一伺服电机和第二伺服电机；
所述短臂板组件包括第一短臂板和第二短臂板,所述第一短臂板与第二短臂板螺栓连接，第一短臂板和第二短臂板之间布设有第一水平保持杆、第二水平保持杆和小连杆；
所述长臂板组件包括第一长臂板和第二长臂板,所述第一长臂板与第二长臂板螺栓连接，第一长臂板和第二长臂板之间布设有三角保持架和第三水平保持杆；
所述第一伺服电机的转轴与第一短臂板底端转动连接，所述第二伺服电机的转轴穿过第二短臂板且与小连杆转动连接，第一短臂板的顶端和第二短臂板的顶端与第一长臂板的上部、第二长臂板的上部和三角保持架的下端转动连接，第一长臂板的底端和第二长臂板的底端均与机械爪固定件转动连接；
所述第一水平保持杆的下端与主框架铰接、上端与三角保持架和第一长臂板的顶端转动连接，所述第二水平保持杆的下端与小连杆铰接、上端与第二长臂板的顶端铰接，所述第三水平保持杆的上端与三角保持架铰接、下端与机械爪固定件转动连接。
进一步地，所述平动机械爪包括机械爪主体、固定在机械爪主体中部的舵机和与机械爪主体滑动连接的三角夹块，所述机械爪主体一端布设有连接件、另一端固定有t形导轨，所述三角夹块套合在导轨上且数量为对称布设的两个，三角夹块尾端上方固定有连接板，所述舵机的转轴上固定有一字舵机臂，所述一字舵机臂与连接板之间布设有月牙板，所述月牙板两端分别与一字舵机臂和连接板铰接。
进一步地，所述三角夹块采用绝缘材料，三角夹块前端布设有电极。
进一步地，所述剪切机构包括固定在直线传送台外侧的支架和分别与支架转动连接的从动轴、主动轴，所述支架下部固定有剪切电机，所述从动轴和主动轴顶端均固定连接有圆形刀片，从动轴和主动轴中部分别布设有从动齿轮和主动齿轮，所述主动轴与剪切电机传动连接，所述从动齿轮和主动齿轮相互啮合。
进一步地，所述传送组件的传送带外表面颜色为哑光黑色。
进一步地，所述摄像头位于直线传送台中轴线且摄像方向与直线传送台的传送带上表面相互垂直。
本发明的有益效果是：
1.本装置布设有香菇位置形态检测组件，通过摄像头将传送组件上传送的香菇进行拍摄，嵌入式处理器对图片进行滤波、边缘检测、轮廓提取、形态识别后计算出柄朝上香菇的中心位置坐标，对香菇朝向进行识别，避免了香菇因机械搅动而造成表面的损伤，也避免了利用水浮力改变其姿态时香菇品质的下降。
2.本装置的传送组件呈封闭环形，香菇第一次状态为柄朝下时，回经半圆形传送台跌落至斜线传送台的较低端，可以改变香菇的形态，并再次识别、分离，香菇循环传输，增加了装置的适用性。
3.本装置的香菇位置形态检测组件后端布设的香菇抓取机构，嵌入式处理器控制三轴机械臂带动平动机械爪将柄朝上的香菇进行抓取，替代了手工捡取，提高了捡取效率。
4.本装置的香菇抓取机构下方侧面的香菇分离组件，香菇抓取机构抓取香菇在剪切机构进行分离，使香菇的伞、柄、根分别跌落至香菇伞储存仓、香菇柄储存仓和香菇根储存仓，替代了手工分离，提高了分离效率。
5.本装置可以在直线传送台上成套增加香菇位置形态检测组件、香菇抓取机构和香菇分离组件，以成倍增加分离效率。
附图说明
图1是本发明一种全自动香菇分离装置的结构示意图。
图2是本发明一种全自动香菇分离装置的香菇位置形态检测组件的结构示意图。
图3是本发明一种全自动香菇分离装置的剪切机构的结构示意图。
图4是本发明一种全自动香菇分离装置的平动机械爪的结构示意图。
图5是本发明一种全自动香菇分离装置的三轴机械臂的结构示意图。
图6是本发明一种全自动香菇分离装置的三轴机械臂去除短臂板组件和长臂板组件后的结构示意图。
附图中标号为：1为直线传送台，2为斜线传送台，3为半圆形传送台，4为振动筛，5为香菇位置形态检测组件，6为三轴机械臂，7为平动机械爪，8为物料储存仓，9为剪切机构，501为漫射光源室，502为嵌入式处理器，503为摄像头，504为led灯，505为挡光板，601为底座，602为主框架，603为机械爪固定件，604为转动电机，605为第一伺服电机，606为第二伺服电机，607为第一短臂板，608为第二短臂板，609为第一水平保持杆，610为第二水平保持杆，611为小连杆，612为第一长臂板，613为第二长臂板，614为三角保持架，615为第三水平保持杆，701为机械爪主体，702为舵机，703为三角夹块，704为连接件，705为t形导轨，706为连接板，707为一字舵机臂，708为月牙板，801为香菇根储存仓，802为香菇柄储存仓，803为香菇伞储存仓，901为支架，902为从动轴，903为主动轴，904为剪切电机，905为圆形刀片，906为从动齿轮，907为主动齿轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细描述。
如图1~图6所示，一种全自动香菇分离装置，包括传送组件、输送组件上布设的香菇位置形态检测组件5、香菇位置形态检测组件5后端布设的香菇抓取机构和香菇抓取机构下方侧面的香菇分离组件；
所述传送组件呈环形，传送组件包括直线传送台1、斜线传送台2和两个半圆形传送台3，所述直线传送台1和斜线传送台2平行布设，所述两个半圆形传送台3分别布设在直线传送台1和斜线传送台2的两侧，所述斜线传送台2一端高、另一端低，布设在斜线传送台2较低端的半圆形传送台3上方固定连接有振动筛4；
所述香菇位置形态检测组件5布设在直线传送台1前端上部，香菇位置形态检测组件5包括固定在直线传送台1前端上部的漫射光源室501、均固定在漫射光源室501上部的嵌入式处理器502和摄像头503，所述漫射光源室501前壁和后壁上部均水平布设有条形led灯504，所述led灯504的下方固定有挡光板505，所述挡光板505与漫射光源室501前壁和后壁均呈向上的夹角；
漫射光源室501用来补光，为了避免灯光对摄像头503直射影响图像采集质量，led灯504下方放置挡光板505，将直射光变为漫反射。
摄像头503使用vpif视频接口端口获取的是视频，配置摄像头503参数为每秒30帧，分辨率为1280*1024，输出的格式为rgb，根据每帧的图片需要计算是否有目标出现，如有目标位置出现则进行图像处理，获取目标的位置信息，同时需要预测目标在传送带上经过一定时间后目标的位置，以使机械爪能准确抓取目标。摄像头503获取的视频图片为rgb格式，因识别香菇位置，对颜色不敏感，所以将图片转换为灰度图像，灰度图像是将rgb格式中像素点三原色所占的位数按照一定的加权变换为一种包含256个深度变化的像素点。
图像在采集、传输等过程中，由于外部环境的影响，不可避免的加入了环境噪声等无用的信号，这就降低了需要的信息在图片中的比重，因此需要对噪声进行抑制，凸显出需要的信号。边缘特性较好的非线性滤波常用的方法是中值滤波，其作用是平滑二维数字图像，具有明显的去躁能力，模糊程度远远低于线性的平滑滤波器。采用的方法是使用一定相邻区域中灰度的中值来取代该点的像素值，最终使得周围的像素点的具体值与真实世界的值逼近。
图像灰度转化并滤波后，需要将目标物体信息突出，将其他不需要的信息数量降低，根据图像中被测物体与其余背景之间灰度值的差别，分离背景和被测物体。在实际应用中，传送带使用黑色的油漆，从实际中提高背景和被测物体的灰度值的区别度。图像二值化就是将经过灰度化处理的像素点值变为0或255两种值，从而区分出图像整体和目标物体，使图像分为被测物体为白，背景色为黑两种明显的图像效果。
经过上述的阈值二值化的处理，图片已经变为只具备黑白两色的图像，白色为目标物体，而对于图像，对需要获取目标物体相关的信息，其余背景相关的信息需要滤除，因此需要通过获取二值化后的图像中的目标物体的边缘，边缘通常在被测物体与被测物体、被测物体与背景环境之间。图像中的很多信息存在于边缘之中，而边缘处图像中像素点的灰度值发生很大的变化，边缘信息是不连续的，而只有将被测物体的边缘与背景区别开才能进行后续的被测物体的识别，这就需要将图像边缘信息进行光滑处理，使其具有连续性。
边缘检测需要先进行滤波来对图片中无关的环境噪声进行抑制，但抑制环境噪声也会带来副作用，损失边缘的强度，因此需要增强图像的边缘强度信息。通过对图像中划分的邻域中的像素点强度信息的变化来增强边缘，进而将边缘中像素点强度值由剧烈变化的点标记出来。
本专利在运用meanshift算法的基础上，结合菱形估计法预测位置的变化，并以预测的值作为新的模板，从而弥补meanshift算法在模板更新上的不足，进一步减少目标跟踪的计算时间，避免运算时间过长而影响实时性，提高对快速运动物体识别的敏感性和准确性，减少跟踪失败的可能性。根据选定的中心，分别用大、小两个菱形模板进行搜索，大模板有9个搜索点，小模板有4个搜索点，结合菱形搜索法的meanshift算法在跟踪开始时，先根据预设的矩形坐标找到目标模板，用meanshift算法估计该区域中的像素的加权统计直方图，即核函数密度作为跟踪模板，然后使用菱形搜索法在当前帧的区域中预测出候选区域，并再次使用meanshift算法估计出候选区域的统计直方图，然后使用巴氏系数确定前后两个模板的相似性，从而找到相似函数最大值，也就是找到meanshift矢量，从而找到最佳区域位置。
经过以上处理获取了目标香菇的中心位置，控制系统按摄像头503标定所获取的转换矩阵将目标香菇的中心点信息转换为机械爪坐标系下的坐标，根据机械爪坐标系下的坐标设置机械爪抓取目标的位置。
所述香菇抓取机构包括三轴机械臂6和三轴机械臂6前端的平动机械爪7，所述三轴机械臂6布设在直线传送台1后端上方，三轴机械臂6末端与直线传送台1传送方向平行；
所述香菇分离组件包括布设在直线传送台1后端外侧的物料储存仓8和物料储存仓8上方布设的两套剪切机构9，所述物料储存仓8包括香菇根储存仓801、香菇柄储存仓802和香菇伞储存仓803，所述两套剪切机构9分别布设在香菇柄储存仓802和香菇伞储存仓803上方。
所述摄像头503连接到嵌入式处理器502的输入口，三轴机械臂6和平动机械爪7连接到嵌入式处理器502的输出口。
所述三轴机械臂6包括固定在直线传送台1上方的底座601、与底座601转动连接的主框架602、与主框架602传动连接的短臂板组件与短臂板组件铰接的长臂板组件和布设在长臂板组件前端的机械爪固定件603；
所述主框架602中部固定有转动电机604，所述转动电机604的转轴穿过主框架602且与底座601转动连接，所述主框架602两侧外部分别固定有第一伺服电机605和第二伺服电机606；
所述短臂板组件包括第一短臂板607和第二短臂板608,所述第一短臂板607与第二短臂板608螺栓连接，第一短臂板607和第二短臂板608之间布设有第一水平保持杆609、第二水平保持杆610和小连杆611；
所述长臂板组件包括第一长臂板612和第二长臂板613,所述第一长臂板612与第二长臂板613螺栓连接，第一长臂板612和第二长臂板613之间布设有三角保持架614和第三水平保持杆615；
所述第一伺服电机605的转轴与第一短臂板607底端转动连接，所述第二伺服电机606的转轴穿过第二短臂板608且与小连杆611转动连接，第一短臂板607的顶端和第二短臂板608的顶端与第一长臂板612的上部、第二长臂板613的上部和三角保持架614的下端转动连接，第一长臂板612的底端和第二长臂板613的底端均与机械爪固定件603转动连接；
所述第一水平保持杆609的下端与主框架602铰接、上端与三角保持架614和第一长臂板612的顶端转动连接，所述第二水平保持杆610的下端与小连杆611铰接、上端与第二长臂板613的顶端铰接，所述第三水平保持杆615的上端与三角保持架614铰接、下端与机械爪固定件603转动连接。
第一伺服电机605、第二伺服电机606和转动电机604均固定在主框架602上，这样明显改善装置的动态特性和降低装置的运动惯量，三轴机械臂6通过第一水平保持杆609和第三水平保持杆615组成的两个平行四边形，保证三轴机械臂6末端腕部的轴线与直线传送台1的传送带平行。
所述平动机械爪7包括机械爪主体701、固定在机械爪主体701中部的舵机702和与机械爪主体701滑动连接的三角夹块703，所述机械爪主体701一端布设有连接件704、另一端固定有t形导轨705，所述三角夹块703套合在导轨上且数量为对称布设的两个，三角夹块703尾端上方固定有连接板706，所述舵机702的转轴上固定有一字舵机臂707，所述一字舵机臂707与连接板706之间布设有月牙板708，所述月牙板708两端分别与一字舵机臂707和连接板706铰接。
所述三角夹块703采用绝缘材料，三角夹块703前端布设有电极。当三角夹块703抓住香菇后，电极间电阻变化，以此确定平动机械爪7已经抓住香菇。
所述剪切机构9包括固定在直线传送台1外侧的支架901和分别与支架901转动连接的从动轴902、主动轴903，所述支架901下部固定有剪切电机904，所述从动轴902和主动轴903顶端均固定连接有圆形刀片905，从动轴902和主动轴903中部分别布设有从动齿轮906和主动齿轮907，所述主动轴903与剪切电机904传动连接，所述从动齿轮906和主动齿轮907相互啮合。
所述传送组件的传送带外表面颜色为哑光黑色，便于图像的后续处理。
所述摄像头503位于直线传送台1中轴线且摄像方向与直线传送台1的传送带上表面相互垂直。
半圆形传送台3由两个锥形滚筒驱动，锥度小的一侧向内，组成环形轨道，传送至下一个环节，锥形滚筒由电机控制转动，由于锥形滚筒整体线速度不一致，从而保证传送带半圆形轨道运行，直线传送带用于放置香菇位置形态检测组件5、香菇抓取机构和香菇分离组件，直线传送带空白位置可重复放置上述三部分，提高整体装置运行效率。
分离香菇时，将一堆香菇放入振动筛4中通过震动大致分散置于半圆形传送台3上，掉入后面斜线传送台2上，然后由直线传送台1带着香菇输送至香菇位置形态检测组件5下方。香菇位置形态检测组件5对摄像头503拍摄的图片进行二值化后滤波，这样香菇伞向上的地方是全白的，香菇柄向上的地方是环形的白圈，这样可以区分出哪个是香菇柄向上的香菇，最后找到白圈的中心，作为机械手需要抓取的位置。然后香菇输送至香菇抓取机构处，三轴机械臂6带动平动机械爪7夹取柄向上的香菇，然后抓取香菇运动至香菇分离组件进行香菇的分离，平动机械爪7先下移然后平移至右侧的剪切机构9，即可实现香菇伞的分离，香菇伞掉入香菇伞储存仓803，分离后平动机械爪7下移并左移至前部剪切机构9完成香菇柄的分离，香菇柄落入香菇柄储存仓802，平动机械爪7平移至香菇根储存仓801上方，张开机械爪，香菇根落入香菇根储存仓801，最后平动机械爪7回原始位置进行下次抓取。未抓取的香菇和柄朝下的香菇回经半圆形传送台3跌落至斜线传送台2的较低端，可以改变香菇的形态，并再次识别、分离，香菇循环传输，增加了装置的适用性。
以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。