本发明涉及小麦品质物理检测设备与方法，具体涉及一种人工智能小麦质检机器人及质检方法。
背景技术：
小麦不完善粒（虫、芽、病、损、霉）检测无现代化手段和设备，完全由人工感官鉴别完成小麦检测，而人工感官鉴定存在诸多的不确定因素，同一份样品，同一检测员多次鉴定，每次鉴定的数据都会不同，同一份样品，不同的检测人员用同一标准，鉴定的结论数据也会不尽相同；因此，难以客观、公平、准确区分，成为事实的“有标准而无执行标准的技术手段”。
现有人工感官识别完成小麦不完善粒的检测，存在以下缺点：1）易受环境和人员因素干扰；2）无统一的度量工具；3）效率低下。
cn207188252u于2018年4月6日公开了一种粮食不完善粒质检系统，是通过以螺旋机构喂料、光学玻璃圆盘送料、上下双视觉相对摄取物料图像，然后将被检测对象与图像库中图像进行机械比对方式识别、在玻璃圆盘上分拣称重，最终完成粮食不完善粒检测。这种检测设备与手段存在以下问题：
（1）螺旋机构喂料方式通常只适用于标准件，当物料为粮食类的非标准件时，因为颗粒的大小、外形、长短、比重、完整程度的不同而容易出现堵料、漏料、出料不尽等状况，因而使得输送的样品不完全且严重影响效率。
（2）光学玻璃圆盘送料方式，当圆盘转动达到一定转速时物料容易滑脱，同时，由于圆盘转动时产生的端跳使得送入视觉场中的样本缺乏稳定性，由此进一步使得获取的物料的测量空间失真，被检测物的原始信息发生严重偏差。
（3）上下相对的视觉方式致使上下面视觉信息相互之间干扰，再进一步造成被检测物原始信息失真与产生更大偏差。
（4）将被检测物的原始图像与标准样本的图像库进行机械比对不能适应粮食颗粒非标准特征识别，粮食不完善粒颗粒分类并不依照线性关系，使用机械比对进行硬性线性关系判别在实际工作中误差极大。
（5）被检测颗粒从被识别区到达分拣区域时，物理位置往往因为滑动以及圆盘端跳而使分拣准确性无法保证。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种对小麦不完善粒（虫、芽、病、损、霉）五大类若干小类和杂质进行检测的人工智能小麦质检机器人。
本发明进一步所要解决的技术问题是，提供一种利用所述人工智能小麦质检机器人对小麦进行质检的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种人工智能小麦质检机器人，包括人工智能小麦质检机器人主体和系统服务器；所述人工智能小麦质检机器人主体包括箱体，所述箱体上设有入料口和出料口，所述箱体内设有喂料机构、传送机构、上下双面机器视觉机构和分拣机构，所述入料口与喂料机构相连通，所述喂料机构与传送机构相连通，所述传送机构穿过上下双面机器视觉机构，所述传送机构与出料口相连通，所述分拣机构位于上下双面机器视觉机构后方，所述上下双面机器视觉机构、分拣机构与系统服务器相连；所述喂料机构包括喂料盒，所述喂料盒内设有一隔板，将喂料盒的腔体分为前腔和后腔，所述喂料盒底部设有一贯穿前腔和后腔的料槽，所述后腔靠近隔板料槽边上设有监视后腔是否有料的传感器ⅰ，所述后腔设有一水平方向监视料位的传感器ⅱ，所述前腔靠近隔板处的料槽中心设有监视后腔是否出料的传感器ⅲ，所述前腔料槽出口处上沿设有监视前腔是否堵料的传感器ⅳ，所述喂料盒上设有防止后腔堵料的机构，所述喂料盒下部设有振动器，所述振动器与电压调制器相连，所述传感器ⅰ、传感器ⅱ、传感器ⅲ、传感器ⅳ、防止后腔堵料的机构、电压调制器与控制器相连，所述控制器与系统服务器相连。
进一步，所述水平方向监视料位的传感器ⅱ设在后腔水平方向距离底部的≥1cm（优选2-3cm）处。
进一步，所述防止后腔堵料的机构包括舵机，所述舵机设在喂料盒外，所述舵机通过舵机连杆连有舵机拨片，所述舵机拨片位于后腔内，且靠近隔板和料槽。
进一步，所述传送机构包括透明同步传送带和同步传送轮，所述同步传送轮布置在箱体上，所述同步传送轮上设有同步齿ⅰ，所述透明同步传送带的边缘上设有同步齿ⅱ，所述透明同步传送带的同步齿ⅱ与同步传送轮的同步齿ⅰ装配连接，所述透明同步传送带的上部分穿过上下双面机器视觉机构。
进一步，所述上下双面机器视觉机构包括上机器视觉机构、上无影光源、上视觉底板、下机器视觉机构、下无影光源和下视觉底板，所述上机器视觉机构、上无影光源位于透明同步传送带上侧后方，所述上视觉底板设于透明同步传送带下侧，且位于上无影光源正下方，所述下机器视觉机构、下无影光源位于透明传送带下侧前方，所述下视觉底板设于透明同步传送带上侧，且位于下无影光源正上方。
进一步，所述分拣机构包括分拣传感器、接料盒、气针和称重传感器，所述分拣传感器安装在接料盒上部，且位于透明同步传送带上方，所述气针通过设有气阀的管路与气泵相连，且正对透明同步传送带上的待拣样品，所述称重传感器安装在接料盒下部，实现待拣样品的称重。
进一步，还设有导料条，所述导料条位于喂料机构与传送机构之间。
一种利用所述人工智能小麦质检机器人对小麦进行质检的方法，包括以下步骤：
将小麦待检样品通过人工智能小麦质检机器人主体的入料口到达喂料机构，同时通过传感器负责检测喂料机构中待检样品的走料状态，如果出现堵料状况，传感器将堵料信息经控制器传送给系统服务器，由系统服务器通过控制器控制电压调制器，进而驱动喂料机构的振动器振动，由喂料机构将待检样品一颗颗送到传送机构，由传送机构将小麦待检样品送到上下双面机器视觉机构，通过上下双面机器视觉机构获取被测小麦样品原始图像，再通过在系统服务器上构建的支持图形处理的人工神经网络系统对每颗被测小麦样品原始图像进行算法处理，将每颗被测小麦样品的颜色、纹理、轮廓、尺寸等特征转化为特征信息值，输入人工神经网络系统，与神经元上存储的对应特征信息值进行比较，得到对应特征信息值的隶属度，再用判别函数根据对应特征信息值的隶属度进行判别，分类统计，通过分拣机构将不完善粒和并肩杂质分拣；最后，由传送机构将检测完成的样品输出到出料口，整个质检过程全部自动完成。
进一步，所述神经元上存储的对应特征信息值通过以下方式获取：将事先分类过的小麦样品经喂料机构、传送机构送至上下双面机器视觉机构下，上下双面机器视觉机构获取每颗小麦样品原始图像，通过支持图形处理的人工神经网络系统对每颗小麦样品原始图像进行算法处理，将小麦的颜色、纹理、轮廓、尺寸等特征转化为特征信息值，并存储在人工神经网络系统的神经元上，由此形成一个小麦特征信息库。
本发明中，所述喂料机构采取传感器加智能控制的方式，通过传感器传感的信息，系统可以判断是否堵料、是否空料、物料流动是否流畅均匀并能根据这些信息进行相应处理以保证喂料连续、稳定、均匀，不会出现堵料、漏料、出料不尽等状况。
本发明中，所述传送机构的透明同步传送带在同步传送轮通过电机的驱动下完成物料的传送，透明同步传送带为中间部分处于视觉场位置透明且边沿能与同步传送轮完全啮合的同步带。视觉场部分透明便于上下双面机器视觉机构获取足够清晰的图像，透明同步传送带在同步传送轮由电机在稳定的频率下驱动而匀速运动，保证图像清晰，被检测物的原始信息不会发生偏差。
本发明中，所述上下双面机器视觉机构完全错开对应位置，使得两个视觉镜头之间不相互干扰影响获取原始图像的准确性与完整性，使得两个视觉的灯光之间不相互干扰影响视觉环境的可靠性与稳定性；以此保证获得被检测物测量空间信息的准确、真实、完整。
本发明中，所述分拣机构设有传感器，能准确获取被分拣物料接近分拣口的即时准确位置，以保证分拣的精准，不错拣、不漏拣。分检出的不完善粒粮食颗粒落入接料盒，由称重传感器完成称重。
研究实践表明，利用本发明从获取小麦待检样品信息到完成检测判断，对每一颗小麦样品的检测时间不超过20毫秒，人工智能检测机器人检测一份50克的标准样品（1200颗左右）只需3-4分钟即可完成识别和数据统计分析。整个过程不需要人为干预，可有效解决靠人工感官检测的受人为因素和外界环境影响造成检测指标漂移的问题，同时，机器人对每一颗样品都逐一检测，不留检测盲点和死角。
本发明的实际检测准确性与重复性指标：
小麦不完善粒检测（以国标每份样本50克为例）
全部不完善粒，误差≤0.5%，重复误差≤0.3%；
虫蚀粒，误差≤0.5%，重复误差≤0.3%；
发芽粒，误差≤0.5%，重复误差≤0.3%；
病斑粒（赤霉粒），误差≤0.3%，重复误差≤0.2%；
病斑粒（黑胚），误差≤0.2%，重复误差≤0.1%；
破损粒（破碎），误差≤0.2%，重复误差≤0.1%；
霉变粒，误差≤0.3%，重复误差≤0.2%；
黄粒米，每1000粒误差小于1粒，重复误差为零。
利用本发明，可完成小麦不完善粒和杂质的检测，解决小麦不完善粒快速检测这一世界性难题。
附图说明
图1为本发明人工智能小麦质检机器人实施例的结构框图；
图2为图1所示实施例的人工智能小麦质检机器人主体的外观示意图；
图3为图1所示实施例的人工智能小麦质检机器人主体的内部结构图；
图4为图1所示实施例的人工智能小麦质检机器人主体的喂料机构的结构示意图；
图5为本发明人工智能小麦质检机器人控制器连接关系图；
图6为图1所示实施例的人工智能小麦质检机器人主体的传送机构的结构示意图；
图7为图1所示实施例的人工智能小麦质检机器人主体的上下双面机器视觉机构的结构示意图；
图8为图1所示实施例的人工智能小麦质检机器人主体的分拣机构的结构示意图；
图9为本发明人工智能小麦质检机器人质检过程流程图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例
参照图1-图5，一种人工智能小麦质检机器人，包括人工智能小麦质检机器人主体1和系统服务器2；所述人工智能小麦质检机器人主体1包括箱体1-1，所述箱体1-1上设有入料口1-2和出料口1-3，所述箱体1-1内设有喂料机构1-4、传送机构1-5、上下双面机器视觉机构1-6和分拣机构1-7，所述入料口1-2与喂料机构1-4相连通，所述喂料机构1-4与传送机构1-5相连通，所述传送机构1-5穿过上下双面机器视觉机构1-6，所述传送机构1-5与出料口1-3相连通，所述分拣机构1-7位于上下双面机器视觉机构1-6后方，所述上下双面机器视觉机构1-6、分拣机构1-7与系统服务器2相连；
所述喂料机构1-4包括喂料盒1-4-1，所述喂料盒1-4-1内设有一隔板1-4-2，将喂料盒1-4-1的腔体分为前腔和后腔，所述喂料盒1-4-1底部设有一贯穿前腔和后腔的直线料槽1-4-3，便于不规则粒型的小麦颗粒排队，所述后腔靠近隔板料槽边上设有监视后腔是否有料的传感器ⅰ1-4-4，所述后腔水平方向距离底部的2cm处设有一水平方向监视料位的传感器ⅱ1-4-5，所述前腔靠近隔板处的料槽中心设有监视后腔是否出料的传感器ⅲ1-4-6，所述前腔料槽出口处上沿设有监视前腔是否堵料的传感器ⅳ1-4-7，所述喂料盒1-4-1外设有舵机1-4-8，所述舵机1-4-8通过舵机连杆连有舵机拨片1-4-9，所述舵机拨片1-4-9位于后腔内，且靠近隔板1-4-2和直线料槽1-4-3，所述喂料盒1-4-1下部设有振动器1-4-10，所述振动器1-4-10与电压调制器4相连，所述传感器ⅰ1-4-4、传感器ⅱ1-4-5、传感器ⅲ1-4-6、传感器ⅳ1-4-7、舵机1-4-8、电压调制器4与控制器3相连，所述控制器3与系统服务器2相连；
工作过程：
1）水平方向监视料位的传感器ⅱ1-4-5被触发，控制器3获得信息，将信息发送给系统服务器2，系统服务器2将发出停止取样指令，该传感器用于在线检测（在线自动取样）；
2）喂料机构的前腔堵料，监视前腔是否堵料的传感器ⅳ1-4-7触发，控制器3获得该信息，将信息发送给系统服务器2，系统服务器2首先发出停止取样指令，然后，系统服务器2向控制器3发出指令，控制器3控制电压调制器4，将加强振动器振动频率2秒，然后恢复振动器振动频率；如果监视前腔是否堵料的传感器ⅳ1-4-7触发没有解除，再次加强振动器振动频率2秒，反复3次，直到前腔堵料传感器触发解除；
3）监视后腔是否出料的传感器ⅲ1-4-6被触发，监视后腔是否有料的传感器ⅰ1-4-4不被触发，说明喂料机构的后腔已经堵料，控制器获得传感信息，启动舵机1-4-8，舵机拨片1-4-9拨动后腔出料口样品，解除后腔堵料状态；后腔样品全部通过喂料机构输送后，监视后腔是否有料的传感器ⅰ1-4-4被触发，控制器2向系统服务器3发出样品全部检查完的信息。
所述控制器3的输入与各传感器相连接（接入传感信号-堵料传感信号、满料传感信号），输出与电压调制器4相连接，电压调制器4与喂料机构上的振动器1-4-10相连接，通过调制喂料机构上振动器1-4-10的电压达到控制振动器1-4-10振幅的目的。
所述系统服务器2是小麦质检机器人的指挥中心，是小麦质检机器人的大脑，系统服务器通过rs232通讯口与控制器相连，控制器与各传感器相连，控制器获取各传感器的状态，将各传感器的信息发送给系统服务器，系统服务器根据获取的传感信息，向控制器发送指令，完成堵料处理；所述系统服务器通过rj45网络接口与上下双面机器视觉机构相连，获取图片信息，然后对图片进行去噪处理，进行分析、推理、判断—判别，完成小麦质检机器人所有步骤的指挥协调。
所述舵机在前后腔隔板处堵料时运动并疏通堵料。喂料由智能方式控制，通过传感器传感的信息，系统可以判断是否堵料、是否空料、物料流动是否流畅均匀并能根据这些信息进行相应处理以保证喂料连续、稳定、均匀。
参照图6，所述传送机构1-5包括透明同步传送带1-5-1和同步传送轮1-5-2，所述同步传送轮1-5-2呈矩形布置在箱体1-1上，所述同步传送轮1-5-2上设有同步齿ⅰ，所述透明同步传送带1-5-1的边缘上设有同步齿ⅱ1-5-3，所述透明同步传送带1-5-1的同步齿ⅱ1-5-3与同步传送轮1-5-2的同步齿ⅰ装配连接，所述透明同步传送带1-5-1的上部分穿过上下双面机器视觉机构1-6。
参照图7，所述上下双面机器视觉机构1-6包括上机器视觉机构1-6-1、上无影光源1-6-2、上视觉底板1-6-3、下机器视觉机构1-6-4、下无影光源1-6-5和下视觉底板1-6-6，所述上机器视觉机构1-6-1、上无影光源1-6-2位于透明同步传送带1-5-1上侧后方，所述上视觉底板1-6-3设于透明同步传送带1-5-1下侧，且位于上无影光源1-6-2正下方，所述下机器视觉机构1-6-4、下无影光源1-6-5位于透明传送带1-5-1下侧前方，所述下视觉底板1-6-6设于透明同步传送带1-5-1上侧，且位于下无影光源1-6-5正上方。
参照图8，所述分拣机构1-7包括分拣传感器1-7-1、接料盒1-7-2、气针1-7-3和称重传感器1-7-4，所述分拣传感器1-7-1安装在接料盒1-7-2上部，且位于透明同步传送带1-5-1上方，所述气针1-7-3通过设有气阀的管路与气泵相连，且正对透明同步传送带1-5-1上的待拣样品1-7-5，所述称重传感器1-7-4安装在接料盒1-7-2下部，实现待拣样品1-7-5的称重。工作时，分拣传感器1-7-1感应待拣样品1-7-5，通过控制器控制气针1-7-3开启，将待拣样品1-7-5吹向接料盒1-7-2，并由称重传感器1-7-4称重。
本实施例中还设有导料条（图中未示出），所述导料条位于喂料机构1-2与传送机构1-4之间。
参照图9，一种利用所述人工智能小麦质检机器人对小麦进行质检的方法，包括以下步骤：
将小麦待检样品通过人工智能小麦质检机器人主体的入料口到达喂料机构，同时通过传感器负责检测喂料机构中待检样品的走料状态，如果出现堵料状况，传感器将堵料信息经控制器传送给系统服务器，由系统服务器通过控制器控制电压调制器，进而驱动喂料机构的振动器振动，由喂料机构将待检样品一颗颗送到传送机构，由传送机构将小麦待检样品送到上下双面机器视觉机构，通过上下双面机器视觉机构获取被测小麦样品原始图像，再通过在系统服务器上构建的支持图形处理的人工神经网络系统对每颗被测小麦样品原始图像进行算法处理，将每颗被测小麦样品的颜色、纹理、轮廓、尺寸等特征转化为特征信息值，输入人工神经网络系统，与神经元上存储的对应特征信息值进行比较，得到对应特征信息值的隶属度，再用s形判别函数根据对应特征信息值的隶属度进行判别，分类统计，通过分拣机构将不完善粒和并肩杂质分拣；最后，由传送机构将检测完成的样品输出到出料口，整个质检过程全部自动完成。
所述神经元上存储的对应特征信息值通过以下方式获取：将事先分类过的20000小麦样品（包括虫、芽、病、损、霉）经喂料机构、传送机构送至上下双面机器视觉机构下，上下双面机器视觉机构获取每颗小麦样品原始图像，通过支持图形处理的人工神经网络系统对每颗小麦样品原始图像进行算法处理，将小麦的颜色、纹理、轮廓、尺寸等特征转化为特征信息值，并存储在人工神经网络系统的神经元上，由此形成一个小麦特征信息库。
研究实践表明，利用本发明从获取小麦待检样品信息到完成检测判断，对每一颗小麦样品的检测时间不超过20毫秒，人工智能检测机器人检测一份50克的标准样品只需3-4分钟即可完成识别和数据统计分析。整个过程不需要人为干预，可有效解决靠人工感官检测的受人为因素和外界环境影响造成检测指标漂移的问题，同时，机器人对每一颗样品都逐一检测，不留检测盲点和死角。
本发明的实际检测准确性与重复性指标：
小麦不完善粒检测（以国标每份样本50克为例）
全部不完善粒，误差≤0.5%，重复误差≤0.3%；
虫蚀粒，误差≤0.5%，重复误差≤0.3%；
发芽粒，误差≤0.5%，重复误差≤0.3%；
病斑粒（赤霉粒），误差≤0.3%，重复误差≤0.2%；
病斑粒（黑胚），误差≤0.2%，重复误差≤0.1%；
破损粒（破碎），误差≤0.2%，重复误差≤0.1%；
霉变粒，误差≤0.3%，重复误差≤0.2%；
黄粒米，每1000粒误差小于1粒，重复误差为零。