[发明专利]基于机器视觉的蘑菇自动采摘系统及方法

说明书

本发明公开一种基于机器视觉的蘑菇自动采摘系统及方法，该系统包括摄像头、主控系统、运动系统、气囊式机械手以及气泵。本发明解决了蘑菇人工采摘效率低、分类的质量不均以及现有采摘末端执行器易损伤蘑菇、变形适应能力差等问题，能够对复杂背景、具有严重粘连的蘑菇苗床图像进行处理，并通过气囊式机械手解决了采摘造成的蘑菇损伤问题。本发明为蘑菇工业化、自动化生产提供一种新方法，使蘑菇的生产从苗床管理到收获分类实现全部自动化，降低了生产成本，提高了分类质量。

技术领域

本发明涉及农业自动化生产技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的蘑菇自动采摘系统及方法。

背景技术

在果蔬生产作业中,收获采摘约占整个作业量的40％。采摘作业质量的好坏直接影响到果蔬的储存、加工和销售,从而最终影响市场价格和经济效益。加上果蔬的采摘与挑选都是劳动力密集型和时令性较强的工作,由自动化采摘系统来完成这些工作可以提高劳动生产率、解决劳动力的季节性不足、改善农业的生产环境提高作业质量等。早在上个世纪，在西方发达国家,食用蘑菇的生产主要集中在几个蘑菇生产基地,已形成大规模工业化生产。在我国，大面积蘑菇生产基地也在快速发展之中，不少生产基地已具有相当大的蘑菇生产规模。在蘑菇的生产过程中,它的采摘和分类是最后一道重要工序,传统方法都靠手工完成。由于手工作业的效率和分类的质量因工作人员的疲劳程度和依据标准不一,很难达到严格的分选要求。所以最后一道工序是蘑菇工业化生产过程中进一步降低生产成本,提高分类质量,保证最佳经济效益的制约因素。对于苗床蘑菇图像的处理，一方面由于泥土，杂草，光照不均以及大量菌丝等因素的干扰，使得图像背景十分复杂，处理难度较大；另一方面，蘑菇之间存在大量粘连的情况，要准确对蘑菇进行识别标记，必须对粘连蘑菇进行处理。采摘机构末端执行器是实现蘑菇采摘所需运动和附加功能的装置。由于蘑菇的外表较为脆弱,形状及生长状况复杂,因此末端执行器的设计通常被认为是采摘装置的核心技术之一。目前己开发出的农业自动化采摘装置有手指、吸引器、针、喷雾嘴,剪刀等各式各样的末端采摘执行器，但是由于蘑菇柔弱易破的特性导致用刚体抓取很容易损伤果实,粘有海绵、橡胶的刚体的变形适应能力也很有限。

发明内容

本发明的目的在于通过一种基于机器视觉的蘑菇自动采摘系统及方法，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于机器视觉的蘑菇自动采摘系统，该系统包括摄像头、主控系统、运动系统、气囊式机械手以及气泵；所述摄像头与主控系统连接，用于在所述主控系统控制下，获得苗床上蘑菇的观测图像R，并将所述观测图像R传输至所述主控系统；所述主控系统与运动系统连接，用于对收到的所述观测图像R进行实时显示，并对所述观测图像R进行处理，获得摄像头当前视野内蘑菇的个数、各个蘑菇的中心位置坐标(X_h,Y_h)及其大小，根据所述各个蘑菇的中心位置坐标(X_h,Y_h)确定气囊式机械手的运动轨迹Tr；所述运动系统与气囊式机械手连接，用于根据所述气囊式机械手的运动轨迹Tr，将气囊式机械手移动至蘑菇采摘位置采摘蘑菇，并将蘑菇放置于相应包装盒中，然后控制气囊式机械手运动至下一个蘑菇采摘位置进行蘑菇采摘，直至摄像头当前视野内的蘑菇采摘完毕；所述气泵与气囊式机械手连接，用于当气囊式机械手移动至蘑菇采摘位置时，在主控系统控制下给气囊式机械手充气，使气囊式机械手将蘑菇抓取。