近些年来,香菇产量的不断增长以及对香菇产业技术需求的不断增加对现代香菇食品加工行业提出越来越高的要求。自动化剪柄剪根可以有效缩短香菇食品加工的前期准备时间,减少香菇贮藏时间从而为消费者提供更好的食用口感。针对剪柄剪根生产线上的香菇姿态一致问题,本文提出了使用气流排列香菇的新方法,可以实现香菇菌柄朝向一致的要求,以提高剪柄剪根的工作效率。论文将围绕气流排列香菇装置的设计、香菇的动力学建模、动力学模型在虚拟现实技术中的应用、空气动力系数的建立以及蒙特卡洛参数优化进行研究。首先,利用SolidWorks三维建模软件建立设计的剪柄剪根装置模型,并应用3D打印制造方式制作出了气流排列的风筒模型,然后与所设计的气流控制系统相结合,完成气流排列香菇实验平台的搭建。实验结果证明了该装置可以在不损伤香菇外形的同时调整香菇的姿态,使其在气流中保持菌柄向上的稳定状态。为了从理论上分析该装置的功能,建立了香菇在气流中的动力学模型,来分析其在流场中的运动状态,从而评估该方法是否有效可行。鉴于动力学方程理论发展成熟,并且经过不断完善和改进在求解动态变化规律上显示出了更好的适用性,本文使用牛顿-欧拉方程来计算香菇的运动参数。虚拟现实技术利于香菇运动状态可视化,因此将虚拟现实应用到本研究的动力学模型中,便于观察香菇的运动变化过程。针对运动方程的计算需要香菇在气流中所受力和力矩的问题,本文基于计算流体力学方法,计算了各个风速下不同香菇姿态的力和力矩,得到了香菇的空气动力系数。结合本文选取的线性插值法作为查找表的建立方法,建立了香菇的空气动力系数查找表,实现了输入风速和香菇的迎角就能输出香菇的力和力矩的目的。同时,力和力矩作为运动方程的输入能够得出给定风速下的运动参数,运动参数反馈到动力学模型的输入端,最终得到香菇的运动状态。动力学模型呈现出香菇运动状态与气流之间的关系后,证明了该装置所需的稳定状态,是香菇的菌柄保持向上的姿态。将不同的初始状态及其相应的运动状态进行对比,得出了当香菇旋转落入通风管道时,菌柄朝上是更稳定的平衡状态。然后,通过蒙特卡洛模拟方法对本装置进行优化,对仿真结果中的菌柄朝上时的位移区间以及区间内菌柄朝上的数量进行分析,以使香菇在适当的通风管道长度和风速下实现较高的菌柄向上概率。最终说明本文设计的气流排列香菇装置可以有效地用于香菇排列之外,还可以不挫伤香菇表皮,提高香菇的排列效率。同时机器视觉可以应用于设计的装置中,既可以实时检测香菇姿态又能跟踪香菇位置,便于在后续的修剪和分离设备中进一步应用。