基于機(jī)器視覺的淡水魚魚體分割裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李勇 龔德虎 弋為 陳艷

摘要：當(dāng)前國內(nèi)對淡水魚的加工的主要特點(diǎn)不僅含水量大，而且伴隨而來的副產(chǎn)物的比例也是很高的，淡水魚肌肉部分僅為魚體總重量的百分之三十到百分之五十，副產(chǎn)物卻占到魚體總重的百分之五十到百分之七十，而且副產(chǎn)物中魚頭的比例又最高為魚體總重的百分之二十四到百分之三十四。如果未加工就將其先冷藏，不僅會徒增所需的存貨空間而且也會增加儲存成本，且魚的內(nèi)臟中含有大量細(xì)菌，其中包含許多耐低溫的細(xì)菌，因此很容易變質(zhì)，細(xì)菌會在低溫保存過程中增殖，魚的肉質(zhì)纖維斷裂，易腐爛、發(fā)臭從而影響之后的銷售和加工。所以，對新鮮的活魚進(jìn)行加工和預(yù)處理是絕對有必要的。在國內(nèi)水產(chǎn)品市場中，大多數(shù)魚被捕撈，然后以新鮮狀態(tài)直接加工，并投放市場或下一步加工。即本課題擬基于機(jī)器視覺技術(shù)設(shè)計(jì)一種魚體分割裝置，能對魚頭魚尾進(jìn)行自動化切離和分割，同時可根據(jù)魚體大小自動定位和調(diào)整切割位置，從而實(shí)現(xiàn)自動化對淡水魚的加工。

關(guān)鍵詞：機(jī)械視覺淡水魚魚體切割 ?PLC控制系統(tǒng)

一、研究目的

現(xiàn)今隨著我國的經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，主打魚類食品的餐館對魚類的需求也明顯提升。目前中國漁業(yè)已經(jīng)發(fā)展成了較為完善的產(chǎn)業(yè)體系，但是對魚體的切割分離處理加工的機(jī)械化程度還處于較低的水平，現(xiàn)有設(shè)備效率低，對原材料的利用率不高，加工時可能切除掉魚體本身的一些具有食用價值的部分，對于淡水魚的綜合加工，主要面臨的問題大致可分為三大類，即去鱗，去頭和去內(nèi)臟。國外的機(jī)械加工比國內(nèi)的發(fā)展是更先進(jìn)的，國外的淡水魚加工正在向完全工業(yè)化所靠攏;尤其是在歐洲，美國和日本。這些國家憑借其強(qiáng)大的工業(yè)機(jī)械基礎(chǔ)，正在促進(jìn)水產(chǎn)品加工業(yè)中機(jī)械化的快速發(fā)展，但是中國相關(guān)研究人員的研究仍在努力研究魚頭魚尾的切除設(shè)備。雖說有特殊去皮設(shè)備的許多專利，并且有些設(shè)備可以同時去除頭部和尾部，但是盡管已經(jīng)完成了簡單預(yù)處理，但是相關(guān)設(shè)備還是存在許多問題如：大多數(shù)設(shè)備不是由大型淡水魚加工的。圓鋸片主要用作加工工具，魚體資源沒有得到充分利用。大多數(shù)設(shè)備無法移開魚尾等。但也不能說國內(nèi)的機(jī)械加工完全沒有發(fā)展，近年來，國內(nèi)機(jī)械化的加工和對魚鱗的處理的準(zhǔn)確性正在逐步提升，所以我們應(yīng)在魚鱗去除的基礎(chǔ)上對魚頭和魚尾的加工進(jìn)行進(jìn)一步的發(fā)展。

二、研究意義

1、目前淡水魚的篩選大部分是由人力完成的，優(yōu)點(diǎn)是雖然篩選的精準(zhǔn)度高，但是消耗的人力和物力都是較大的。通過一套機(jī)械的篩選系統(tǒng)，雖然篩選的精確度不及人工的篩選，可以減輕人力的消耗、減輕人工的負(fù)擔(dān)、降低工人的勞動強(qiáng)度。

2、現(xiàn)市面上大多都是一個切除魚頭或者魚尾的單個個體裝置，本課題所設(shè)計(jì)的裝置可同時切除魚頭和魚尾，并且是大部分是由機(jī)器來完成，減小對人力的依賴。

三、研究內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題

研究內(nèi)容

本課題基于機(jī)械視覺對淡水魚進(jìn)行魚體切割分離，由于魚類的種類繁多，在切除時以最大限度的情況下來保留魚肉質(zhì)量。主要研究內(nèi)容如下：

（1）機(jī)器視覺系統(tǒng)的構(gòu)建。該裝置包括視覺系統(tǒng)硬件部分與軟件部分。硬件部分通過圖像采集實(shí)際需要和淡水魚的魚體長寬范圍進(jìn)行選型，主要包括工業(yè)相機(jī)、鏡頭、光源、計(jì)算機(jī)等。同時對淡水魚圖像進(jìn)行灰度化、去噪、形態(tài)學(xué)等預(yù)處理后，研究對比目前幾種典型的圖像處理方法，針對不同尺寸的魚體進(jìn)行掃描，檢測魚體的長度，確定魚體分割位置。

（2）淡水魚魚體分割裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該機(jī)械裝置由豎直小滑輪傳送帶裝置、魚體調(diào)整裝置、可收縮式圓軸傳送帶和切割刀具以及魚體的固定蓋組成，通過第一段豎直小滑輪傳送帶裝置來對魚體篩選，之后銜接對魚體的調(diào)整裝置對魚體方向上的調(diào)整，然后通過機(jī)械視覺系統(tǒng)來對魚體進(jìn)行定位，選擇可收縮的圓軸傳送帶是否進(jìn)行工作，從而對魚體進(jìn)行切割。

（3）淡水魚魚體分割裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。采用PLC進(jìn)行控制，用PLC控制系統(tǒng)來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。通過PLC控制，使各個機(jī)械裝置之間的工作運(yùn)行，保持更好的動作銜接，保證各項(xiàng)工作之間能夠順利的進(jìn)行。

所需擬解決的關(guān)鍵問題：

（1）淡水魚魚體的定向

淡水魚加工之前，往往是許多大小不等的魚在傳輸過程中魚體方向不一，如若人工去進(jìn)行定向過于消耗人力和時間，所以本課題需要設(shè)計(jì)一套使其進(jìn)行定向的流程和裝置。

（2）加工過程中對魚體的固定

在加工過程時，篩選后對魚進(jìn)行魚頭魚尾切離是魚的固定也是一個需要解決的問題，在切除魚頭和魚尾時魚身所需承受一個兩邊所帶來的作用力使其可能在加工時從機(jī)器上跌落，但是在切除時又必須保持魚身的穩(wěn)定從而使頭尾切除時的作用力方向不變，雖然現(xiàn)已有裝置可以阻止魚的跳動，但是卻不能阻止其在切除時的滑動，所以本課題也將設(shè)計(jì)一種可以將魚體進(jìn)行固定的裝置。

四、總結(jié)

為了選擇最優(yōu)淡水魚切割裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)，結(jié)合實(shí)際淡水魚的魚體分割的實(shí)用性，經(jīng)過多次模擬實(shí)驗(yàn)選擇淡水魚魚體分離裝置的材料及，尺寸。我們閱讀并研究關(guān)于淡水魚魚體分離的文獻(xiàn)資料，以進(jìn)一步了解淡水魚魚體切割，去頭，去尾的機(jī)械加工，并且構(gòu)畫出淡水魚魚體分離加工流程的草圖，學(xué)習(xí) CAD 及圖像處理等軟件的使用，在軟件上建立試驗(yàn)裝置的模型并進(jìn)行模擬、測試;學(xué)習(xí) ANSYS 軟件，利用 ANSYS 軟件進(jìn)行機(jī)器人在淡水魚在加工流程上的力學(xué)分析;根據(jù)實(shí)測結(jié)果進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，選擇機(jī)械加工淡水魚切割的機(jī)器的最優(yōu)尺寸及材料，最后將淡水魚魚體分割裝置系統(tǒng)用于工廠實(shí)際運(yùn)用，發(fā)現(xiàn)問題并找到解決辦法來調(diào)整機(jī)器裝置，優(yōu)化機(jī)器設(shè)備，調(diào)整適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)各裝置的協(xié)調(diào)運(yùn)行，使機(jī)器完成工作任務(wù)達(dá)到最佳。

課題經(jīng)費(fèi)來源：課題經(jīng)費(fèi)來源于2020年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)省級項(xiàng)目：基于機(jī)器視覺的淡水魚魚體分割裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)，（項(xiàng)目編號：S202111798003）。