李勇 龔德虎 弋為 陳艷

摘要：當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)淡水魚(yú)的加工的主要特點(diǎn)不僅含水量大，而且伴隨而來(lái)的副產(chǎn)物的比例也是很高的，淡水魚(yú)肌肉部分僅為魚(yú)體總重量的百分之三十到百分之五十，副產(chǎn)物卻占到魚(yú)體總重的百分之五十到百分之七十，而且副產(chǎn)物中魚(yú)頭的比例又最高為魚(yú)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(huì)徒增所需的存貨空間而且也會(huì)增加儲(chǔ)存成本，且魚(yú)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(huì)在低溫保存過(guò)程中增殖，魚(yú)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(duì)新鮮的活魚(yú)進(jìn)行加工和預(yù)處理是絕對(duì)有必要的。在國(guó)內(nèi)水產(chǎn)品市場(chǎng)中，大多數(shù)魚(yú)被捕撈，然后以新鮮狀態(tài)直接加工，并投放市場(chǎng)或下一步加工。即本課題擬基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)設(shè)計(jì)一種魚(yú)體分割裝置，能對(duì)魚(yú)頭魚(yú)尾進(jìn)行自動(dòng)化切離和分割，同時(shí)可根據(jù)魚(yú)體大小自動(dòng)定位和調(diào)整切割位置，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化對(duì)淡水魚(yú)的加工。

關(guān)鍵詞：機(jī)械視覺(jué)淡水魚(yú)魚(yú)體切割 ?PLC控制系統(tǒng)

一、研究目的

現(xiàn)今隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，主打魚(yú)類食品的餐館對(duì)魚(yú)類的需求也明顯提升。目前中國(guó)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(duì)魚(yú)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(duì)原材料的利用率不高，加工時(shí)可能切除掉魚(yú)體本身的一些具有食用價(jià)值的部分，對(duì)于淡水魚(yú)的綜合加工，主要面臨的問(wèn)題大致可分為三大類，即去鱗，去頭和去內(nèi)臟。國(guó)外的機(jī)械加工比國(guó)內(nèi)的發(fā)展是更先進(jìn)的，國(guó)外的淡水魚(yú)加工正在向完全工業(yè)化所靠攏;尤其是在歐洲，美國(guó)和日本。這些國(guó)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(guó)相關(guān)研究人員的研究仍在努力研究魚(yú)頭魚(yú)尾的切除設(shè)備。雖說(shuō)有特殊去皮設(shè)備的許多專利，并且有些設(shè)備可以同時(shí)去除頭部和尾部，但是盡管已經(jīng)完成了簡(jiǎn)單預(yù)處理，但是相關(guān)設(shè)備還是存在許多問(wèn)題如：大多數(shù)設(shè)備不是由大型淡水魚(yú)加工的。圓鋸片主要用作加工工具，魚(yú)體資源沒(méi)有得到充分利用。大多數(shù)設(shè)備無(wú)法移開(kāi)魚(yú)尾等。但也不能說(shuō)國(guó)內(nèi)的機(jī)械加工完全沒(méi)有發(fā)展，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)機(jī)械化的加工和對(duì)魚(yú)鱗的處理的準(zhǔn)確性正在逐步提升，所以我們應(yīng)在魚(yú)鱗去除的基礎(chǔ)上對(duì)魚(yú)頭和魚(yú)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(yú)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(guò)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(dòng)強(qiáng)度。

2、現(xiàn)市面上大多都是一個(gè)切除魚(yú)頭或者魚(yú)尾的單個(gè)個(gè)體裝置，本課題所設(shè)計(jì)的裝置可同時(shí)切除魚(yú)頭和魚(yú)尾，并且是大部分是由機(jī)器來(lái)完成，減小對(duì)人力的依賴。

三、研究?jī)?nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題

研究?jī)?nèi)容

本課題基于機(jī)械視覺(jué)對(duì)淡水魚(yú)進(jìn)行魚(yú)體切割分離，由于魚(yú)類的種類繁多，在切除時(shí)以最大限度的情況下來(lái)保留魚(yú)肉質(zhì)量。主要研究?jī)?nèi)容如下：

（1）機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的構(gòu)建。該裝置包括視覺(jué)系統(tǒng)硬件部分與軟件部分。硬件部分通過(guò)圖像采集實(shí)際需要和淡水魚(yú)的魚(yú)體長(zhǎng)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(shí)對(duì)淡水魚(yú)圖像進(jìn)行灰度化、去噪、形態(tài)學(xué)等預(yù)處理后，研究對(duì)比目前幾種典型的圖像處理方法，針對(duì)不同尺寸的魚(yú)體進(jìn)行掃描，檢測(cè)魚(yú)體的長(zhǎng)度，確定魚(yú)體分割位置。

（2）淡水魚(yú)魚(yú)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(yú)體調(diào)整裝置、可收縮式圓軸傳送帶和切割刀具以及魚(yú)體的固定蓋組成，通過(guò)第一段豎直小滑輪傳送帶裝置來(lái)對(duì)魚(yú)體篩選，之后銜接對(duì)魚(yú)體的調(diào)整裝置對(duì)魚(yú)體方向上的調(diào)整，然后通過(guò)機(jī)械視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)對(duì)魚(yú)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(duì)魚(yú)體進(jìn)行切割。

（3）淡水魚(yú)魚(yú)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(lái)取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時(shí)、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(jiǎn)單等特點(diǎn)。通過(guò)PLC控制，使各個(gè)機(jī)械裝置之間的工作運(yùn)行，保持更好的動(dòng)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(wèn)題：

（1）淡水魚(yú)魚(yú)體的定向

淡水魚(yú)加工之前，往往是許多大小不等的魚(yú)在傳輸過(guò)程中魚(yú)體方向不一，如若人工去進(jìn)行定向過(guò)于消耗人力和時(shí)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(guò)程中對(duì)魚(yú)體的固定

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

四、總結(jié)

為了選擇最優(yōu)淡水魚(yú)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(yú)的魚(yú)體分割的實(shí)用性，經(jīng)過(guò)多次模擬實(shí)驗(yàn)選擇淡水魚(yú)魚(yú)體分離裝置的材料及，尺寸。我們閱讀并研究關(guān)于淡水魚(yú)魚(yú)體分離的文獻(xiàn)資料，以進(jìn)一步了解淡水魚(yú)魚(yú)體切割，去頭，去尾的機(jī)械加工，并且構(gòu)畫出淡水魚(yú)魚(yú)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(cè)試;學(xué)習(xí) ANSYS 軟件，利用 ANSYS 軟件進(jìn)行機(jī)器人在淡水魚(yú)在加工流程上的力學(xué)分析;根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，選擇機(jī)械加工淡水魚(yú)切割的機(jī)器的最優(yōu)尺寸及材料，最后將淡水魚(yú)魚(yú)體分割裝置系統(tǒng)用于工廠實(shí)際運(yùn)用，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并找到解決辦法來(lái)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(lái)源：課題經(jīng)費(fèi)來(lái)源于2020年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)省級(jí)項(xiàng)目：基于機(jī)器視覺(jué)的淡水魚(yú)魚(yú)體分割裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)，（項(xiàng)目編號(hào)：S202111798003）。