基于图像识别系统的智能淡水鱼自动骨肉开片机的制作方法

本发明属于鱼肉切割设备
技术领域：
，具体涉及基于图像识别系统的智能淡水鱼自动骨肉开片机。
背景技术：
：淡水鱼是我国传统的食物来源之一，有着极悠久的食用史。由于淡水鱼具有品种众多、体态多样、鳞滑多刺、皮娇肉嫩的特性，导致其加工复杂，尤其是进行机械化宰杀，难度比畜禽要大得多。过去由于我国工业技术水平的限制，加上劳动力成本较低，一直都是采用家庭或小作坊式的小规模加工，所采用的淡水鱼加工设备仅仅减少了一小部分工序，所需人工并没有有效减少；尤其是淡水鱼的开片、剖腹仍需要大量的人工来操作，技术要求很高。目前现有的淡水鱼骨肉开片加工存在以下不足：1、由于工作环境涉及大量的水，人手需长期浸泡在水中，并且为了鱼产品的品质和保鲜的需要，工作温度要求在15℃以下，在这种低温高湿的环境中，工人极易患风湿关节炎等疾病，导致技术工人越来越难找，人工成本不断攀升，进而增加了淡水鱼加工的生产成本；2、现有的淡水鱼加工机械较为简单，在实际应用中存在诸多问题。例如鱼的脊骨是一条曲线形，靠近头的部分脊骨较宽粗，而越往尾部越窄，如使用等宽的刀具会使价值较低的脊骨附着较多的鱼肉，得到的鱼大片体积较小，而售价最高的鱼大片却减少了重量，从而降低了总体的经济价值，并且它的外观也不好，影响到商品的销售。3、不同种类的鱼的体态相差很大，现有的加工设备一般只能针对同种类型和近似大小的鱼进行切割，通用性较差。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种基于图像识别系统的智能淡水鱼自动骨肉开片机，该自动骨肉开片机利用图像识别系统，能够控制旋转刀的切割宽度，沿鱼形体的流线进行切割，获得的鱼大片鱼肉体积大，鱼脊骨和鱼肉分别比较完整，保证切割鱼的经济价值得到最大化。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于图像识别系统的智能淡水鱼自动骨肉开片机，包括机架，其特征在于：所述机架上分别安装有送鱼机构、摄像机构、切割机构、执行机构和控制机构；其中，所述送鱼机构包括一个水平安装在机架上的水平传送带和两个竖向安装在机架上的垂直传送带，两个垂直传送带位于水平传送带的尾端且对称设置，所述水平传送带的相对两侧设置有用于支撑鱼体使鱼体竖向进入水平传送带和垂直传送带的鱼体扶正架，所述鱼体扶正架固定安装在机架上，两个鱼体扶正架之间与两个垂直传送带之间形成鱼体竖向运动的通道；所述摄像机构包括摄像背板和摄像头，摄像背板和摄像头分别设置在水平传送带的相对两侧的鱼体扶正架的外侧，摄像背板竖向设置，摄像头正对摄像背板设置，摄像头拍摄进入水平传送带上鱼的图像信息，摄像背板和摄像头均固定在机架上；所述切割机构位于所述送鱼机构的尾端，所述切割机构包括两个用于切割由所述送鱼机构竖向送来的鱼的旋转刀，两个旋转刀竖向设置且位于两个垂直传送带的正后方，两个旋转刀上均固定安装有旋刀转轴，两个旋刀转轴分别转动安装在两个旋刀轴承架上，其中一个旋刀轴承架固定安装在切刀活动底板上，所述旋刀转轴通过动力皮带与传动轴传动连接，所述传动轴通过皮带轮与动力电机传动连接；所述切刀活动底板的两个对角位置处分别开设通孔和条形孔，所述通孔处安装有活动底板转轴供切刀活动底板绕活动底板转轴转动，所述条形孔处安装有用于控制切刀活动底板转动角度的滑动轴，活动底板转轴和滑动轴均固定在机架上，所述切刀活动底板上还连接有控制切刀活动底板在条形孔的长度方向转动的底板转动控制装置，所述底板转动控制机构包括步进电机，所述步进电机的输出轴端部固定连接有螺杆，所述螺杆的外侧螺纹连接有螺纹块，所述螺纹块与长圆形限位圈连接，所述长圆形限位圈套接在立杆上，所述立杆固定安装在切刀活动底板；所述摄像头的信号输出端与控制机构的之间信号连接，将摄像头采集到的图像信息经过控制机构处理后传输给与所述控制机构信号连接的执行机构，所述执行机构与旋转编码器连接，所述旋转编码器与一个垂直传送带连接用于将执行机构传输的电信号转化成垂直传送带的步进前进量，所述旋转编码器与一个垂直传送带的连接，所述旋转编码器将电信号转化成垂直传送带的步进前进量，用于精确定位鱼体的前进位移，所述执行机构还与所述切割机构的步进电机信号连接，通过控制步进电机实现切刀活动底板的水平转动，从而控制与安装在切刀活动底板上的旋转刀的切割时沿鱼的脊骨流线形结构进行切割。优选地，所述控制机构为计算机，所述执行机构具体为stm32单片机，所述stm32单片机与所述计算机之间通过信号线信号连接。优选地，所述机架的上面靠近垂直传送带尾端的位置还安装有光电传感器，所述光电传感器与所述执行机构之间信号连接，所述光电传感器通过光电转换用来确定鱼体位置的坐标零点。优选地，所述摄像机构还包括照明灯，所述照明灯安装在机架的上面靠近摄像头的位置，所述摄像头的影像采集方向与照明灯的照明方向相同，均朝向摄像背板，所述摄像背板的角落上还贴有固定大小的黑白交替的方格。优选地，所述底板转动控制机构包括步进电机，所述步进电机的输出轴端部固定连接有螺杆，所述螺杆的外侧螺纹连接有螺纹块，所述螺纹块与长圆形限位圈连接，所述长圆形限位圈套接在立杆上，所述立杆固定安装在切刀活动底板。优选地，所述切割机构还包括两个鱼大片收集箱和两个大片驱动轮，两个大片驱动轮竖直安装在机架上，分别位于两个旋转刀旁侧靠近切鱼的一侧，切割后的鱼大片绕驱动轮转动而送入鱼大片收集箱，鱼大片收集箱设置在大片驱动轮远离旋转刀的一侧。优选地，所述切割机构还包括两个黑膜毛刷，所述黑膜毛刷分别转动连接在机架上面靠近鱼大片驱动轮的位置用于将鱼的腹部的黑色的薄膜刷去。优选地，所述机架上面靠近两个黑膜毛刷的位置分别转动连接有两个清理梳，通过所述清理梳完成对附着在黑膜毛刷上的黑膜进行清理，同时也具有导向作用。本发明与现有技术相比具有以下优点：1、本发明通过设置了摄像头、摄像背板以及照明灯组成的摄像机构，利用摄像头完成对淡水鱼的图像识别，进而将图像信息传给控制机构确立对淡水鱼的加工的最佳参数，将该参数通过控制机构处理转化成切割机构的动力电机和步进电机的运转参数，便于对不同种类的淡水鱼和不同大小的淡水鱼进行骨肉开片的切割，使加工后获得的鱼肉的经济性及外观品质得到提高。2、本发明在机架上通过旋刀轴承架安装有两个旋转刀，两个旋转刀之间为淡水鱼切割时的通道，该旋转刀之间为完全平滑的部分，由于没有轴的限制，鱼的脊骨就可以从两片刀片的中间穿过，不受轴的高度限制，使得整个旋转刀都可以利用上，因此比传统转刀直径缩小了近一半，由于旋转刀的直径小，这样就有效地降低了刀片的抖动和噪声问题，切割的精度也有所提高，肉屑的损耗也会减小，进一步提高了加工质量。3、本发明的旋转刀利用切刀活动底板转动连接在机架上，切刀活动底板会绕活动底板转轴转动，从而带动它上面的旋转刀也随着转动，从而使切割淡水鱼的切割能够沿其身体流线曲线进行，同时各种不同种类淡水鱼的脊骨数据都贮存在计算机的数据库中，当计算机的图像识别软件对摄像机构所摄的照片进行处理后，就从数据库中取出相应的鱼脊骨的曲线参数，生成控制机构控制步进电机的动作参数，然后通过切刀活动底板转动调整两个旋转刀之间的间距，完成不同类型的鱼的精准切割。4、本发明在机架上还安装有黑膜毛刷，通过黑膜毛刷刷除鱼腹腔内的黑膜，同时黑膜毛刷的停、转，以及转速也都是由计算机终端程序控制，在其旋转时，还有引导鱼大片向确定方向运行的功效，此外还安装有清理梳，通过清理梳清理掉附着在黑膜毛刷上的黑膜，并也有导向的作用。附图说明图1是本发明整体结构示意图。图2是本发明底板转动控制装置和切刀活动底板的连接结构示意图。图3是鱼的脊骨示意图。图4是根据鱼的脊骨到鱼尾的长度与脊骨的半宽度之间的数据拟合的曲线。附图标记说明：1-摄像背板；2-鱼体扶正架；3-水平传送带；4-垂直传送带；5-旋刀轴承架；6-动力皮带；7-传动轴；8-旋转刀；9-鱼脊骨；10-动力电机；11-皮带轮；12-步进电机；13-螺杆；14-切刀活动底板；15-鱼大片收集箱；16-鱼大片；17-大片驱动轮；18-摄像头；19-照明灯；20-光电传感器；21-旋转编码器；22-黑膜毛刷；23-清理梳；24-活动底板转轴；25-滑动轴；26-螺纹块；27-长圆形限位圈；28-立杆。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如图1和图2所示，本实施例的基于图像识别系统的智能淡水鱼自动骨肉开片机包括机架，所述机架上分别安装有送鱼机构、摄像机构、切割机构、执行机构和控制机构；其中，所述送鱼机构包括一个水平安装在机架上的水平传送带3和两个竖向安装在机架上的垂直传送带4，两个垂直传送带4位于水平传送带3的尾端且对称设置，所述水平传送带3的相对两侧设置有用于支撑鱼体使鱼体竖向进入水平传送带3和垂直传送带4的鱼体扶正架2，所述鱼体扶正架2固定安装在机架上，两个鱼体扶正架2之间与两个垂直传送带4之间形成鱼体竖向运动的通道；所述机架上靠近垂直传送带4尾端的位置还安装有光电传感器20，所述光电传感器20与所述执行机构之间信号连接，所述光电传感器20通过光电信号来确定鱼体位置的坐标零点；所述摄像机构包括摄像背板1和摄像头18，摄像背板1和摄像头18分别设置在水平传送带3的相对两侧的鱼体扶正架2的外侧，摄像背板1竖向设置，摄像头18正对摄像背板1设置，摄像头18拍摄进入水平传送带3上鱼的图像信息，摄像背板1和摄像头18均固定在机架上；所述切割机构位于所述送鱼机构的尾端，所述切割机构包括两个用于切割由所述送鱼机构竖向送来的鱼的旋转刀8，两个旋转刀8竖向设置且位于两个垂直传送带4的正后方，两个旋转刀8上均固定安装有旋刀转轴，两个旋刀转轴分别转动安装在两个旋刀轴承架5上，其中一个旋刀转轴转动安装在旋刀轴承架5上，旋刀轴承架5固定安装在切刀活动底板14上，所述旋刀转轴通过动力皮带6与传动轴7传动连接，所述传动轴7通过皮带轮11与动力电机10传动连接；所述切刀活动底板14的两个对角位置处分别开设通孔和条形孔，所述通孔处安装有活动底板转轴24供切刀活动底板14绕活动底板转轴24转动，所述条形孔处安装有用于控制切刀活动底板14转动角度的滑动轴25，活动底板转轴24和滑动轴25均固定在机架上，所述切刀活动底板14上还连接有控制切刀活动底板14在条形孔的长度方向转动的底板转动控制装置，所述底板转动控制机构包括步进电机12，所述步进电机12的输出轴端部固定连接有螺杆13，所述螺杆13的外侧螺纹连接有螺纹块26，所述螺纹块26与长圆形限位圈连接，所述长圆形限位圈27套接在立杆28上，所述立杆28固定安装在切刀活动底板14；通过两个底板转动控制装置能够同时控制两个旋转刀的切割曲线的微调作用。所述摄像头18的信号输出端与控制机构的之间信号连接，将摄像头18采集到的图像信息经过控制机构处理后传输给与所述控制机构信号连接的执行机构，所述执行机构与旋转编码器21连接，所述旋转编码器21与一个垂直传送带4的连接，所述执行机构还与所述切割机构的步进电机12信号连接，具体地，旋转编码器21的旋转轴与垂直传送带4的驱动轮同轴连接，所述旋转编码器21能够实现垂直传送带4的步进前进量和电信号之间的转化，旋转编码器21将垂直传送带4步进前进量转化为电信号通过通过执行机构反馈给控制机构，控制机构根据反馈的位移信息实时可知鱼体所到达的位置，当鱼进入切割机构，从而控制机构发出指令让执行机构准确地控制切割机构的步进电机12动作，通过控制步进电机12实现切刀活动底板14的水平转动，从而控制与安装在切刀活动底板14上的旋转刀8的切割时沿鱼的脊骨流线形结构进行切割。本实施例中，所述控制机构为计算机，所述执行机构具体为stm32单片机，所述stm32单片机与所述计算机之间通过信号线信号连接。本实施例中，所述摄像机构还包括照明灯19，所述照明灯19安装在机架的上面靠近摄像头18的位置，所述摄像头18的影像采集方向与照明灯19的照明方向相同，均朝向摄像背板1，所述摄像背板1的上角落上还贴有固定大小的黑白交替的方格；摄像背板1和照明灯19设置的目的是提高图像识别的准确率，灯光的亮度和灯的色温都会对图像识别的准确率有影响，需要根据鱼的色泽和鳞片的反光选择合适的光源及能无级调节光照的亮度，在摄像背板1上角落上的固定大小的黑白交替的方格，方格的尺寸大小是确定的，通过这些已知大小的方格和鱼图像相比较，就可识别和计算出鱼种类和鱼的大小，经过控制机构的计算机或者与计算机自带的数据库记录的数据进行比对，就能得出切割机构动力电机10和步进电机12的运行的参数值。本实施例中，所述切割机构还包括两个鱼大片收集箱15和两个大片驱动轮17，两个大片驱动轮17竖直安装在机架上，分别位于两个旋转刀8旁侧靠近切鱼的一侧，切割后的鱼大片16绕驱动轮17转动而送入鱼大片收集箱15，鱼大片收集箱15设置在大片驱动轮17远离旋转刀8的一侧。本实施例中，所述切割机构还包括两个黑膜毛刷22，所述黑膜毛刷22分别转动连接在机架上面靠近鱼大片驱动轮17的位置用于将鱼的腹部的黑色的薄膜刷去。本实施例中，所述机架上面靠近两个黑膜毛刷22的位置分别转动连接有两个清理梳23，通过所述清理梳23完成对附着在黑膜毛刷上的黑膜进行清理，同时也具有导向作用。本实施例中，动力皮带6采用橡胶带，橡胶带有过载自我调节的功能，在旋转刀8因故被卡住或负载过大的情况下，可以通过主动打滑，减缓过大的扭力，确保不会损坏旋转刀8、皮带轮11和动力电机10，使机器的无故障使用率提高。综上，使用时，选择体型大小相差不大的各种淡水鱼进行骨肉开片，首先先对鱼进行除鳞、切头、去内脏等初步处理工序，然后将初处理后的鱼放在水平传送带3上面，在水平传送带3以及鱼体扶正架2的作用下使鱼体竖向传送，同时摄像机构的摄像头18以及摄像背板1的作用下进行图像信息采集，将图像信息传输至控制机构的计算机，经过计算机识别鱼的种类，然后在数据库中调取相关鱼的脊骨曲线方程信息，根据调取的相关信息就能得出最佳的步进电机12的运行工作参数，然后将这些参数通过can总线传送给stm32单片机，通过stm32单片机控制步进电机12驱动切割机构进行鱼骨肉的切割分离；切割分离的具体过程为动力电机10通过皮带轮11的作用将动力传输至传动轴7，传动轴7同样通过动力皮带6将动力传送至两个旋转刀8，控制旋转刀8的切割，同时，步进电机12转动带动螺杆13转动，螺杆13转动过程中带动长圆形限位圈27位置变化，在长圆形限位圈27的作用下使得切刀活动底板14绕活动底板转轴24在条形孔内转动，并由滑动轴25限位控制，进而带动旋转刀8位置变化，完成鱼的流线形曲线切割的位置调整，开始切割；切割时鱼大片16沿着旋转刀8两侧分开，在大片驱动轮17以及黑膜毛刷22的作用下对鱼大片16进行分离处理后进入鱼大片收集箱15进行收集，鱼脊骨9通过两个旋转刀8的间隙后掉落至机架下面进行收集，即可完成鱼骨肉切割开片分离过程，便捷高效，便于推广使用。本实施例对多种淡水鱼的脊骨数据库的建立采用以下方法，该方法为现有技术，为便于理解本发明的技术方案，进行以下详细阐述：鱼的脊骨如图3所示，以设鱼头的切割下的第一节脊骨的中轴点为坐标的原点，脊骨延伸向尾部为x轴，脊骨的半宽度为y轴，我们以此为坐标系构建两者的数学关系。由鱼的生理结构上我们可知，从鱼的胸鳍到鱼的肛门部位即鱼的腹腔段，脊骨虽然也是渐窄的，但为了支撑鱼的整体体重，并且不使腹腔内的内脏过份地晃动，其脊骨粗壮并且变化较小，由于鱼尾摆动是鱼游动的主要动力，胸鳍、腹鳍、和臀鳍只起调姿和平衡的作用，所以这一段尾部鱼的脊骨较快地变得窄且阔，以便于鱼尾大幅度地摆动。即使同一种鱼、相同大小的不同的个体，它们的脊骨数值也是存在着差异的，所以需要以统计的方法提取各种某种鱼所需的数据，剔除非正常鱼造成的粗差。假定鱼的脊骨垂向投影宽度数值符合高斯分布(正态分布)，取相似大小的鱼若干条，剖解后得出这些鱼长度与脊骨宽度的数值，脊骨宽度的值是一个随机变量，由于它们符合高斯分布，我们可以通过相关的公式算出它们的数学期望(平均值)和样本标准差，由于数值落在2个标准差内的概率为95.4％，我们将删除2个标准差之外的数据。将它们的数学期望作为宽度值。在本实例中，我们依此方式对数据进行了处理，得出如下一组数值，并通过最小二乘法求出它们的多项式方程，并通过这个方程，控制两旋转刀的间距，从而对鱼进行精确地切割。表1青鱼的脊骨到鱼尾的长度与脊骨的半宽度之间的数据脊骨到鱼尾的长度(单位：mm)脊骨的半宽度(单位：mm)01510142013.45012.410011.515011200102509300835074005.545045003对表1中数据采用excel软件自带的数据处理软件就能得出青鱼的多项式方程的各常数项系数，这里多项式次数我们选择4，所得出的方程为y＝14.624+0.0527x+0.0003x2-8e-07x3+7e-10x4，x是鱼的长度数值，也就是旋转编码器给出的垂直传动带的步进量的数值，代入上述方程，就能算出脊骨半宽度y的值，该值乘2就是两个旋转刀8的间距，所以我们只要记住该方程的5个系数，如0次项a0＝14.624,a1,a2,a3a4,就可以算出这种鱼脊骨随鱼体长度变化的数值，不同的鱼只是这个方程的系数不同而已，所以我们只要贮存少量的数据，就能知道整条鱼的切割曲线，当图像识别分辨出是某种鱼时，选择与之相关的其它几个系数就可以了。采用上述方法将多种淡水鱼的鱼的脊骨到鱼尾的长度与脊骨的半宽度拟合的曲线信息建立数据库进行储存，待与摄像机构采集到相应种类鱼时，调取该信息，并将该曲线信息传给sttm32单片机，sttm32单片机根据旋转编码器21将垂直传送带4的步进前进量转化为电信号传输给sttm32单片机，再反馈给计算机，用于实时获得鱼体所到达的位置，从而使得计算机给sttm32单片机发出指令，控制步进电机12的转动，从而实现切刀活动底板14绕绕活动底板转轴24在条形孔内转动，实现旋转刀8沿鱼脊骨切割，就能精确控制鱼的切割宽度。在该计算方程中，其中r2＝0.9973，就说明它的相关系数是很好的，和实际结果误差很小，这点由拟合图形也可以看出。由于方程的自变量只有一个，方程简洁，通过计算机很容易很快速地得到测量结果，无滞后性，对于不同鱼的大小，可采用比例系数或牛顿插值等算法处理。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。当前第1页12