CN114271309A - 一种鱼体头部分切装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种鱼体头部分切装置及方法，该装置包括：机架，依次设有上料位、识别位、切割位和下料位；传输机构，设于所述机架上，用于将鱼体从上料位输送至下料位；鱼体夹持机构，设有4个，分别安装在上料位、识别位、切割位和下料位，所述鱼体夹持机构包括可张合的剪叉爪；鱼头识别模块，设于机架的识别位，用于识别并标定鱼头和鱼身的分界线；切割机构，设于机架的切割位，用于按照鱼头识别模块标定的分界线切割鱼头。本发明借助机器视觉技术准确定位每一条淡水鱼的鱼头与鱼身分界线，并引导切割刀具适应不同体型的淡水鱼在切割位置实现准确切割，分离鱼头和鱼身。

Description

一种鱼体头部分切装置及方法

技术领域

本发明属于鱼加工技术领域，尤其涉及一种鱼体头部分切装置及方法。

背景技术

在我国淡水鱼产量日益增长的现状下，依靠普通个体户加工销售淡水鱼已经远远不能满足我国居民对大批量淡水鱼鱼肉制品的需求。而在淡水鱼的加工中，鱼头与鱼身的分离往往是必要且十分困难的一步。分离淡水鱼鱼头和鱼身后，有助于生产分类更为详细且附加价值更高的鱼类制品，如鱼糜和鱼骨粉等等。

当前，国内工厂往往依靠熟练工人手工分离淡水鱼的鱼头和鱼身。但是手工分离鱼身与鱼头存在以下缺陷：劳动强度大、工作效率低，而且鱼身与鱼头连接处脊柱骨骼尤为坚硬，不易于手工切除，操作难度大；同时，人工加工时环境卫生条件难以到达要求，易使产品受细菌污染，影响产品鲜度和品质；另外，当今社会随着劳动力逐渐紧张，劳动力成本成为企业难以承受的重大成本支出，手工分离需要聘请大量人工，人力成本大。因此，急需研发出一种能够自动分离淡水鱼鱼头和鱼身的装置。

目前也有一些机械分离鱼头和鱼身的装置，普遍采用机械一刀切式去头，但由于其无法完全实现准确定位鱼身和鱼头的分界线（即切除位置），而且不同淡水鱼鱼头长度和鱼身长度均不相同，从而导致机械一刀切式去头方式浪费鱼肉比较严重或去头不彻底，造成浪费。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种鱼体头部分切装置及方法，它借助机器视觉技术准确定位每一条淡水鱼的鱼头与鱼身分界线，并引导切割刀具适应不同体型的淡水鱼在切割位置实现准确切割，分离鱼头和鱼身。

第一方面，本发明提供一种鱼体头部分切装置，包括：

机架，依次设有上料位、识别位、切割位和下料位；

传输机构，设于所述机架上，用于将鱼体从上料位输送至下料位；

鱼体夹持机构，设有4个，分别安装在上料位、识别位、切割位和下料位，所述鱼体夹持机构包括可张合的剪叉爪；

鱼头识别模块，设于机架的识别位，用于识别并标定鱼头和鱼身的分界线；

切割机构，设于机架的切割位，用于按照鱼头识别模块标定的分界线切割鱼头。

可选的，该装置还包括设于所述机架上的转盘，所述传输机构驱动所述转盘每次旋转四分之一圈，4个鱼体夹持机构以所述转盘的圆心为中心呈圆周等距分布在所述转盘上。

可选的，所述鱼体夹持机构包括至少3个剪叉爪，分别用于加持鱼体的鱼头、鱼身和鱼尾。

可选的，所述切割机构包括第一支架、第一横向滑块、第一纵向滑块和圆盘刀片，所述第一横向滑块安装于第一支架上，且可沿横向做往复移动，所述第一纵向滑块安装于所述第一横向滑块上，且可沿纵向做往复移动，所述圆盘刀片固定安装于第一纵向滑块的端部。

可选的，该装置还包括设于所述机架下料位的夹取机构，所述夹取机构包括可张合的夹取爪，用于夹取切割后的鱼头或鱼身。

可选的，所述夹取机构还包括第二支架、设于第二支架上的第二纵向滑块、设于第二纵向滑块上的第二横向滑块和设于第二横向滑块上的竖向滑块，三个滑块分别沿纵向、横向和竖向做往复移动，所述夹取爪安装于所述竖向滑块的端部。

可选的，该装置还包括鱼头输送带和鱼身输送带，所述鱼头输送带用于放置来自夹取爪夹取的切割后的鱼头，所述鱼身输送带用于放置来自夹取爪夹取的切割后的鱼身。

可选的，所述鱼头识别模块包括相机和处理器，所述相机用于获取鱼体图像，所述处理器用于对获取的鱼体图像进行处理并识别和标定鱼头和鱼身的分界线。

第二方面，本发明提供一种基于上述鱼体头部分切装置的鱼体头部分切方法，包括以下步骤：

S1、先把鱼体放置于位于上料位的鱼体夹持机构上，通过剪叉爪夹紧鱼体；

S2、驱动转盘转动四分之一圈，此时各个鱼体夹持机构分别转动至下一工位，鱼头识别模块对转动至识别位的鱼体进行鱼头和鱼身分界线的识别和标定；

S3、再驱动转盘转动四分之一圈，此时各个鱼体夹持机构分别转动至下一工位，切割机构按照鱼头识别模块标定的分界线切割转动至切割位的鱼体的鱼头；

S4、继续驱动转盘转动四分之一圈，此时各个鱼体夹持机构分别转动至下一工位，夹取机构先夹取转动至下料位的切割后的鱼头至下一工序，再夹取位于下料位的切割后的鱼身至下一工序；

S5、再驱动转盘转动四分之一圈，此时各个鱼体夹持机构分别转动至下一工位，重复步骤S1-S4，即完成鱼体头部的连续切割。

可选的，所述鱼头和鱼身分界线的识别和标定包括以下步骤：

1、获取待加工鱼体图像，并对鱼体图像进行预处理；

2、图像检测与标定：将预处理后的鱼体图像数据送入训练好的基于matlab的faster-rcnn网络模型中进行检测，经过预训练Alexnet模型的提取特征处理，得到卷积特征图，利用RPN网络对提取的卷积特征图进行处理，基于RCNN模块，对边界框内的内容进行分类，调整边界框坐标，输出该区域的分类得分以及回归后的边界框坐标，在鱼体图像上用矩形框标注鱼头位置，建立图像坐标系与世界坐标系的变换关系模型进行坐标转换，对鱼头和鱼身的分界线进行标定。

本发明产生的有益效果是：本发明通过在各个工位设置鱼体夹持机构，通过剪叉爪的张合实现鱼体的夹紧或松弛，多个工位可以实现鱼体的连续加工；同时通过设置鱼头识别模块，它可以将神经网络等技术集成到淡水鱼鱼头识别定位中，再结合图像处理、数据分析等手段，将深度学习运用于淡水鱼鱼头的定位，实现淡水鱼实时定位鱼头，能够快速且准确的识别并标定鱼头和鱼身的分界线，方便后续引导切割机构分离鱼头和鱼身，为国内淡水鱼前加工处理生产线全自动化作业的发展提供了技术支持。

本发明可以大批量处理淡水鱼鱼头和鱼身的分离工作，适用于各种工作环境，机械原理简单有效，结构简单，成本低，机器视觉处理方面识别率高，自动化程度高，整体高效且智能，可以实现快速、高效淡水鱼鱼头和鱼身的分离，同时自动分类收集切割好的鱼头和鱼身，保证了小淡水鱼鱼头和鱼身工序的自动化、连续化生产加工，并且分离效果好，加工效率高。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明提供的鱼体头部分切装置的结构示意图；

图2是本发明提供的鱼体头部分切装置的主视图；

图3是本发明提供的鱼体头部分切装置的左视图；

图4是本发明提供的鱼体头部分切装置的俯视图。

图中：1-机架，1.1-台座，2-鱼体夹持机构，2.1-剪叉爪，3-鱼头识别模块，3.1-暗盒，3.2-相机，4-切割机构，4.1-第一支架，4.2-第一横向滑块，4.3-第一纵向滑块，4.4-圆盘刀片，5-夹取机构，5.1-夹取爪，5.2-第二支架，5.3-第二纵向滑块，5.4-第二横向滑块，5.5-竖向滑块，6-转盘。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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作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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上。

下面结合图1-图4描述本发明的鱼体头部分切装置。

如图1-图4所示，本发明提供一种鱼体头部分切装置，包括：

机架1，依次设有上料位、识别位、切割位和下料位；

传输机构，设于机架上（具体设于机架的台座1.1内），用于将鱼体从上料位输送至下料位；

鱼体夹持机构2，设有4个，分别安装在上料位、识别位、切割位和下料位，鱼体夹持机构2包括可张合的剪叉爪2.1，剪叉爪可由直线电机实现张合；

鱼头识别模块3，设于机架的识别位，用于识别并标定鱼头和鱼身的分界线；

切割机构4，设于机架的切割位，用于按照鱼头识别模块标定的分界线切割鱼头。

本发明中四个工位可以线性布置，这样需要占用较大地面面积，为了节约占地面积，本发明在一个实施例中，通过将四个工位设成环形。具体的，如图1-图4所示，该装置还包括设于机架上的转盘6，传输机构驱动转盘6每次旋转四分之一圈，4个鱼体夹持机构2以转盘6的圆心为中心呈圆周等距分布在转盘6上。通过设置可以转动的圆盘，再将对应4个工位的鱼体夹持机构呈圆周等距布置在圆盘上，可以在较小的空间内实现鱼体的连续处理。其中，传输机构可由伺服电机带动一对锥齿轮运动，进而带动环形输送带运动，最终实现转盘的转动。

在一个实施例中，如图1、图4所示，鱼体夹持机构包括至少3个剪叉爪，分别用于加持鱼体的鱼头、鱼身和鱼尾，如此可以保证鱼头切割后不会掉落。夹持时第一个剪叉爪以鱼头宽度为收缩基准，第二个剪叉爪凭借鱼身弹性过夹紧鱼身，第三个剪叉爪上有额外的弹簧板机构自适应鱼尾宽度，如此一组鱼体夹持机构可以实现稳定夹持鱼体的目的。

在一个实施例中，如图1-图4所示，切割机构4包括第一支架4.1、第一横向滑块4.2、第一纵向滑块4.3和圆盘刀片4.4，第一支架4.1安装于基础上，第一横向滑块4.2安装于第一支架4.1上，且可沿横向做往复移动，第一纵向滑块4.3安装于第一横向滑块4.2上，且可沿纵向做往复移动，圆盘刀片4.4固定安装于第一纵向滑块4.3的端部。本实施例通过设置可以沿横向和纵向滑动的圆盘刀片，其可以根据鱼头和鱼身的分界线调整刀片位置，实现对分界线处的精准切割。

在一个实施例中，如图1-图4所示，该装置还包括设于机架下料位的夹取机构5，夹取机构包括可张合的夹取爪5.1，用于夹取切割后的鱼头或鱼身，可以实现切割后鱼头或鱼尾的自动下料。本发明的夹取机构的夹取爪采用大功率伺服电机，能够牢固抓取鱼头和鱼身。

在一个实施例中，如图1-图4所示，夹取机构5还包括第二支架5.2、设于第二支架上的第二纵向滑块5.3、设于第二纵向滑块上的第二横向滑块5.4和设于第二横向滑块上的竖向滑块5.5，三个滑块分别沿纵向、横向和竖向做往复移动，夹取爪5.1安装于竖向滑块5.5的端部。本实施例通过设置可以沿横向、纵向、竖向移动的夹取爪，其可以根据鱼头和鱼身的分界线调整夹取，实现对鱼头或鱼尾的精准夹取。

在一个实施例中，该装置还包括鱼头输送带和鱼身输送带（图中未示意），鱼头输送带用于放置来自夹取爪夹取的切割后的鱼头，鱼身输送带用于放置来自夹取爪夹取的切割后的鱼身。夹取机构一个完整的动作包括夹取两次，分别夹取鱼头和鱼身并放置在两条不同的输送带上，实现鱼头鱼身的分离。

在一个实施例中，如图1-图4所示，鱼头识别模块3包括相机3.2和处理器（图中未示意），相机设于一暗盒3.1内，暗盒的主要作用是屏蔽环境光对相机模块取像时造成的干扰，提高识别准确率，相机用于获取鱼体整体清晰的图像，处理器经过独特算法解析，对获取的鱼体图像进行处理并识别和标定鱼头和鱼身的分界线。

上述实施例中所有滑块都安装在对应的导轨上，每条导轨末端均有一个伺服电机带动导轨上的滑块往复移动。上述实施例中，机架和所有支架都采用型材制作。

相应的，本发明还提供一种鱼体头部分切方法，其基于上述鱼体头部分切装置，如图1-图4所示，该方法包括以下步骤：

S1、先把鱼体放置于位于上料位的鱼体夹持机构上，通过剪叉爪夹紧鱼体；

S2、驱动转盘转动四分之一圈，此时各个鱼体夹持机构分别转动至下一工位，鱼头识别模块对转动至识别位的鱼体进行鱼头和鱼身分界线的识别和标定；

S3、再驱动转盘转动四分之一圈，此时各个鱼体夹持机构分别转动至下一工位，切割机构按照鱼头识别模块标定的分界线切割转动至切割位的鱼体的鱼头；

S4、继续驱动转盘转动四分之一圈，此时各个鱼体夹持机构分别转动至下一工位，夹取机构先夹取转动至下料位的切割后的鱼头至下一工序，再夹取位于下料位的切割后的鱼身至下一工序；

S5、再驱动转盘转动四分之一圈，此时各个鱼体夹持机构分别转动至下一工位，重复步骤S1-S4，即完成鱼体头部的连续切割。

转盘每次转动后，鱼头识别模块对转动至识别位的鱼体进行鱼头和鱼身分界线的自动识别和标定，切割机构按照鱼头识别模块标定的分界线自动切割转动至切割位的鱼体的鱼头，将新的鱼体放置于转动至上料位的鱼体夹持机构上并进行夹紧。

S5、再驱动转盘转动四分之一圈，此时各个鱼体夹持机构分别转动至下一工位，重复步骤S1-S4，即完成鱼体头部的连续切割。

本发明采用机器视觉模块获取鱼头物理坐标，因此在一个实施例中，鱼头和鱼身分界线的识别和标定包括以下步骤：

1、获取待加工鱼体图像，并对鱼体图像进行预处理；

2、图像检测与标定：将预处理后的鱼体图像数据送入训练好的基于matlab的faster-rcnn网络模型中进行检测，经过预训练Alexnet模型的提取特征处理，得到卷积特征图，利用RPN网络对提取的卷积特征图进行处理，基于RCNN模块，对边界框内的内容进行分类，调整边界框坐标，输出该区域的分类得分以及回归后的边界框坐标，在鱼体图像上用矩形框标注鱼头位置，建立图像坐标系与世界坐标系的变换关系模型进行坐标转换，对鱼头和鱼身的分界线进行标定。

以上获取待加工鱼体图像中，在识别位处安装一暗盒，相机设于暗盒顶部内，当鱼体运行至识别位，相机可自动捕捉鱼体照片。

以上对鱼体图像进行预处理中，使用opencv将鱼体图像大小统一，并采用中值滤波对图像进行去噪处理，进而减少识别误差，增强鱼体照片特征提取的效果。且为了在训练过程中较好的鱼头图像特征，所以将图片背景进行消除，处理成纯色背景。

本发明的主要原理是：首先把鱼体放入上料位，由环形输送带输送到识别位，鱼头识别模块识别并标定鱼头位置坐标，再由环形输送带输送到切割位，该工位根据鱼头位置坐标信息，自动移动调整圆盘刀位置，切除鱼头后，环形输送带再带动鱼体头身一起输送到下料位，夹取机构鱼头位置信息对鱼头进行抓取至下一工序，使之与鱼身分离，然后再夹取鱼身至下一工序，从而实现鱼体头身分离。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种鱼体头部分切装置，其特征在于，包括：

机架，依次设有上料位、识别位、切割位和下料位；

传输机构，设于所述机架上，用于将鱼体从上料位输送至下料位；

鱼体夹持机构，设有4个，分别安装在上料位、识别位、切割位和下料位，所述鱼体夹持机构包括可张合的剪叉爪；

鱼头识别模块，设于机架的识别位，用于识别并标定鱼头和鱼身的分界线；

切割机构，设于机架的切割位，用于按照鱼头识别模块标定的分界线切割鱼头。

2.根据权利要求1所述的鱼体头部分切装置，其特征在于，该装置还包括设于所述机架上的转盘，所述传输机构驱动所述转盘每次旋转四分之一圈，4个鱼体夹持机构以所述转盘的圆心为中心呈圆周等距分布在所述转盘上。

3.根据权利要求1所述的鱼体头部分切装置，其特征在于，所述鱼体夹持机构包括至少3个剪叉爪，分别用于加持鱼体的鱼头、鱼身和鱼尾。

4.根据权利要求1所述的鱼体头部分切装置，其特征在于，所述切割机构包括第一支架、第一横向滑块、第一纵向滑块和圆盘刀片，所述第一横向滑块安装于第一支架上，且可沿横向做往复移动，所述第一纵向滑块安装于所述第一横向滑块上，且可沿纵向做往复移动，所述圆盘刀片固定安装于第一纵向滑块的端部。

5.根据权利要求1或2所述的鱼体头部分切装置，其特征在于，该装置还包括设于所述机架下料位的夹取机构，所述夹取机构包括可张合的夹取爪，用于夹取切割后的鱼头或鱼身。

6.根据权利要求5所述的鱼体头部分切装置，其特征在于，所述夹取机构还包括 上的第二纵向滑块、设于第二纵向滑块上的第二横向滑块和设于第二横向滑块上的竖向滑块，三个滑块分别沿纵向、横向和竖向做往复移动，所述夹取爪安装于所述竖向滑块的端部。

7.根据权利要求5所述的鱼体头部分切装置，其特征在于，该装置还包括鱼头输送带和鱼身输送带，所述鱼头输送带用于放置来自夹取爪夹取的切割后的鱼头，所述鱼身输送带用于放置来自夹取爪夹取的切割后的鱼身。

8.根据权利要求1所述的鱼体头部分切装置，其特征在于，所述鱼头识别模块包括相机和处理器，所述相机用于获取鱼体图像，所述处理器用于对获取的鱼体图像进行处理并识别和标定鱼头和鱼身的分界线。

9.一种基于权利要求1至8中任一项所述鱼体头部分切装置的鱼体头部分切方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、先把鱼体放置于位于上料位的鱼体夹持机构上，通过剪叉爪夹紧鱼体；

S2、驱动转盘转动四分之一圈，此时各个鱼体夹持机构分别转动至下一工位，鱼头识别模块对转动至识别位的鱼体进行鱼头和鱼身分界线的识别和标定；

S3、再驱动转盘转动四分之一圈，此时各个鱼体夹持机构分别转动至下一工位，切割机构按照鱼头识别模块标定的分界线切割转动至切割位的鱼体的鱼头；

S4、继续驱动转盘转动四分之一圈，此时各个鱼体夹持机构分别转动至下一工位，夹取机构先夹取转动至下料位的切割后的鱼头至下一工序，再夹取位于下料位的切割后的鱼身至下一工序；

S5、再驱动转盘转动四分之一圈，此时各个鱼体夹持机构分别转动至下一工位，重复步骤S1-S4，即完成鱼体头部的连续切割。

10.根据权利要求9所述的鱼体头部分切方法，其特征在于，所述鱼头和鱼身分界线的识别和标定包括以下步骤：

1、获取待加工鱼体图像，并对鱼体图像进行预处理；

2、图像检测与标定：将预处理后的鱼体图像数据送入训练好的基于matlab的faster-rcnn网络模型中进行检测，经过预训练Alexnet模型的提取特征处理，得到卷积特征图，利用RPN网络对提取的卷积特征图进行处理，基于RCNN模块，对边界框内的内容进行分类，调整边界框坐标，输出该区域的分类得分以及回归后的边界框坐标，在鱼体图像上用矩形框标注鱼头位置，建立图像坐标系与世界坐标系的变换关系模型进行坐标转换，对鱼头和鱼身的分界线进行标定。

Images