基于电容、音频检测技术对鱼体进行定向的装置
技术领域
本实用新型涉及淡水鱼加工技术领域，具体涉及一种基于电容、音频检测技术对鱼体进行定向的装置。
背景技术
淡水鱼是我国食物安全的重要组成部分，也是人们日常主要动物蛋白质来源之一，在保障食物供给等方面发挥着非常重要的作用。我国是世界淡水产品生产大国，淡水鱼产量占世界淡水产品总产量的60%以上。青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼、鲤鱼、鲫鱼、鲂（鳊鱼）是我国主要的大宗淡水鱼品种，也是淡水养殖的主体，产业地位十分重要。2017年全国淡水养殖总产量2905.29万吨，其中鱼类产量为2540.98万吨，而上述七种大宗淡水鱼的产量为1963.7万吨，占总产量的77%。我国的淡水鱼养殖业在迅速发展的同时，由于淡水鱼加工工业的发展较为滞后，淡水鱼仍以鲜活产品销售为主。由于淡水鱼产品肉质细嫩，营养丰富，水分含量高，鱼体内组织酶活跃，保存不当易造成鱼体的腐败变质，每年因贮藏、销售条件的限制造成淡水鱼腐败损失率也高达30%以上。
目前，发达国家水产品的加工率占生产总量的80%以上，而我国的水产品加工率不足30%，其中淡水鱼产品加工率更低，占总量不到10%，而且加工处理基本以手工操作为主，鲜见有专业的淡水鱼加工生产设备及生产线，导致淡水鱼深加工生产效率低下；因此开展淡水鱼加工机构方面的技术研究，开发适合我国国情的淡水鱼加工装备势在必行。
淡水鱼的机械化加工一般可分为前处理和精深加工，其中包括剖切、去鳞、去头、去内脏等在内的鱼体前处理，是机械化加工的重点和难点。鱼体的定向排列整理是前处理过程中的一种辅助工序，是指将淡水鱼鱼体按一定的头尾和腹背方向要求整理排列好，以方便后续机械加工，这是各前处理工序能进行机械化生产的前提条件。采用人工进行鱼体的定向排列整理劳动强度大、效率低、成本高。因此，提高鱼体定向排列整理的机械化程度，是提高淡水鱼前处理加工机械化水平的基础，不仅可以减轻工人劳动强度，还可以提高淡水鱼加工的效率，促进淡水鱼加工业的现代化。
此外，随着社会的发展，淡水鱼加工过程中所需的低温环境恶劣问题、加工企业面临“招工难”问题，以及劳动力成本逐年增加的问题逐一突显，因此，迫切需要加快淡水鱼前处理加工装备的研发，故研制适合淡水鱼加工要求的、快速可靠的鱼体定向排列整理设备，也是中国淡水鱼加工业健康、快速、可持续发展的客观要求。
发明内容
本实用新型提供一种基于电容、音频检测技术对鱼体进行定向的装置，基于电容检测和音频检测对鱼体进行头尾及腹背方向的定位，并利用机械结构完成分拣和复归，将不同朝向的鱼体统一方向后进行定向分拣，实现鱼类的自动化的分拣，方便后续生产线自动加工处理。
本实用新型采取的技术方案为：
基于电容、音频检测技术对鱼体进行定向的装置，包括主传送带、环形传送带，副传送带，主传送带上方设置有电容检测机构，环形传送带上方设置有分拣机构，电容检测机构、分拣机构均连接控制器；所述电容检测机构用于采集电容变化信号，控制器通过电容变化信号判断鱼体头部在前、或者鱼体尾部在前。
鱼体尾部在前时，控制器驱动分拣机构将鱼体沿主传送带推入环形传送带，所述环形传送带末端与主传送带连接，推入环形传送带的鱼体随环形传送带回送至主传送带时，实现头尾换向；鱼体头部在前时，分拣机构保持在主传送带外侧不动作，鱼体随主传送带继续向前输送。
位于分拣机构后方的副传送带上设置有限位触碰机构，限位触碰机构用于将鱼体卡住并限位，限位触碰机构连接控制器，控制器连接主传送带的驱动装置、音频检测机构。
所述音频检测机构包括敲击模块、拾音模块，所述敲击模块、拾音模块均连接控制器，控制器驱动敲击模块敲击鱼头一侧，拾音模块接受鱼头被敲击后的声音信号，控制器通过拾音模块准确判定鱼头一侧为头骨还是下颔，进而判断鱼腹部在左侧还是右侧；
位于音频检测机构后方的副传送带上设置有正位机构，所述正位机构包括设置于副传送带的左侧正位机构、右侧正位机构，所述左侧正位机构、右侧正位机构均连接控制器，
当音频检测机构检测到鱼腹部分别在左侧、右侧时，控制器分别控制左侧正位机构、右侧正位机构工作，从而驱动鱼体头部朝前、尾部朝后基础上，实现背部朝上、腹部朝下随副传送带前向运动。
本实用新型一种基于电容、音频检测技术对鱼体进行定向的装置，技术效果如下：
1：利用电容检测机构，可以快速识别鱼头、或鱼尾；利用分拣复归机构，可以将鱼的朝向反转并重新进入到主传送带。
2：可以根据音频敲击反馈的信号频率，来实现鱼体胸腹朝向的区分。并利用单边抬升螺旋结构将鱼立起，有利于与剖鱼机构的对接。
3：本实用新型的目的是利用鱼头尾电容差别明显，以及头盖骨与下颚敲击声音响应差异明显，实现鱼头尾和背腹自动检测及统一定向输送，以方便后续生产线自动加工处理。
附图说明
图1为本实用新型装置的结构示意图。
图2为本实用新型装置的提升机构、箱体、第一机架安装示意图。
图3为本实用新型装置的限位触碰机构结构示意图。
图4为本实用新型装置的正位机构结构示意图。
图5为本实用新型装置的音频检测机构结构示意图。
具体实施方式
如图1~图5所示，基于电容、音频检测技术对鱼体进行定向的装置，包括主传送带4、环形传送带8，副传送带10。
主传送带4上方设置有电容检测机构16，环形传送带8上方设置有分拣机构15，电容检测机构16、分拣机构15均连接控制器。所述电容检测机构16用于采集电容变化信号，控制器通过电容变化信号判断鱼体头部在前、或者鱼体尾部在前。鱼体尾部在前时，控制器驱动分拣机构15将鱼体沿主传送带4推入环形传送带8，所述环形传送带8末端与主传送带4连接，推入环形传送带8的鱼体随环形传送带8回送至主传送带4时，实现头尾换向；鱼体头部在前时，分拣机构15保持在主传送带4外侧不动作，鱼体随主传送带4继续向前输送。
位于分拣机构15后方的副传送带10上设置有限位触碰机构11，限位触碰机构11用于将鱼体卡住并限位，限位触碰机构11连接控制器，控制器连接主传送带4的驱动装置、音频检测机构13。
所述音频检测机构13包括敲击模块、拾音模块，所述敲击模块、拾音模块均连接控制器，控制器驱动敲击模块敲击鱼头一侧，拾音模块接受鱼头被敲击后的声音信号，控制器通过拾音模块准确判定鱼头一侧为头骨还是下颔，进而判断鱼腹部在左侧还是右侧；
位于音频检测机构13后方的副传送带10上设置有正位机构12，所述正位机构12包括设置于副传送带10的左侧正位机构、右侧正位机构，所述左侧正位机构、右侧正位机构均连接控制器，当音频检测机构13检测到鱼腹部分别在左侧、右侧时，控制器分别控制左侧正位机构、右侧正位机构工作，从而驱动鱼体头部朝前、尾部朝后基础上，实现背部朝上、腹部朝下随副传送带10前向运动。
如图2所示，所述主传送带4首部设置有箱体1，箱体1通过提升机构与第一机架3连接，主传送带4首部安装在第一机架3上，所述提升机构包括倾斜安装的、附着有多排隔板的输送带2，输送带2横向略比鱼体长度略长，每一排隔板包括多个隔离齿，每一个隔离齿由内侧为一块垂直高度小于鱼体厚度的直板单元和外侧带弧度的小段圆弧板单元构成，相邻两排隔板之间的间距比单条鱼的宽度大。当输送带2开始转动时，箱体1内的鱼被卡入齿状隔板间的空间，卡入的鱼随着输送带2一起上升；当有一条以上鱼重叠在相邻两排隔板内时，隔离齿内侧的直板单元由于高度只能支撑到最内侧的一条鱼，内侧的第二条鱼底部只能接触齿状隔板外侧的小段圆弧板单元，而顺着小段圆弧板向外侧滑落而不会跌落到下侧隔板内，更外侧的鱼由于没有支撑而直接落下。这种方式实现了每排隔板内只有最内侧的单条鱼被提升，外侧的其余鱼重新回到箱体1内。
输送带2运动到最高点后，向上运动变为向下运动，齿状隔板内的鱼体受重力影响自然下落，落入主传送带4上的；当主传送带4运动的速度足够大时， 前一个齿状隔板内掉下的鱼已前行超过一个鱼身长度，后一个齿状隔板内的鱼才落下，实现两条鱼完全隔开。
所述电容检测机构16包括电容检测传感器，电容检测传感器通过安装座安装在主传送带4正上方，电容检测传感器用于采集进入的鱼体引起的电容变化信号，准确区分鱼体头部、或者鱼体尾部。
电容检测传感器采用FDC2214传感器，用于采集鱼的头部和尾部两个部位引起的电容变化信号。
所述分拣机构15包括推杆，推杆连接驱动气缸，驱动气缸通过电磁阀连接控制器，
主传送带4带动鱼体向前运动，由于头尾引起电容变化特征完全不同，通过电容检测传感器采集到进入的头尾引起电容变化信号，可以利用电容特性准确区分鱼体头尾，经过控制器判断电容变化情况；若判定鱼体尾部在前，则控制器驱动分拣机构15运动，将鱼体沿主传送带4横向推入环形传送带8后复位；若控制器判定头部在前，则分拣机构15保持在传送带外侧不动作，鱼体可随主传送带4继续向前输送。
所述环形传送带8为180°回转带，环形传送带8通过第二机架9安装固定，环形传送带8末端与主传送带4连接处设有复归拨片6，复归拨片6通过转动机构连接伺服电机，伺服电机连接控制器，复归拨片6用于将头尾换向后的鱼体拨回到主传送带4上继续往前输送。通过分拣机构15推入环形传送带8的鱼体，随环形传送带8回送至主传送带4位置时，已经掉头180°，实现头尾换向。使鱼体沿主传送带4运动方向头前尾后，调整后的鱼体通过复归转动复归拨片6转动被拨回到主传送带4上，继续往前输送，再次通过电容检测机构16的检查，以确保头前尾后方向无误。
所述复归拨片6附近的回转带末端设有第二红外开关7，第二红外开关7连接控制器，第二红外开关7用于来接收鱼到达的信号，控制器控制环形传送带8停止运行；主传送带4进料端设有第一红外开关5，第一红外开关5用于检测该位置处主传送带4是否有鱼，如是没有鱼，控制器控制复归拨片6转动，将鱼上拨，重新进入到主传送带4，即可将反朝向的鱼调整为正朝向。
如图2所示，所述限位触碰机构11包括底板111，底板111四角分别通过轴承固定四个活动转子113，活动转子113装配有第一传送带单元112；所述底板111中心设有连接舵机的中心转子115、以及一个与舵机同轴的电动机，电动机通过第二传送带单元114与其中一个活动转子相连，用于控制第一传送带单元112的转动和停止；舵机臂与底板111固定，用于控制底板111在水平方向上进行360°旋转，所述电动机、舵机均连接控制器。
该定向的装置还包括第三红外开关14，第三红外开关14连接控制器，鱼体头部被限位触碰机构11限定位置时，鱼体头部遮挡住第三红外开关14的信号，作为主传送带4停止信号和音频检测机构13的启动信号。当头前尾后的鱼头到达限位触碰机构11时，控制器根据第三红外开关14信号，启动舵机，控制限位触碰机构11旋转为与副传送带10呈45°方向，将鱼身卡住并限位，敲击模块完成敲击后，舵机复归，此时电动机工作，第一传送带单元112摩擦鱼身帮助其继续向前传动。
所述音频检测机构13上设有敲击模块、拾音模块，限位触碰机构11启动限位，然后延时启动音频检测机构13上的敲击模块在右侧敲打鱼头，拾音模块接受鱼头被敲击后的声音信号，由于头骨与肉质松软的下颔被敲击后的声音响应信号特征差别显著，控制器通过拾音模块可准确判定头部右侧为头骨还是下颔，进而确定鱼腹部在左侧还是右侧。
拾音模块采用HD282拾音放大模块。
如图5所示，所述音频检测机构13包括柔性锤131、滑块132、压缩弹簧133，夹板134，柔性锤131安装在滑块132上，滑块132两侧分别连接压缩弹簧133，并一起被夹板134夹持固定在中心轴135上，中心轴135转动时柔性锤131被带动，在右侧敲击鱼头，鱼头大小变化时，柔性锤131所受反作用力不同，带动滑块132推动压缩弹簧133，进而调节自身位置自动适应鱼头大小。
如图4所示，所述正位机构12包括中心转轴121、与中心转轴121连接的半圆周的螺旋滑块122，中心转轴121连接旋转电机，旋转电机连接控制器，正位机构12在未工作时，螺旋滑块122位于副传送带10外侧。
当音频检测机构13检测到鱼腹部在右侧时，右侧正位机构工作，中心转轴121带动螺旋滑块122旋转90°，进入副传送带10，头部朝前、尾部朝后的鱼身跟随副传送带10前向运动，鱼腹部与螺旋滑块122侧面接触并被推向左侧同时逆时针旋转，使背部朝上而腹部朝下进入左半侧通道，并随副传送带10前向运动；
当音频检测机构13检测到鱼腹部在左侧时，左侧正位机构工作，中心转轴121带动螺旋滑块122旋转90°，进入副传送带10，头部朝前、尾部朝后的鱼身跟随副传送带10前向运动，鱼腹部与螺旋滑块122侧面接触并被推向右侧同时顺时针旋转，使背部朝上而腹部朝下进入右半侧通道，并随副传送带10前向运动。
左、右侧正位机构针对鱼腹部不同方向分别动作，在头前尾后的基础上，实现鱼体背部朝上而腹部朝下。
本实用新型中，控制器采用STM32系列F407的单片机板。
实施步骤：
鱼倒入箱体1，通过倾斜安装的、附着有多排隔板的输送带2，提升到主传送带4上；当输送带2开始转动时，箱体1内的鱼被卡入齿状隔板间的空间，卡入的鱼随着输送带2一起上升；多余的鱼由于重力和摩擦力因素自然落下，由此可在主传送带4得到头尾同线，间隔不定的单条鱼。
鱼进入主传送带4后，当其经过电容检测机构16时，电容检测机构16采集数据并进行滤波处理后将信号输送至控制器，控制器连接显示屏，显示屏通过电容变化曲线，判断出鱼体是正朝向还是反朝向。若是正朝向，主传送带4继续工作，推杆不工作，鱼从主传送带4输送到副传送带11；若是反朝向，主传送带4工作一段时间后停止，推杆工作，将鱼推入环形传送带8，运动半个圆周后抵达转动复归拨片6，通过第二红外开关7来接收鱼到达的信号，并使环形传送带8停止运行。当第一红外开关5检测到主传送带4处没有鱼时，使转动复归拨片6工作，将鱼上拨，重新进入到主传送带4，即可将反朝向的鱼调整为正朝向。
在从主传送带4输出至副传送带10后，当鱼运行至音频检测机构13时，第三红外开关14检测到信号，限位触碰机构11工作，转动至45°；卡住鱼身防止敲击模块敲击时打滑；在敲击模块敲击完成后；限位触碰机构11转至90°；同时通过敲击反馈得到的声音频率特性判断鱼的胸腹朝向，并按照判断结果，使对应的正位机构12运动，使鱼身调整为背部朝上而腹部朝下的姿态。
