回转式活鱼分级与计数设备的设计与试验

渔业现代化FISHERY MODERNIEATIEN第46卷第4期2019年8月Vol. 46 No ­Aug. 2019DOI ： 10. 3969/j. issn. 1007-9580. 2019. 04. 008回转式活鱼分级与计数设备的设计与试验洪 扬1，朱m 1，江 涛1，徐宏治2,陈晓龙1，倪 琦1(1中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，上海200092；2上海海洋大学工程学院，上海201306)摘要：为解决工厂化养殖水池中存在鱼苗精准化分级筛选和计数机械装备欠缺的问题,设计了 一种用于活鱼幼苗分级和计数的回转式活鱼分级计数设备。

通过吸鱼泵将鱼从待分级养殖池塘中抽吸到回转式活鱼分级计数装置，首先将鱼苗分级成3种规格，再通过管道内的计数装置统计各规格鱼苗个数，然后将不同规格的鱼苗放入各自养殖池塘中。

分级规格参数可通过触摸控制面板调节。

按照鱼体背部宽度分级，可分级的活鱼为背宽1 ~30 mm ,精度1 mm ;分级装置安装有变频电机，通过触摸屏可调节回转装置转速，调节范围6 - 15 r/min 。

选用虹鱒鱼进行试验，鱼背宽度9 ~26 mm 。

结果显示：当转速为8 r/min 时，最大偏差2 mm ;分级产量为9 600~14400条/h ,分级误差率4.4% -5.5%，计数误差率2.5% -4.5%。

该装置可较好地满足工 厂化养殖水池活鱼同时分级和计数的要求！关键词：工厂化养殖；活鱼分级;活鱼计数；自动控制；养殖机械中图分类号:S969.31 文献标志码:A 文章编号:1007-9580(2019)04-51-06随着中国集约化水产养殖工程技术的迅猛发 展,水产养殖产业正朝着精细化的方向不断发 展［1-3］+在水产养殖过程中,鱼群内优势大的个体 对小个体的生长会产生不利影响，其影响机制主要包括残食［4-6-.食物竞争⑺等问题。

鱼类的分级筛选可以避免种内竞争带来的不利影响，提高鱼体存活率。

国内现阶段对鱼类分级所做的研究还不是很充分，手工操作不仅费时、费力，而且由于鱼类转 移速度缓慢以及操作过程中对鱼体的损伤和对鱼 群的惊吓等，还会带来较高的死亡率，且无法做到对鱼苗精准快速的分级［8］+国外水产养殖过程中利用栅格间隙大小来控制鱼类分级⑼，这类分级装置较为笨重，又多是刚性连接，易造成鱼体损伤。

王志勇等，10-设计的鱼类重量自动分级装置采用水平式调节辐间距模式筛选幼鱼，虽然实现了自动化代替人工筛选，但存在着导致鱼脱水、易受机械损 伤等缺陷。

其次在计数过程中，传统的计数方法以人工肉眼的方法计数，存在误差大、效率低、劳动强 度大等缺点［11］+随着图像处理技术的快速发展，计算机视觉技术可大大提高水产养殖生产和自动化水平。

目前，已有研究人员利用端点细化算 法［12'13］、神经网络叶15-、四邻域标记皿、灰度图 像分析［17-18］、曲线演化法［19］等方法对生物幼苗进行计数，但现有的图像采集中存在鱼的分布随意性、不均匀性和重叠性、技术处理复杂、价格高昂等 问题,20「21-。

在分析现有活鱼分级设备特点的基础上，结 合活鱼的生理特性,设计了回转式活鱼分级计数设备，并搭建试验平台，依托工厂化养殖水池，通 过现场试验，分析影响鱼体分级和计数的因素，为活鱼精准分级设备的研发提供依据。

1结构与工作原理1 -1设备结构回转式活鱼分级及计数设备试验样机结构如图1所示，其主要由计数装置、机架、活鱼分级回转装置、凸轮装置、变频电机、凸轮调节装置、接鱼漏斗、喷淋水等装置组成。

其中活鱼分级回转装收稿日期：2019-02-11基金项目：中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所基本科研业务费资助(2017LKY046)；国家海水鱼产业技术体系养殖设施与装备岗位(CARS-47-G20)作者简介:洪扬(1991 —)，男，研究实习员，研究方向：海洋渔业装备结构+ E-mail : hongyang@ fmiri. sc. cn通信作者:江涛(1969—)，男，研究员，研究方向：海洋渔业装备及工程的研究与开发+ E-mail ：jiangtao@ fmiri. sc. cn50渔业现代化2019年置由变频电机驱动，该装置由16个单元组成，个单元之互独立，时苗产生大量堆积，影响果。

整机可将活苗按大小3个规格等级，每个位可根据实际生产需要自节。

计模块将分级后的鱼苗进行计，方便养殖作为参考。

计数凸轮调凸轮变频喷淋水接鱼活鱼分级装置节装置机架製置电机装置漏斗回转装置图1回转式活鱼分级及计数装置样机结构图Fig.1Prototype structure of rotara live fish grading and counting device1.2工作原理作业时，将整机与真空泵连接，通过泵将鱼苗从待养殖池中上来，进入单元+回机构带单元旋转，同时，喷淋水装置苗供水，苗脱水伤。

单小由角度控制，单上的立柱上的节装置时，旋一定角度，单形成一小，宽区间范围内的鱼苗落入接，单旋，3调节后，单口达到最大，里面的鱼苗均落入的接中。

，苗通过管道进入各自计数通道，和计，返回养殖水池。

2关键部件设计及参数确定单元如图2所示。

固定轴不能转，体内嵌入轴承，外端入旋尼器，与固定轴配合，具有主现有姿态的+回位弹簧在分级单元闭合时对旋转门进行助回位。

Fig.2Unit of live fish grading2.1凸轮运动分析结构调节原理如图3所示，每个单元在一个旋转周期需要进行4宽节,通节装置预先，区1~30mm o前3节，将单元中待分苗依次按大小分级，第4节回位，分级单元门关闭，分级单元进鱼，一周期。

•调节前凸轮傥置$调节后凸轮位置第四次调节回位凸轮运动调节方向第一次调节第三次调节第二次调节凸轮调节装置图3凸轮运动示意图Fig.3Diagram of CAMmotion第4期洪扬等：回转式活鱼分级与计数设备的设计与试验512.2凸轮机构设由上回装置工作原理的分析可知，机构的参计精准性影响较大，单小通角控制。

采析法设计线，本思路是:根据单要求，设计合理的压力角，旋的最大位移；选择合适的规律，机构基本参数;根据机构基本参数和方程，要的线。

2.2.1凸轮机构运动角及最大位移确定在江苏某养殖试验基地，测量苗龄1年以内的，苗宽10-25mm，将宽以内的鱼苗进行，同时有超过极限值的鱼苗,需要留有设计+根据养殖经验，分最宽不超过30mm+现极端况，单最小于极限宽，本计单元最30mm o予形角以及产生的压力，连杆下压与线一定角度+通计连杆起始位置与水平夹角为60。

时，连杆受力较小。

，计机构最角为2"/3。

2.2.2凸轮运动规律选择及基本参数确定由要根据实际生产需要进行设，便精度的自节，节装置滑动模组螺距要求，连杆下压某一+后，旋一角度")，连杆下压的竖与旋一角半径的差值(, -,)线关系，根据实际需要,构造式(1)函关系，旋小关系如图4所示。

•二Zsina一#in(a(2$/3$$-2$/3)■5=,-,(1)h i=nd：(o=4)+=kh(k=0，1，2，3,…)式中节压板带连杆向，动垂，mm；a连杆起始位置角度，(。

)；"向所角度，(°)；#连杆，mm;5,为旋"角度时小，mm;,线起始点半径，mm; ,线半径，mm;h单位长，这里取1mm。

图4凸轮工作段运动轨迹分析Fig.4Analysis of the motion path of CAM working section2.2.3凸轮连杆长度选取根据节滑动模组的螺距、旋角度等因素，连杆下压4"/3后，达120mm，连杆顶端心距离1=90mm o由连杆顶端压力作用，需要连杆进行[18]+将连杆部分视，其最：I7I$[7(4)式中：7：，mm;p为杆顶端压力,p= 12N;#连杆顶端心，mm; E为弹性模量，其中E=E^=2.06X105N/mm3，/为圆形连杆的截面惯性矩，/==6r(d=6mm); [I为许最，mm。

计:I7I= 0.45mm,因此，选S=90mm符合要求。

2.2.4凸轮基圆半径及压力角设计凸轮连杆滚轮处下压距离为+,通过公式(1)公式(6)。

式中：+连杆处下压，mm;S为杆，mm;a位置时连杆与水平准线所成角度,(°);"为杆与水平方向角，(°。

52渔业现代化2019年根据文献［22-23］凸轮轮廓线方程以及凸轮压力角计算公式得出公式(刀：■%(i)=(54-s0)sin^8-+y(0=(s+s(,)cos0［-ecoe/3；-So=Jr h-e2(6)舉-e)a=arctan血学I$0+$丿式中:$为滚轮第i次步进的推程,mm；s。

为基圆圆心与滚轮和凸轮接触点的垂直距离,mm；①为基圆半径,mm；e为偏心距,mm,此处为0；“为符号系数，左偏置时4=1，右偏置时"=-1；由于此凸轮运动轨迹是根据实际工作需要所设计，由Matlah根据凸轮轮廓曲线方程进行编程,编程实现功能:输入基圆半径％,推程加偏心距e,输出凸轮轮廓线，轮廓线上各点坐标x(0, y(i)及其压力角f(i)。

根据Matlab计算,当基圆半径r(,W42mm时，凸轮最大压力角＜30。

，因此,凸轮基圆半径选42mm可满足要求，此时凸轮轮廓线如图5所示。

图5Matlab计算下的凸轮轮廓曲线Fig.5Matlab calculation of the CAM contour curve 15计数装置设计在输送管道中放置光学计数装置(图6)。

计数装置分为平流装置和光栅计数装置，在透明的亚克力板上方安装光栅尺,下方安装光源接收器,每个输送管道分成两个较窄通道，以便使鱼单一通过,光栅计数器给通过的鱼苗进行计数，数据通过主控屏幕显示各分级管道内鱼苗个数,其计数流程见图7。

图6计数装置Fig.6Counting device图7计数流程图Fig.7Counting flow chart3分级试验3.1试验方法试验材料为养殖池中鱼龄为1年以内的虹鱒,从养殖水池内捞出放入暂养桶中。

该装置使用变频器调整回转分级机转速,使用水泵，通过分布在分级机支架上的水管给分级装置均匀洒水,防止鱼苗脱水，增加分级通道润滑。

将鱼苗放置滑道中,通过滑道进入分级格栅，回转一周,按照鱼背厚度进行分级,分级后的鱼苗通过不同的通道进入分级回鱼管道，并通过计数装置,试验结束后测量每级鱼苗的背宽,统计每条通道中鱼体个数。

计数误差率和分级误差率所用公式如下：&=半x100%⑺第4期洪扬等：回转式活鱼分级与计数设备的设计与试验53(2=)X100%(8)式中：(为计数误差率;)为未检测到的鱼数量,条;(2为分级误差率,％；#2为未检测到的鱼数量，条;D为实际总条数，条。