一种基于手机App的采摘机末端执行器控制系统的制作方法

本发明涉及农业采摘设备末端执行控制，具体涉及一种集成信号调理、硬件联锁保护电路，基于手机app的采摘机末端执行器控制系统。

背景技术：

1、随着农业机械化、智能化的快速发展，果蔬采摘作业逐渐摆脱传统人工采摘的局限，各类采摘机被广泛应用于农业生产中。末端执行器作为采摘机的核心作业部件，其控制精度、操作便捷性直接影响采摘效率、果实损伤率及作业安全性。

2、目前，现有采摘机末端执行器控制系统多采用现场有线操控或专用控制器操控模式，存在诸多不足：一是操控灵活性差，操作人员需近距离跟随设备作业，且在复杂果园环境中易发生安全隐患，尤其在地形崎岖、植被茂密的果园中，严重制约了作业范围的拓展；二是各控制模块协同性不足，图像采集、压力监测、执行动作控制相互独立，传感模拟信号缺少标准化电路预处理，常出现信号噪声、采集失真问题；同时无硬件自动化联锁回路，视觉定位与夹持动作时序不匹配，极易出现定位偏差，或压力反馈滞后造成果实挤压损伤、脱落；三是硬件电路防护设计缺失，无独立供电稳压、过流短路保护、驱动功率限幅电路，电机堵转、线路短路、传感信号过载时仅依靠软件被动报警，无法实现硬件级快速断电保护，设备运行稳定性差，维护成本高、故障率居高不下；四是现有采摘控制系统仅能完成基础动作下发与简单状态回传，缺少对采摘工况数据、电路运行参数的融合分析与预判能力，难以提前识别夹持力度突变、果实定位偏移、无线信号衰减、电路电压电流异常等问题，控制逻辑仅依靠固定阈值被动响应，工况解析可靠度不足，容易出现采摘失误、果实破损、设备卡顿停机等情况，进一步拉低果园整体采收效率。

3、因此，研发一种集成全套信号调理、供电保护、硬件自动化联锁电路，可实现手机app远程操控、多模块与电路参数融合分析、多硬件协同自动化作业、果实无损采摘的末端执行器控制系统，解决现有技术的多重缺陷，是农业采摘设备领域亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、1.解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于手机app的采摘机末端执行器控制系统，具备远程无线操控、硬件电路安全防护、多源数据智能预判、无损自动化采摘、运行稳定性强等优点，解决了传统采摘设备操控受限、信号采集失真、无底层硬件联锁保护、无法提前预判电路与采摘工况异常、果实易挤压损伤、设备故障率高的问题。

3、（二）技术方案

4、为实现上述无损智能采收、远程稳定操控、设备故障提前预警的目的，本发明提供如下技术方案：一种基于手机app的采摘机末端执行器控制系统，包括：主控模块、整机供电保护电路、多路信号调理电路、硬件自动化联锁电路，以及与所述主控模块电连接的图像采集模块、无线通信模块、压力传感模块和执行器驱动模块。

5、优选的，整机供电保护电路包含锂电池组、多路降压稳压子电路、防反接保护电路、过流熔断保护支路，分别为主控模块、图像采集模块、压力传感模块、无线通信模块、执行器驱动模块提供匹配额定电压，各供电支路集成电压、电流采样回路，实时采集电路运行参数传输至主控模块。

6、优选的，多路信号调理电路分别对接图像采集单元、压力传感器的模拟输出信号，集成滤波、仪表放大、模数转换子电路，消除长线传输噪声、统一信号幅值后送入主控模块。

7、优选的，硬件自动化联锁电路由光耦隔离器件、继电器搭建硬件电平互锁回路，预设 “图像识别有效→压力信号正常→驱动动作允许” 硬件触发时序，当图像无果实目标、压力传感电路故障、供电支路过流时，硬件电路直接锁止执行器驱动输出，无需软件参与即可阻断危险夹持动作，实现底层自动化安全防护；供电、调理、联锁三类电路采集的全时序电路特征数据，同步作为工况数据源录入主控模块的采摘工况变化分析模型。

8、优选的，主控模块为控制系统核心，外围配套数字电平转换电路、硬件中断调度电路；用于接收各模块、各电路传输的信号，解析手机终端发送的控制指令，并向各执行模块发送动作指令，实现整个控制系统的协同调度，依托硬件中断通道并行自动采集图像、压力、通信、电路参数数据，无需软件轮询，确保图像采集、压力监测、电路状态校验、执行动作等各环节有序衔接、同步运行，同时依托全链路采集的图像数据、压力传感数据、设备运行数据统计对应时段内果实定位精度、夹持压力均值、设备响应延迟、电路负载波动等多项工况指标，搭建采摘工况变化分析模型，基于实时采集数据持续优化模型内部参数，提升各类采摘工况、电路异常变化解析的精准度与可靠度，预判定位偏移、夹持压力异常、通信卡顿、执行机构故障、电路过载短路等问题，并动态输出各模块、各电路的优化控制参数。

9、优选的，图像采集模块包括图像采集单元和安装支架；所述的图像采集单元安装在安装支架上，安装支架适配安装于采摘机末端执行器的预设位置，可根据采摘场景需求调整安装角度与高度，确保图像采集单元能够精准捕捉待采摘果实的影像；图像采集单元模拟输出端接入专属信号调理电路完成降噪、模数转换；电路内置光电触发自动化采集回路，果实进入取景范围后硬件自动触发高清抓拍。

10、优选的，图像采集单元用于实时检测待采摘果实的位置、大小及生长姿态信息，并将经调理电路预处理后的图像数据传输至主控模块，由主控模块对果实成熟度、空间位置及适宜采摘状态进行分析判断，确定最佳采摘时机，并通过无线通信模块将采摘时机、实时影像及设备运行状态同步上传至手机终端，为操作人员提供决策依据；操作人员根据手机终端显示的实时场景信息与系统判定的采摘时机，通过手机下发夹持、采摘、输送等控制指令，指令经无线通信模块回传至主控模块；主控模块结合自身判定的采摘时机与手机终端下发的人工控制指令调整末端执行器姿态并执行相应动作，避免因定位偏差导致的采摘失误或植株损伤；

11、图像采集单元输出的影像特征数据、图像电路信噪比、传输损耗参数同步录入主控模块的工况分析模型，作为预判果实定位偏移、枝叶遮挡干扰、图像采集电路故障的核心数据源。

12、优选的，无线通信模块包括通信芯片和信号传输单元；所述的通信芯片与主控模块电连接，信号传输单元与通信芯片集成设置，集成化设计可缩小模块体积、减少线路连接，提升模块运行的稳定性；通信芯片与主控之间配置电平转换隔离电路，抑制数字信号串扰；

13、优选的，无线通信模块分别与手机终端和主控模块建立双向通信连接，用于实现手机终端与主控模块之间控制指令、设备运行状态及采摘场景实时数据的传输，一方面将操作人员通过手机发送的夹持、采摘、输送等控制指令传输至主控模块，另一方面将各模块的运行状态、图像采集单元捕捉的实时影像、压力传感模块采集的压力数据、各支路电路电压电流反馈至手机终端，实现远程操控与实时监控的双重功能；

14、优选的，无线通信模块实时采集的信号强度、传输延迟数据同步汇入主控模块，用于模型识别信号波动、远距离传输卡顿等工况变化类型，辅助系统提前调整通信传输功率，保障远程操控链路稳定。

15、优选的，压力传感模块包括压力传感器和固定件；所述的压力传感器通过固定件安装在末端执行器的夹持部位，固定件采用耐腐蚀、韧性强的材料制成，可确保压力传感器在采摘作业过程中稳定安装、不易脱落，且不影响末端执行器的夹持动作；

16、优选的，压力传感器输出端接入专用仪表放大、低通滤波信号调理电路，调理电路输出接入主控硬件负反馈自动化调节回路；所述的压力传感器与主控模块电连接，用于采集末端执行器与果实之间的接触压力信号，经调理电路预处理后实时传输至主控模块，硬件负反馈回路可在压力超出安全阈值时直接输出限幅电平约束驱动输出，配合主控模块根据预设的压力阈值二次调节夹持力度，若压力过大则控制执行器驱动模块减小夹持力度，若压力不足则增大夹持力度，从而避免果实损伤或脱落，保障采摘质量；

17、所有时序化压力数据、调理电路输出幅值、电路噪声数据同步录入主控模块，主控模块依托工况分析模型融合多时段压力数据，区分果实表皮硬度差异、夹持位置偏移、传感器异物遮挡、传感电路漂移等不同压力异常成因，输出标准化压力工况解析结果，主动优化夹持力度调节参数，减少果实挤压破损概率。

18、优选的，执行器驱动模块包括驱动芯片、接线端子、功率驱动电路与硬件过载保护回路；所述的驱动芯片与主控模块电连接，用于接收主控模块发送的动作指令，并将指令转换为驱动信号；接线端子分别与驱动芯片和采摘机的驱动电机、夹持执行器电连接，起到信号与动力传输的桥梁作用；功率驱动电路配套续流二极管、电流采样电阻，硬件过载保护回路实时采样电机输出电流；

19、优选的，执行器驱动模块用于接收主控模块的指令，驱动驱动电机和夹持执行器动作，控制末端执行器完成夹持、采摘、输送及姿态调整动作，精准响应主控模块的调度指令，确保采摘作业高效完成；当电路采样识别电机堵转、线路短路、驱动过载时，硬件回路立即切断功率输出，同步将电流突变电路特征上传主控；

20、优选的，执行器驱动模块输出的电机转速、执行器动作行程、响应耗时、驱动支路电流电压等运行数据同步上传主控模块，参与工况模型的变化解析，精准识别电机卡顿、执行机构卡滞、驱动电路故障等设备异常工况，辅助系统提前调整驱动输出功率，规避动作失效问题。

21、（三）有益效果

22、与现有技术相比，本发明提供了一种集成供电保护、信号调理、硬件联锁电路的手机app远程式采摘机末端执行器控制系统，具备以下有益效果：

23、本发明增设整机供电稳压保护、多路信号调理、硬件自动化联锁全套硬件电路，解决传统设备无底层电路防护、模拟信号失真、动作时序冲突缺陷；通过光耦、继电器硬件互锁实现故障状态下自动锁止夹持动作，供电、驱动电路具备过流、短路硬件断电能力，形成“硬件电路主动防护 + 软件模型智能预判” 双层安全机制，大幅降低果实损伤、设备烧毁风险。

24、本发明通过无线通信模块实现手机终端与主控模块的双向通信，操作人员无需近距离跟随采摘机作业，可通过手机app远程发送控制指令、实时查看作业状态，有效降低了人工劳动强度，同时避免了复杂作业环境下的安全隐患，适配各类果园的采摘场景。

25、本发明以主控模块为核心，统筹图像采集、无线通信、压力传感、执行器驱动四大模块协同工作，图像采集经调理电路提供精准定位，压力传感依托硬件负反馈保障无损夹持，执行器驱动配套功率保护电路实现精准动作，各环节硬件电路、软件逻辑无缝衔接，有效解决了现有系统各模块独立工作、协同性差、信号失真、无硬件保护的问题。同时主控模块整合全模块多维度时序数据构建采摘工况分析模型，丰富工况分析的数据依据，大幅提升各类采摘异常、电路故障工况解析的可靠度，降低误判、漏判概率。

26、本发明图像采集模块配套光电自动抓拍电路精准捕捉果实信息，避免定位偏差；压力传感模块经专用调理电路稳定采集压力，结合工况模型区分压力异常诱因，杜绝果实损伤或脱落；执行器驱动模块集成硬件过载保护电路精准控制执行动作，依托工况预判提前规避设备动作故障，实现夹持、采摘、输送一体化，大幅提升了采摘效率与果实合格率。

27、本发明各模块均采用“核心部件+辅助部件”的结构设计，配套标准化供电、信号电路，且无线通信模块采用集成化设置，安装便捷、线路简洁，不仅降低了设备维护成本，还提升了整个控制系统的运行稳定性，延长了设备使用寿命。基于多源数据融合的智能工况分析逻辑，让系统从被动阈值响应升级为硬件电路自动防护 + 模型提前预判自适应调节，显著降低果园采摘作业故障停机频次，提升整体采收通行效率。