CN117443899B - 一种沼气发酵废料预处理用切割系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及切割装置领域，公开了一种沼气发酵废料预处理用切割系统及方法，该系统包括：机械臂、压力传感器、图像采集模块和控制模块，其中，机械臂固定设置在进料口，用于控制进料速度；图像采集模块包括第一图像采集单元和第二图像采集单元，图像采集模块用以获取进料口、出料口的图像数据；控制模块包括相互连接的解析单元、第一控制单元、第二控制单元以及第三控制单元，解析单元用以获取进料状态和出料状态，控制单元相结合用以判断并调节切割过程。本发明通过引入自动化、图像采集和智能控制，提高了沼气发酵废料预处理中切割物料的一致性和质量，降低了对人工的依赖。

Description

一种沼气发酵废料预处理用切割系统及方法

技术领域

本发明涉及切割装置领域，具体而言，涉及一种沼气发酵废料预处理用切割系统及方法。

背景技术

沼气发酵预处理是指在沼气池中投入有机废料进行生物发酵之前对原始废料进行一系列的处理步骤。这些预处理步骤的目的是优化发酵环境，提高废料的易降解性，增加气体产量，以及减少发酵过程中可能遇到的问题。其中，切割在沼气池中具有关键的重要性。通过切割废料，可显著增加其表面积，促使微生物更容易附着并分解有机物质，加速发酵反应。这不仅有助于缩短产气周期，提高沼气生产速度，还确保发酵过程中均匀分布、避免局部压实和气体堆积。此外，切割后的秸秆减小了搅拌时的阻力，降低了搅拌能耗，从而在提高效率的同时减少能源消耗。

农村沼气发酵废料以秸秆为主，当前，在废弃秸秆切割过程中普遍为人工切割，即使采用机械设备切割时也主要依靠人工操作，秸秆切割质量受人为因素影响较大，切割过程中缺乏反馈机制，导致秸秆切割质量不均，不利于充分进行沼气发酵。

因此，有必要设计一种沼气发酵废料预处理用切割系统及方法用以解决当前技术中存在的问题。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种沼气发酵废料预处理用切割系统及方法，旨在解决当前存在的沼气发酵与处理中切割质量控制不均、监测机制不完善影响进行充分发酵的问题。

一个方面，本发明提出了一种沼气发酵废料预处理用切割系统，包括：

机械臂，固定设置在进料口，所述机械臂用于控制进料速度；

压力传感器，固定设置在所述进料口靠近切割刀具的一侧，所述压力传感器用于采集进料口的压力数据；

图像采集模块，包括第一图像采集单元和第二图像采集单元；所述第一图像采集单元固定设置在进料口，所述第一图像采集单元用于采集所述进料口的图像数据；所述第二图像采集单元固定设置在出料口，所述第二图像采集单元用于采集所述出料口的图像数据；

控制模块，包括解析单元、第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元；所述解析单元与所述压力传感器电连接，所述解析单元用于获取压力数据并根据所述压力数据解析获取进料口的进料状态，所述解析单元还用于获取所述出料口的图像数据，并根据所述图像数据解析出料口的出料状态；

所述第一控制单元与所述机械臂电连接，所述第一控制单元用于在所述进料口为第一进料状态时，根据所述进料口的图像数据判定当前进料口的容量等级，并基于所述容量等级对所述机械臂进行控制，以增加进料口进料；

所述第二控制单元与所述切割刀具电连接，所述第二控制单元用于在所述进料口为第二进料状态时，采集所述切割刀具的实时温度，所述第二控制单元根据所述实时温度判断是否对切割刀具的转速进行调节；

所述第三控制单元与所述切割刀具电连接，所述第三控制单元用于在所述切割刀具的转速调节后，基于所述解析单元所解析获取的出料状态判断出料是否合格。

进一步的，所述解析单元获取压力数据并根据所述压力数据解析获取进料口的进料状态时，包括：

所述解析单元通过所述压力传感器获取所述进料口顶部的压力数据Yd以及侧部的压力数据Yc，并按照公式计算进料状态参数Cj，计算公式如下：

；

其中，Yd0表示预设标准顶部压力数据的对比参量，Tc0表示预设标准侧部压力数据的对比参量。

进一步的，所述解析单元获取压力数据并根据所述压力数据解析获取进料口的进料状态时，包括：

所述解析单元将所述状态参数Cj与预设标准状态参数Cj0进行比对，根据比对结果获取所述进料状态；

在第一比对结果下，所述解析单元解析获取进料口的进料状态为第一进料状态；

在第二比对结果下，所述解析单元解析获取进料口的进料状态为第二进料状态；

所述第一比对结果为Cj＜Cj0，所述第二比对结果为Cj≥Cj0。

进一步的，所述第一控制单元根据所述进料口的图像数据判定当前进料口的容量等级，并基于所述容量等级对所述机械臂进行控制，以增加进料口进料时，包括：

所述解析单元通过所述第一图像采集单元获取所述进料口的图像数据，所述解析单元通过所述进料口的图像数据获取物料占比R，计算公式如下：

Mw/Mk；

其中，Mw表示物料横截面积，Mk表示进料口横截面积；

所述第一控制单元将所述物料占比R与预设的第一物料占比R1与第二物料占比R2进行比对，根据比对结果判定当前进料口的容量等级，并基于所述容量等级对所述机械臂进行控制，以增加进料口进料；

在第一占比对比结果下，所述第一控制单元判定所述进料口的容量等级为第一容量等级，并将所述机械臂运行速度调整为S0*A1；

在第二占比对比结果下，所述第一控制单元判定所述进料口的容量等级为第二容量等级，并将所述机械臂运行速度调整为S0*A2；

在第三占比对比结果下，所述第一控制单元判定所述进料口的容量等级为第三容量等级，并将所述机械臂运行速度调整为S0*A3；

其中，S0表示机械臂的初始运行速度；所述第一占比对比结果为R≤R1，所述第二占比对比结果为R1＜R≤R2，所述第三占比对比结果为R＞R2；并且A1＞A2＞A3。

进一步的，所述第二控制单元根据所述实时温度判断是否对切割刀具的转速进行调节时，包括：

所述第二控制单元将实时温度T0与预先设定的第一预设温度阈值T1以及第二温度阈值T2进行比对确定高温等级；

在第一条件下，所述第二控制单元确定所述切割刀具的高温等级为第三等级D3；

在第二条件下，所述第二控制单元确定所述切割刀具的高温等级为第二等级D2；

在第三条件下，所述第二控制单元确定所述切割刀具的高温等级为第一等级D1；

所述第一条件为T0≤T2，所述第二条件为T2＜T0≤T1，所述第三条件为T0＞T1；并且所述第一等级D1危险程度高于第二等级D2，所述第二等级D2危险程度高于第三等级D3。

进一步的，所述第二控制单元在确定所述切割刀具的高温等级后，还包括：

所述第二控制单元还用于获取环境温度H0，所述第二控制单元将所述环境温度H0与预先设定的第一预设环境温度阈值H1以及第二预设环境温度阈值H2进行比对，根据比对结果对所述高温等级进行调整；

在第一阈值比对结果下，所述第二控制单元将所述高温等级调升两级；

在第二阈值比对结果下，所述第二控制单元将所述高温等级调升一级；

在第三阈值比对结果下，所述第二控制单元不对所述高温等级进行调整；

其中，所述第一阈值比对结果为H0＞H1，所述第二阈值比对结果为H2≤H0＜H1，所述第三阈值比对结果为H0＜H2。

进一步的，所述第二控制单元根据所述实时温度判断是否对切割刀具的转速进行调节时，包括：

所述第二控制单元根据所述高温等级判断是否对所述切割刀具的转速进行调节；

当所述高温等级大于等于所述第二等级D2时，所述第二控制单元判定对所述切割刀具的转速进行调节；

当所述高温等级为所述第三等级D3时，所述第二控制单元判定不对所述切割刀具的转速进行调节；

当所述第二控制单元判定对所述切割刀具的转速进行调节时，所述第二控制单元获取所述实时温度T0与所述第二温度阈值T2的温度差值△T=T0-T2，所述第二控制单元根据所述温度差值△T与所述高温等级对所述切割刀具的转速进行调节；

当最终判定所述切割刀具的高温等级为第二等级D2时，所述第二控制单元将所述切割刀具的转速调节为F1=F0*△T*B2；

当最终判定所述切割刀具的高温等级为第一等级D1时，所述第二控制单元将所述切割刀具的转速调节为F1=F0*△T*B1；

其中，F0为所述切割刀具的初始转速，B2为第二高温等级下的转速调节系数，B1为第一高温等级下的转速调节系数，且B1＜B2。

进一步的，所述第三控制单元用于在所述切割刀具的转速调节后，基于所述解析单元所解析获取的出料状态判断出料是否合格时，包括：

所述解析单元通过所述第二图像采集单元获取所述出料口的图像数据，所述解析单元通过所述出料口的图像数据获取出料的尺寸差值△L=Lmax-Lmin与平均尺寸L，其中Lmax表示出料的最大尺寸，Lmin表示出料的最小尺寸；

所述第三控制单元根据所述尺寸差值△L与平均尺寸L获取出料平整度P，所述出料平整度P通过下式计算：

；

其中，△L0表示预先设定的标准尺寸差值，L0表示预先设定的标准平均尺寸；

将所述出料平整度P与预先设定的平整度阈值P0进行比对，根据比对结果判断出料是否合格；

在第一判断条件下，所述第三控制单元判定出料不合格，并对所述切割刀具进行二次调节；

在第二判断条件下，所述第三控制单元判定出料合格，不对所述切割刀具进行二次调节；

其中，所述第一判断条件P＞P0，所述第二判断条件P≤P0。

进一步的，当所述第三控制单元判定出料不合格，对所述切割刀具进行二次调节时，包括：

所述第三控制单元获取所述出料平整度P与所述平整度阈值P0的平整度差值△P=P-P0，将所述平整度差值△P与预先设定的第一预设平整度差值△P1以及第二预设平整度差值△P2进行比对，根据比对结果对所述切割刀具进行二次调节；

在第一平整度判断条件下，所述第三控制单元将所述切割刀具的转速二次调节为F1*C1，并开启刀具冷却装置；

在第二平整度判断条件下，所述第三控制单元将所述切割刀具的转速二次调节为F1*C2，并开启刀具冷却装置；

在第三平整度判断条件下，所述第三控制单元将所述切割刀具的转速二次调节为F1*C3，并开启刀具冷却装置；

其中，所述第一平整度判断条件为△P≤△P1，所述第二平整度判断条件为△P1＜△P≤△P2，所述第三平整度判断条件为△P2＜△P；并且C1＜C2＜C3。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过机械臂固定在进料口，能够精准控制进料速度，以确保切割过程的稳定性。压力传感器采集进料口的压力数据，帮助解析进料口的进料状态，而图像采集模块通过第一图像采集单元和第二图像采集单元采集进料口和出料口的图像数据，从而实现对进料口容量等级和出料口状态的准确解析。通过解析单元、第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元的协同作用，在不同状态下实现了对机械臂、切割刀具的精准控制，包括根据容量等级调整机械臂的进料速度以增加进料口进料、实时监测切割刀具的温度并调节其转速。有效解决了人工切割的不足，提高了秸秆切割的准确性和效率，提升了农村沼气发酵废料预处理的效能。

另一方面，本申请还提供了一种沼气发酵废料预处理用切割方法，应用于上述沼气发酵废料预处理用切割系统，包括：

采集进料口的压力数据，根据所述压力数据解析获取进料口的进料状态；

当所述进料口为第一进料状态时，根据所述进料口的图像数据判定当前进料口的容量等级，并基于所述容量等级对机械臂进行控制，以增加进料口进料；

当所述进料口为第二进料状态时，采集所述切割刀具的实时温度，根据所述实时温度判断是否对切割刀具的转速进行调节；

在所述切割刀具的转速调节后，基于出料状态判断出料是否合格。

可以理解的是，上述沼气发酵废料预处理用切割系统及方法具备相同的有益效果，在此不再赘述。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的沼气发酵废料预处理用切割系统的主视图；

图2为本发明实施例提供的沼气发酵废料预处理用切割系统的侧视图；

图3为本发明实施例提供的沼气发酵废料预处理用切割系统中控制模块的功能框图；

图4为本发明实施例提供的沼气发酵废料预处理用切割方法的流程图。

其中，100、沼气发酵废料预处理用切割系统；110、机械臂；121、第一图像采集单元；122、第二图像采集单元；130、控制模块；131、第一控制单元；132、第二控制单元；133、第三控制单元；134、解析单元；140、切割刀具；150、刀具冷却装置。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

农村沼气发酵是一种环保可再生能源技术，通过将农业废弃物如畜禽粪便、秸秆等投入沼气池，在厌氧条件下，通过微生物的生物发酵作用，将有机废料转化为可燃性气体，主要成分为甲烷。这一过程通常在沼气池中进行，该池提供了理想的环境，促使微生物降解废料产生沼气。农村沼气发酵能有效处理废物，减少环境污染。然而，当前沼气发酵废料预处理切割技术面临一些挑战。首先，废弃秸秆切割主要依赖人工进行，即使采用机械设备，仍然依赖人工操作，导致切割质量容易受到操作人员技能水平和经验的影响，存在不均匀和质量不稳定的问题。其次，切割过程缺乏实时反馈机制，无法及时监测和调整切割的均匀性，导致难以保障沼气发酵废料的充分利用。这些问题影响了沼气生产的效率和稳定性，因此有必要设计一种沼气发酵废料预处理切割系统及方法用以解决当前技术中存在的问题。

在本申请的一些实施例中，参阅图1-3所示，一种沼气发酵废料预处理用切割系统100，包括：机械臂110、压力传感器、图像采集模块和控制模块130。其中机械臂110固定设置在进料口，机械臂110用于控制进料速度。压力传感器固定设置在进料口靠近切割刀具140的一侧，压力传感器用于采集进料口的压力数据。图像采集模块包括第一图像采集单元121和第二图像采集单元122。第一图像采集单元121固定设置在进料口，第一图像采集单元121用于采集进料口的图像数据。第二图像采集单元122固定设置在出料口，第二图像采集单元122用于采集出料口的图像数据。控制模块130包括解析单元134、第一控制单元131、第二控制单元132和第三控制单元133。解析单元134与压力传感器电连接，解析单元134用于获取压力数据并根据压力数据解析获取进料口的进料状态，解析单元134还用于获取出料口的图像数据，并根据图像数据解析出料口的出料状态。第一控制单元131与机械臂110电连接，第一控制单元131用于在进料口为第一进料状态时，根据进料口的图像数据判定当前进料口的容量等级，并基于容量等级对机械臂110进行控制，以增加进料口进料。第二控制单元132与切割刀具140电连接，第二控制单元132用于在进料口为第二进料状态时，采集切割刀具140的实时温度，第二控制单元132根据实时温度判断是否对切割刀具140的转速进行调节。第三控制单元133与切割刀具140电连接，第三控制单元133用于在切割刀具140的转速调节后，基于解析单元134所解析获取的出料状态判断出料是否合格。

具体而言，机械臂110固定设置在进料口，通过机械臂110旋转可将物料推入进料口。进料口为漏斗结构，进料口靠近切割刀具140的一侧设置有压力传感器，压力传感器可布置多个，同时获取进料口四周的压力数据。图像采集模块中的第一图像采集单元121设置在进料口原理切割刀具140的一侧，第一图像采集单元121用于拍摄进料口处的图像数据。当系统运行时，机械臂110转动卷曲物料进入进料口，物料在被切割刀具140切割前经过布设有压力传感器的进料口，此时控制模块130中的解析单元134可获取进料口处的压力数据，通过压力数据解析单元134可判断进料口处物料大致情况。当物料较少时，切割刀具140无法充分发挥切割作用浪费电力资源，此时通过第一图像采集单元121采集进料口的图像数据获取精确的进料口实际容量，通过实际容量调整机械臂110，以增加进料充分利用资源。当进料口进料较为充足时，为避免切割刀具140阻力较大，造成电机空转损伤电机、切割刀具140以及传送装置，因此实时获取切割刀具140实时温度，根据实时温度判断刀具状态，并随时调节刀具转速，充分延长设备使用寿命。切割完成后的物料通过下方的出料口出料，第二图像采集单元122采集出料口的图像数据，通过图像数据解析单元134获取出料状态，根据出料状态判断切割的物料是否满足使用需求，不满足时及时调整，及时止损避免物料浪费。

可以理解的是，机械臂110的精准控制进料速度确保了切割的均匀性，提高了废料的易降解性和气体产量。通过压力传感器获取进料口压力数据，可实时判断进料状态，从而智能控制机械臂110，实现了对进料口进料的实时调整，优化了废料的利用效率。第一图像采集单元121的应用则通过拍摄进料口处的图像数据，准确判断进料口实际容量，避免了切割过程中的资源浪费。此外，实时监测切割刀具140的温度，并根据温度状态调节刀具转速，延长了设备使用寿命。通过第二图像采集单元122采集出料口的图像数据，可及时判断切割的物料是否满足使用需求，实现了对出料状态的智能监测，避免了废料的不合格出料，进一步提高了沼气发酵废料的处理效率。

在本申请的一些实施例中，解析单元134获取压力数据并根据压力数据解析获取进料口的进料状态，包括：解析单元134通过压力传感器获取进料口顶部的压力数据Yd以及侧部的压力数据Yc，并按照公式计算进料状态参数Cj，计算公式如下：

。

其中，Yd0表示预设标准顶部压力数据的对比参量，Tc0表示预设标准侧部压力数据的对比参量。

可以理解的是，通过综合考虑进料口顶部和侧部的压力数据，利用公式计算出的进料状态参数Cj提供了对废料进料情况更为全面和准确的评估。有助于更准确地监测和调整机械臂110的运行，实现对废料处理过程的智能化优化，有利于提高沼气发酵废料预处理系统的效率和可靠性，为废料的充分利用创造了更有益的条件。

在本申请的一些实施例中，解析单元134获取压力数据并根据压力数据解析获取进料口的进料状态，包括：解析单元134将状态参数Cj与预设标准状态参数Cj0进行比对，根据比对结果获取进料状态。在第一比对结果下，解析单元134解析获取进料口的进料状态为第一进料状态。在第二比对结果下，解析单元134解析获取进料口的进料状态为第二进料状态。第一比对结果为Cj＜Cj0，第二比对结果为Cj≥Cj0。

具体而言，通过解析单元134获取压力数据，并将状态参数Cj与预设标准状态参数Cj0进行比对，从而得到进料口的实际进料状态。比对的结果分为两种情况：第一是当Cj＜Cj0时，解析单元134判定进料口的状态为第一进料状态；第二是当Cj≥Cj0时，解析单元134判定进料口的状态为第二进料状态。

可以理解的是，通过对实际状态与预设标准状态的差异性判断，有效地判定了进料口的实时状态，为后续的机械臂110控制提供了重要的参考依据，能够更加精准地进行机械臂110的控制调整。

在本申请的一些实施例中，第一控制单元131根据进料口的图像数据判定当前进料口的容量等级，并基于容量等级对机械臂110进行控制，以增加进料口进料，包括：解析单元134通过第一图像采集单元121获取进料口的图像数据，解析单元134通过进料口的图像数据获取物料占比R，计算公式如下：

RMw/Mk。

其中，Mw表示物料横截面积，Mk表示进料口横截面积。

第一控制单元131将物料占比R与预设的第一物料占比R1与第二物料占比R2进行比对，根据比对结果判定当前进料口的容量等级，并基于容量等级对机械臂110进行控制，以增加进料口进料。在第一占比对比结果下，第一控制单元131判定进料口的容量等级为第一容量等级，并将机械臂110运行速度调整为S0*A1。在第二占比对比结果下，第一控制单元131判定进料口的容量等级为第二容量等级，并将机械臂110运行速度调整为S0*A2。在第三占比对比结果下，第一控制单元131判定进料口的容量等级为第三容量等级，并将机械臂110运行速度调整为S0*A3。其中，S0表示机械臂110的初始运行速度。第一占比对比结果为R≤R1，第二占比对比结果为R1＜R≤R2，第三占比对比结果为R＞R2。并且A1＞A2＞A3。

具体而言，解析单元134对获取的图像数据进行处理。包括图像的预处理，如去噪、增强对比度等，以确保后续的图像分析能够得到准确的结果。利用图像处理技术识别进料口中物料的区域。包括检测物料的边缘、轮廓或颜色，以区分物料与其他部分。通过测量物料占据的区域与整个进料口的区域之比将计算得到的物料占比R与预设的第一物料占比R1和第二物料占比R2进行比对，以确定当前进料口的容量等级，并根据不同的占比对比结果，灵活地调整机械臂110的运行速度，以实现对进料口的智能控制。

可以理解的是，通过对进料口物料占比的综合分析，实现了对不同容量等级的进料口的差异化处理。根据实际情况灵活调整机械臂110的运行速度，有效提高了进料口的进料效率，确保了沼气发酵废料预处理系统的高效稳定运行。基于图像数据和物料占比的控制方式，具有高度的自适应性和精确性。

在本申请的一些实施例中，第二控制单元132根据实时温度判断是否对切割刀具140的转速进行调节，包括：第二控制单元132将实时温度T0与预先设定的第一预设温度阈值T1以及第二温度阈值T2进行比对确定高温等级。在第一条件下，第二控制单元132确定切割刀具140的高温等级为第三等级D3。在第二条件下，第二控制单元132确定切割刀具140的高温等级为第二等级D2。在第三条件下，第二控制单元132确定切割刀具140的高温等级为第一等级D1。第一条件为T0≤T2，第二条件为T2＜T0≤T1，第三条件为T0＞T1。并且第一等级D1危险程度高于第二等级D2，第二等级D2危险程度高于第三等级D3。

具体而言，利用温度传感器等装置实时监测切割刀具140的温度，将实时温度值表示为T0，第二控制单元132将实时温度T0与预先设定的两个温度阈值T1和T2进行比对。其中，T1为第一预设温度阈值，T2为第二温度阈值。针对不同高温等级，设置了不同的危险程度，确保在高温状态下采取适当的控制和调节措施。

可以理解的是，通过对实时温度的灵敏感知和智能判断，能够及时有效地应对切割刀具140可能面临的高温情况，提高了设备的安全性和稳定性，降低了潜在的安全风险。有助于延长切割刀具140的使用寿命，提高系统的可靠性。

在本申请的一些实施例中，第二控制单元132在确定切割刀具140的高温等级后，还包括：第二控制单元132还用于获取环境温度H0，第二控制单元132将环境温度H0与预先设定的第一预设环境温度阈值H1以及第二预设环境温度阈值H2进行比对，根据比对结果对高温等级进行调整。在第一阈值比对结果下，第二控制单元132将高温等级调升两级。在第二阈值比对结果下，第二控制单元132将高温等级调升一级。在第三阈值比对结果下，第二控制单元132不对高温等级进行调整。其中，第一阈值比对结果为H0＞H1，第二阈值比对结果为H2≤H0＜H1，第三阈值比对结果为H0＜H2。

具体而言，第二控制单元132获取环境温度值，表示为H0，第二控制单元132将环境温度H0与预先设定的两个环境温度阈值H1和H2进行比对，根据比对结果，对刚判定的高温等级进行调整，以更灵活地适应环境变化。具体调整条件如下：第一阈值比对结果H0＞H1，此时第二控制单元132将高温等级调升两级。若前一步确定的高温等级为第一等级时，保持第一等级不变，高温等级为第二等级时，将第二等级升为第一等级。第二阈值比对结果H2≤H0＜H1，此时第二控制单元132将高温等级调升一级。若前一步确定的高温等级为第一等级时，保持第一等级不变。第三阈值比对结果H0＜H2，此时第二控制单元132不对高温等级进行调整。

可以理解的是，根据当前的环境温度实时做出相应的调整，使高温等级更加灵活、精准地适应不同工作环境的变化。通过及时调整高温等级，可以有效地防范潜在的高温危险，确保设备在不同工作条件下的稳定运行。提供了更全面、更精准的温度管理，提高了系统的安全性和适应性，同时延长了设备的寿命。

在本申请的一些实施例中，第二控制单元132根据实时温度判断是否对切割刀具140的转速进行调节，包括：第二控制单元132根据高温等级判断是否对切割刀具140的转速进行调节。当高温等级大于等于第二等级D2时，第二控制单元132判定对切割刀具140的转速进行调节。当高温等级为第三等级D3时，第二控制单元132判定不对切割刀具140的转速进行调节。当第二控制单元132判定对切割刀具140的转速进行调节时，第二控制单元132获取实时温度T0与第二温度阈值T2的温度差值△T=T0-T2，第二控制单元132根据温度差值△T与高温等级对切割刀具140的转速进行调节。当最终判定切割刀具140的高温等级为第二等级D2时，第二控制单元132将切割刀具140的转速调节为F1=F0*△T*B2。当最终判定切割刀具140的高温等级为第一等级D1时，第二控制单元132将切割刀具140的转速调节为F1=F0*△T*B1。其中，F0为切割刀具140的初始转速，B2为第二高温等级下的转速调节系数，B1为第一高温等级下的转速调节系数，且B1＜B2。

具体而言，第二控制单元132根据实时温度判定高温等级，当高温等级大于等于第二等级D2时，例如判定高温等级为第一等级D1或第二等级D2时，判定对切割刀具140的转速进行调节。当高温等级为第三等级D3时，判定不对切割刀具140的转速进行调节。根据温度差值△T和高温等级，第二控制单元132对切割刀具140的转速进行调节。通过综合考虑温度差值和高温等级，可以更加灵活和智能地响应不同的工作场景。例如，当温度差值较小但高温等级较高时，说明即使实际温度没有显著升高，刀具依然处于高负荷状态。综合考虑温度差值和高温等级，可以更精确地判定是否需要进行转速调节，以及调节的幅度，从而有效保护切割刀具140，提高系统的安全性和稳定性。

可以理解的是，通过根据实时温度和高温等级进行精准的转速调节，可以在保障高效切割的同时最大程度地减轻设备的热负荷，延长切割刀具140的使用寿命，提高了系统的可靠性和耐久性。

在本申请的一些实施例中，第三控制单元133用于在切割刀具140的转速调节后，基于解析单元134所解析获取的出料状态判断出料是否合格，包括：解析单元134通过第二图像采集单元122获取出料口的图像数据，解析单元134通过出料口的图像数据获取出料的尺寸差值△L=Lmax-Lmin与平均尺寸L，其中Lmax表示出料的最大尺寸，Lmin表示出料的最小尺寸。第三控制单元133根据尺寸差值△L与平均尺寸L获取出料平整度P，出料平整度P通过下式计算：

。

其中，△L0表示预先设定的标准尺寸差值，L0表示预先设定的标准平均尺寸。

将出料平整度P与预先设定的平整度阈值P0进行比对，根据比对结果判断出料是否合格。在第一判断条件下，第三控制单元133判定出料不合格，并对切割刀具140进行二次调节。在第二判断条件下，第三控制单元133判定出料合格，不对切割刀具140进行二次调节。其中，第一判断条件P＞P0，第二判断条件P≤P0。

具体而言，平整度是指出料的尺寸差值、平均尺寸与标准数据之间的关系。平整度P值越大说明与预计差值相差较大，物料状态越差。

可以理解的是，根据平整度的比对结果进行智能判定。当平整度超过预设的阈值时，判定出料不合格，触发对切割刀具140的二次调节，以纠正切割过程中导致质量问题的因素。反之，当平整度在合理范围内时，判定出料合格，无需进行二次调节，从而避免了不必要的能源浪费和设备损耗。

在本申请的一些实施例中，当第三控制单元133判定出料不合格，对切割刀具140进行二次调节时，包括：第三控制单元133获取出料平整度P与平整度阈值P0的平整度差值△P=P-P0，将平整度差值△P与预先设定的第一预设平整度差值△P1以及第二预设平整度差值△P2进行比对，根据比对结果对切割刀具140进行二次调节。在第一平整度判断条件下，第三控制单元133将切割刀具140的转速二次调节为F1*C1，并开启刀具冷却装置150。在第二平整度判断条件下，第三控制单元133将切割刀具140的转速二次调节为F1*C2，并开启刀具冷却装置150。在第三平整度判断条件下，第三控制单元133将切割刀具140的转速二次调节为F1*C3，并开启刀具冷却装置150。其中，第一平整度判断条件为△P≤△P1，第二平整度判断条件为△P1＜△P≤△P2，第三平整度判断条件为△P2＜△P。并且C1＜C2＜C3。

具体而言，通过计算平整度差值，即实际平整度与设定平整度阈值之间的差异，以判断出料的整体质量状况。根据预设平整度差值阈值，将△P与△P1、△P2进行比对，确定差值范围。为了避免刀具过热在之前降低的刀具转速，但是由于刀具转速降低导致出料质量无法满足要求，此时，在提高转速的基础上启用刀具冷却装置150，通过向刀具表面提供冷却剂可以在保持刀具在适宜温度范围内的同时，提高切割的稳定性和效率。

可以理解的是，二次调节策略使系统更具自适应性，能够根据实际情况智能调整切割刀具140的性能，提高了设备的稳定性和切割质量，从而确保了废弃物的高效利用。

上述实施例中沼气发酵废料预处理用切割系统，通过机械臂固定在进料口，能够精准控制进料速度，以确保切割过程的稳定性。压力传感器采集进料口的压力数据，帮助解析进料口的进料状态，而图像采集模块通过第一图像采集单元和第二图像采集单元采集进料口和出料口的图像数据，从而实现对进料口容量等级和出料口状态的准确解析。通过解析单元、第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元的协同作用，在不同状态下实现了对机械臂、切割刀具的精准控制，包括根据容量等级调整机械臂的进料速度以增加进料口进料、实时监测切割刀具的温度并调节其转速。有效解决了人工切割的不足，提高了秸秆切割的准确性和效率，提升了农村沼气发酵废料预处理的效能。

基于上述实施例的另一种优选的方式中，参阅图4所示，本实施方式提供了一种沼气发酵废料预处理用切割方法，应用于上述沼气发酵废料预处理用切割系统，包括：

S100：采集进料口的压力数据，根据压力数据解析获取进料口的进料状态。

S200：当进料口为第一进料状态时，根据进料口的图像数据判定当前进料口的容量等级，并基于容量等级对机械臂进行控制，以增加进料口进料。

当进料口为第二进料状态时，采集切割刀具的实时温度，根据实时温度判断是否对切割刀具的转速进行调节。

S300：在切割刀具的转速调节后，基于出料状态判断出料是否合格。

可以理解的是，上述沼气发酵废料预处理用切割方法及系统具备相同的有益效果，在此不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序商品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序商品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）和计算机程序商品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框，以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种沼气发酵废料预处理用切割系统，其特征在于，包括：

机械臂，固定设置在进料口，所述机械臂用于控制进料速度；

压力传感器，固定设置在所述进料口靠近切割刀具的一侧，所述压力传感器用于采集进料口的压力数据；

图像采集模块，包括第一图像采集单元和第二图像采集单元；所述第一图像采集单元固定设置在进料口，所述第一图像采集单元用于采集所述进料口的图像数据；所述第二图像采集单元固定设置在出料口，所述第二图像采集单元用于采集所述出料口的图像数据；

控制模块，包括解析单元、第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元；所述解析单元与所述压力传感器电连接，所述解析单元用于获取压力数据并根据所述压力数据解析获取进料口的进料状态，所述解析单元还用于获取所述出料口的图像数据，并根据所述图像数据解析出料口的出料状态；

所述第一控制单元与所述机械臂电连接，所述第一控制单元用于在所述进料口为第一进料状态时，根据所述进料口的图像数据判定当前进料口的容量等级，并基于所述容量等级对所述机械臂进行控制，以增加进料口进料；

所述第二控制单元与所述切割刀具电连接，所述第二控制单元用于在所述进料口为第二进料状态时，采集所述切割刀具的实时温度，所述第二控制单元根据所述实时温度判断是否对切割刀具的转速进行调节；

所述第三控制单元与所述切割刀具电连接，所述第三控制单元用于在所述切割刀具的转速调节后，基于所述解析单元所解析获取的出料状态判断出料是否合格；

所述第二控制单元根据所述实时温度判断是否对切割刀具的转速进行调节时，包括：

所述第二控制单元将实时温度T0与预先设定的第一预设温度阈值T1以及第二温度阈值T2进行比对确定高温等级；

在第一条件下，所述第二控制单元确定所述切割刀具的高温等级为第三等级D3；

在第二条件下，所述第二控制单元确定所述切割刀具的高温等级为第二等级D2；

在第三条件下，所述第二控制单元确定所述切割刀具的高温等级为第一等级D1；

所述第一条件为T0≤T2，所述第二条件为T2＜T0≤T1，所述第三条件为T0＞T1；并且所述第一等级D1危险程度高于第二等级D2，所述第二等级D2危险程度高于第三等级D3；

所述第二控制单元在确定所述切割刀具的高温等级后，还包括：

所述第二控制单元还用于获取环境温度H0，所述第二控制单元将所述环境温度H0与预先设定的第一预设环境温度阈值H1以及第二预设环境温度阈值H2进行比对，根据比对结果对所述高温等级进行调整；

在第一阈值比对结果下，所述第二控制单元将所述高温等级调升两级；

在第二阈值比对结果下，所述第二控制单元将所述高温等级调升一级；

在第三阈值比对结果下，所述第二控制单元不对所述高温等级进行调整；

其中，所述第一阈值比对结果为H0＞H1，所述第二阈值比对结果为H2≤H0＜H1，所述第三阈值比对结果为H0＜H2；

所述第二控制单元根据所述实时温度判断是否对切割刀具的转速进行调节时，包括：

所述第二控制单元根据所述高温等级判断是否对所述切割刀具的转速进行调节；

当所述高温等级大于等于所述第二等级D2时，所述第二控制单元判定对所述切割刀具的转速进行调节；

当所述高温等级为所述第三等级D3时，所述第二控制单元判定不对所述切割刀具的转速进行调节；

当所述第二控制单元判定对所述切割刀具的转速进行调节时，所述第二控制单元获取所述实时温度T0与所述第二温度阈值T2的温度差值△T=T0-T2，所述第二控制单元根据所述温度差值△T与所述高温等级对所述切割刀具的转速进行调节；

当最终判定所述切割刀具的高温等级为第二等级D2时，所述第二控制单元将所述切割刀具的转速调节为F1=F0*△T*B2；

当最终判定所述切割刀具的高温等级为第一等级D1时，所述第二控制单元将所述切割刀具的转速调节为F1=F0*△T*B1；

其中，F0为所述切割刀具的初始转速，B2为第二高温等级下的转速调节系数，B1为第一高温等级下的转速调节系数，且B1＜B2。

2.根据权利要求1所述的沼气发酵废料预处理用切割系统，其特征在于，所述解析单元获取压力数据并根据所述压力数据解析获取进料口的进料状态时，包括：

所述解析单元通过所述压力传感器获取所述进料口顶部的压力数据Yd以及侧部的压力数据Yc，并按照公式计算进料状态参数Cj，计算公式如下：

；

其中，Yd0表示预设标准顶部压力数据的对比参量，Tc0表示预设标准侧部压力数据的对比参量。

3.根据权利要求2所述的沼气发酵废料预处理用切割系统，其特征在于，所述解析单元获取压力数据并根据所述压力数据解析获取进料口的进料状态时，包括：

所述解析单元将所述状态参数Cj与预设标准状态参数Cj0进行比对，根据比对结果获取所述进料状态；

在第一比对结果下，所述解析单元解析获取进料口的进料状态为第一进料状态；

在第二比对结果下，所述解析单元解析获取进料口的进料状态为第二进料状态；

所述第一比对结果为Cj＜Cj0，所述第二比对结果为Cj≥Cj0。

4.根据权利要求1所述的沼气发酵废料预处理用切割系统，其特征在于，所述第一控制单元根据所述进料口的图像数据判定当前进料口的容量等级，并基于所述容量等级对所述机械臂进行控制，以增加进料口进料时，包括：

所述解析单元通过所述第一图像采集单元获取所述进料口的图像数据，所述解析单元通过所述进料口的图像数据获取物料占比R，计算公式如下：

Mw/Mk；

其中，Mw表示物料横截面积，Mk表示进料口横截面积；

所述第一控制单元将所述物料占比R与预设的第一物料占比R1与第二物料占比R2进行比对，根据比对结果判定当前进料口的容量等级，并基于所述容量等级对所述机械臂进行控制，以增加进料口进料；

在第一占比对比结果下，所述第一控制单元判定所述进料口的容量等级为第一容量等级，并将所述机械臂运行速度调整为S0*A1；

在第二占比对比结果下，所述第一控制单元判定所述进料口的容量等级为第二容量等级，并将所述机械臂运行速度调整为S0*A2；

在第三占比对比结果下，所述第一控制单元判定所述进料口的容量等级为第三容量等级，并将所述机械臂运行速度调整为S0*A3；

其中，S0表示机械臂的初始运行速度；所述第一占比对比结果为R≤R1，所述第二占比对比结果为R1＜R≤R2，所述第三占比对比结果为R＞R2；并且A1＞A2＞A3。

5.根据权利要求1所述的沼气发酵废料预处理用切割系统，其特征在于，所述第三控制单元用于在所述切割刀具的转速调节后，基于所述解析单元所解析获取的出料状态判断出料是否合格时，包括：

所述解析单元通过所述第二图像采集单元获取所述出料口的图像数据，所述解析单元通过所述出料口的图像数据获取出料的尺寸差值△L=Lmax-Lmin与平均尺寸L，其中Lmax表示出料的最大尺寸，Lmin表示出料的最小尺寸；

所述第三控制单元根据所述尺寸差值△L与平均尺寸L获取出料平整度P，所述出料平整度P通过下式计算：

；

其中，△L0表示预先设定的标准尺寸差值，L0表示预先设定的标准平均尺寸；

将所述出料平整度P与预先设定的平整度阈值P0进行比对，根据比对结果判断出料是否合格；

在第一判断条件下，所述第三控制单元判定出料不合格，并对所述切割刀具进行二次调节；

在第二判断条件下，所述第三控制单元判定出料合格，不对所述切割刀具进行二次调节；

其中，所述第一判断条件P＞P0，所述第二判断条件P≤P0。

6.根据权利要求5所述的沼气发酵废料预处理用切割系统，其特征在于，当所述第三控制单元判定出料不合格，对所述切割刀具进行二次调节时，包括：

所述第三控制单元获取所述出料平整度P与所述平整度阈值P0的平整度差值△P=P-P0，将所述平整度差值△P与预先设定的第一预设平整度差值△P1以及第二预设平整度差值△P2进行比对，根据比对结果对所述切割刀具进行二次调节；

在第一平整度判断条件下，所述第三控制单元将所述切割刀具的转速二次调节为F1*C1，并开启刀具冷却装置；

在第二平整度判断条件下，所述第三控制单元将所述切割刀具的转速二次调节为F1*C2，并开启刀具冷却装置；

在第三平整度判断条件下，所述第三控制单元将所述切割刀具的转速二次调节为F1*C3，并开启刀具冷却装置；

其中，所述第一平整度判断条件为△P≤△P1，所述第二平整度判断条件为△P1＜△P≤△P2，所述第三平整度判断条件为△P2＜△P；并且C1＜C2＜C3。

7.一种沼气发酵废料预处理用切割方法，应用于权利要求1-6任一项所述的系统中，其特征在于，包括：

采集进料口的压力数据，根据所述压力数据解析获取进料口的进料状态；

当所述进料口为第一进料状态时，根据所述进料口的图像数据判定当前进料口的容量等级，并基于所述容量等级对机械臂进行控制，以增加进料口进料；

当所述进料口为第二进料状态时，采集所述切割刀具的实时温度，根据所述实时温度判断是否对切割刀具的转速进行调节；

在所述切割刀具的转速调节后，基于出料状态判断出料是否合格。