CN106184759B - 一种基于无人机的外墙喷涂打印系统及其喷涂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无人机的外墙喷涂打印系统及其喷涂方法，无人机上设置喷涂涂料的喷嘴，该方法为：A、控制无人机沿外墙墙体边沿飞行并根据飞行轨迹测绘待喷涂区域；B、利用测绘得到的待喷涂区域计算待喷涂图案在待喷涂区域上的喷涂轨迹，获取喷涂轨迹上各定位坐标，并建立各定位坐标与喷涂特性数据的对应关系；C、控制无人机按照喷涂轨迹各定位坐标依次飞至待喷涂区域的各相应位置，调用所对应的喷涂特性数据依此控制喷嘴喷涂涂料，完成图案喷涂。该系统能够利用无人机快速喷绘打印墙体广告，所喷绘图案逼真误差小，相较于现有墙体喷涂方法，本发明方法简单易行，施工成本低，大大降低了施工人员劳动强度和施工难度，市场前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及喷涂技术领域，特别涉及一种基于无人机的外墙喷涂打印系统及其喷涂方法。
背景技术
墙体广告的实现形式目前主要有喷绘和显示两种方式，采用挂置于墙体上的电子屏幕显示广告的方式具有广告内容丰富、更换便宜的优点，但也存在着电子屏幕购置、维护成本高的缺点，高昂的购置和维护成本大大影响了此种墙体广告形式的应用，而墙体广告采用喷绘形式则因其喷绘简单、价格低廉的特点越来越受到广告商的青睐。但目前喷绘形式的墙体广告主要采用人工在墙体喷绘实现，若制作巨幅墙体喷绘广告或者在高层建筑进行广告喷绘，则喷绘施工面临着喷绘图案施工难度大，工人劳动强度大的问题，这使得大型墙体广告目前难以通过喷绘实现，而这一问题也大大限制了墙体喷绘广告的发展。
因而现有技术还有待改进和提高。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，本发明提供一种基于无人机的外墙喷涂打印系统及其喷涂方法，以解决大型墙体广告无法通过喷绘实现的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种基于无人机的外墙喷涂方法，其中，所述无人机上设置有用于喷涂涂料的喷嘴，所述方法为：
A、控制无人机沿外墙墙体边沿飞行并根据无人机飞行轨迹测量绘制待喷涂区域；
B、利用测绘得到的待喷涂区域计算待喷涂图案在待喷涂区域上的喷涂轨迹，获取喷涂轨迹上各定位坐标，并基于喷涂图案建立各定位坐标与喷涂特性数据的对应关系；
C、控制无人机按照喷涂轨迹各定位坐标依次飞至待喷涂区域的各相应位置，调用各定位坐标所对应的喷涂特性数据并依此控制喷嘴喷涂涂料，完成图案喷涂。
所述的基于无人机的外墙喷涂方法，其中，所述无人机上设置有高度测量装置和卫星定位装置，所述步骤A具体为：启动无人机并控制其沿作业外墙墙体边沿飞行一周，获取无人机沿外墙边沿飞行轨迹，并利用无人机内设置的高度测量装置和卫星定位装置获取无该飞行轨迹的坐标数据，利用此坐标数据计算测量绘制对应于待喷涂区域的坐标数据。
所述的基于无人机的外墙喷涂方法，其中，所述无人机上设置有摄像头，无人机沿外墙墙体边沿开始飞行时，摄像头获取当前外墙边沿图像，分析当前外墙边沿图像的对比度并将该对比度与预设对比度值范围进行比较，利用比较结果自动控制无人机沿外墙墙体边沿飞行。
所述的基于无人机的外墙喷涂方法，其中，所述无人机上设置有激光测距装置，通过激光测距装置的实时测量数据来反馈控制无人机在飞行过程中始终与外墙墙面保持预定间隔距离。
所述的基于无人机的外墙喷涂方法，其中，所述喷涂特性数据包括喷涂颜色、涂料黏性及喷嘴的喷涂方向。
所述的基于无人机的外墙喷涂方法，其中，所述步骤B具体为：
B1、将待喷涂图案按照预定大小设置在待喷涂区域上，基于待喷涂图案所占据区域绘制喷涂轨迹，之后获取属于喷涂轨迹上的各定位坐标；
B2、预先设置待喷涂图案各位置点的喷涂特性数据，建立喷涂轨迹上的各定位坐标与预设待喷涂图案各位置点的一一对应关系，确立喷涂轨迹上的各定位坐标的喷涂特性数据。
所述的基于无人机的外墙喷涂方法，其中，所述步骤C具体为：
C1、将喷涂轨迹各定位坐标作为控制数据控制无人机依次飞行至依次飞至待喷涂区域的预定位置；
C2、查找当前无人机所在的定位坐标对应的喷涂特性数据，利用该喷涂特性数据控制喷嘴喷涂涂料，完成图案喷涂。
所述的基于无人机的外墙喷涂方法，其中，所述无人机上设置有温湿度探测装置，所述喷涂轨迹上的各定位坐标的喷涂特性数据基于温湿度探测装置的实时探测数据进行更改。
一种基于无人机的外墙喷涂打印系统，其中，所述系统包括无人机及控制无人机的控制中心，所述控制中心包括：
测绘模块：用于控制无人机沿外墙墙体边沿飞行并根据无人机飞行轨迹测量绘制待喷涂区域；
计算模块：用于利用测绘得到的待喷涂区域计算待喷涂图案在待喷涂区域上的喷涂轨迹，获取喷涂轨迹上各定位坐标，并基于喷涂图案建立各定位坐标与喷涂特性数据的对应关系；
执行模块：用于控制无人机按照喷涂轨迹各定位坐标依次飞至待喷涂区域的各相应位置，调用各定位坐标所对应的喷涂特性数据并依此控制喷嘴喷涂涂料，完成图案喷涂。
有益效果：本发明提供一种基于无人机的外墙喷涂打印系统及其喷涂方法，通过该系统能够利用无人机快速喷绘打印墙体广告，所喷绘图案逼真且误差小，相较于现有墙体喷涂方案，本发明方法简单易行，施工成本低，大大降低了施工人员的劳动强度和施工难度，也使得巨幅墙体广告能够得以实现，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1为本发明具体实施例中基于无人机的外墙喷涂打印系统的原理框图。
具体实施方式
本发明提供一种基于无人机的外墙喷涂打印系统及其喷涂方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下通过实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种基于无人机的外墙喷涂方法，其中，所述无人机上设置有用于喷涂涂料的喷嘴，该无人机通过地面设置的控制中心进行控制，所述方法为：
S1、控制无人机沿外墙墙体边沿飞行并根据无人机飞行轨迹测量绘制待喷涂区域。
对于将要进行图案喷涂的外墙墙体需要首先进行测绘，得到墙体表面 “数字地图”，本发明利用无人机完成这一过程，从而无需增加额外的测绘装置，并且无人机测绘能够适应各种墙体表面，大大提升了本发明系统的应用范围，具体的，所述无人机上设置有高度测量装置和卫星定位装置，即例如具有高度计和GPS模块，上述步骤则具体为：启动无人机并控制其沿作业外墙墙体边沿飞行一周，获取无人机沿外墙边沿飞行轨迹，并利用无人机内设置的高度测量装置和卫星定位装置获取无该飞行轨迹的坐标数据，利用此坐标数据计算测量绘制对应于待喷涂区域的坐标数据。该测绘过程可自动进行也可人工操作完成，在确定好需要喷涂图案的外墙墙体后，控制无人机沿外墙墙体边沿飞行，无人机在飞行过程中将测量数据反馈至控制中心，反馈数据至少包括实时高度数据和定位数据，基于无人机测绘过程中整个的飞行轨迹即能完成对于待喷涂区域的范围测定，之后利用无人机测绘飞行轨迹计算得到待喷涂区域内的位置坐标。
无人机可自动完成测绘过程，具体为，所述无人机上设置有摄像头，无人机沿外墙墙体边沿开始飞行时，摄像头获取当前外墙边沿图像，分析当前外墙边沿图像的对比度并将该对比度与预设对比度值范围进行比较，利用比较结果自动控制无人机沿外墙墙体边沿飞行。所述预设对比度值可在测绘前利用地面摄像头获取外墙墙体边沿图像的对比度值进行计算得到，当无人机上摄像头摄录到外墙墙体边沿图像时，控制中心对该图像进行处理，可获得以外墙墙体边沿为界限的明显的对比度差异，这一对比度差异可帮助控制中心确定无人机当前所述位置为外墙墙体边沿，则此时控制中心控制无人机垂直向上飞行，当无人机上摄像头摄录的图像经控制中心分析未出现相符的对比度差异，则说明当前无人机已偏离外墙墙体边沿，则控制无人机向左和向右移动预定距离，直至重新获取到相符合的图像，则控制无人机继续执行与上一控制指令相同的指令，例如控制中心计算分析无人机当前摄录图像中未出现相符对比度差异，则控制无人机向左飞行预定距离，若此时仍为获取到具有相符对比度差异的图像，则控制无人机向右飞行预定距离，若此时获取到具有相符对比度差异的图像，则说明无人机已到达外墙墙体的拐角位置，下一步继续控制无人机继续向右飞行，获取到具有相符对比度差异的图像说明外墙墙体边沿已通过拐角连续向右。
当无人机在某位置向上下左右分别飞行后均获取不到具有相符对比度差异的图像，则可能为系统故障或者此位置墙体出现异常对比度差异，则控制中心发出警报由施工人员人工控制无人机飞行越过此位置。
本发明在无人机启动后还设置有自检过程，即无人机启动后，首先在控制中心控制下测定无人机中各装置的工作情况以确保无人机正常工作，例如，测试无人机的高度测量装置和卫星定位装置是否能正常工作，以及测试无人机上喷嘴能够按照控制指令完成相应喷涂方向和相应颜色涂料的喷涂。
S2、利用测绘得到的待喷涂区域计算待喷涂图案在待喷涂区域上的喷涂轨迹，获取喷涂轨迹上各定位坐标，并基于喷涂图案建立各定位坐标与喷涂特性数据的对应关系。
进一步地，上述步骤具体为：
S21、将待喷涂图案按照预定大小设置在待喷涂区域上，基于待喷涂图案所占据区域绘制喷涂轨迹，之后获取属于喷涂轨迹上的各定位坐标。
控制中心将输入的待喷涂图案设置到测绘得到的待喷涂区域内，按照预设大小和位置确定待喷涂图案在待喷涂区域上的位置，基于待喷涂图案即能获得喷涂轨迹，进而计算得到喷涂轨迹的各定位坐标。
较佳的是，由于一些墙体外墙上可能设有窗户，装饰护栏等障碍物或突出物，在待喷涂区域上需要对障碍物或突出物的位置坐标进行确认，可通过无人机测绘得到障碍物或突出物的位置坐标，之后在待喷涂区域上确定障碍物或突出物的位置坐标，喷涂轨迹则根据障碍物或突出物的位置坐标进行调整，例如设定喷涂轨迹中经过障碍物或突出物位置时停止喷涂并直接飞越相应位置。
S22、预先设置待喷涂图案各位置点的喷涂特性数据，建立喷涂轨迹上的各定位坐标与预设待喷涂图案各位置点的一一对应关系，确立喷涂轨迹上的各定位坐标的喷涂特性数据。
其中，所述喷涂特性数据包括喷涂颜色、涂料黏性及喷嘴的喷涂方向。无人机的喷嘴通过料管与地面上设置的料筒连接，料筒中的涂料通过一预混装置混合后沿料管进入喷嘴，通过喷嘴喷涂在墙面形成图案，所述料筒设置为三个，分别装有作为三基色的红绿蓝三色涂料，通过使用三料筒内不同比例的三色涂料进行混合可得到喷涂图案中包含的所有颜色，其中，所述预混装置与控制中心控制连接，在待喷涂图案位置和大小确定后，即可确定待喷涂图案所覆盖的各位置点的坐标，基于此设置各位置点的喷涂特性数据，由于喷涂轨迹的定位坐标与待喷涂图案所覆盖的各位置点存在对应关系，因而获得喷涂轨迹的各定位坐标所对应的喷涂特性数据。
本发明系统所用涂料具有黏性大，固化快的特点，同时又具有不易堵塞喷嘴的特性。
所述涂料由以下质量份数的组分组成：
水 25-35份
分散剂 0.3-0.6份
AMP95 0.1-0.3份
流平剂 0.3-0.5份
湿润剂 0.1-0.3份
内外墙喷涂打印涂料用乳液 40-50份
环保型低VOC成膜助剂 1-3 份
金红石钛白粉 20- 30份
重钙粉(400目) 10-20份
羟乙基纤维素(HBR250) 0.2-0.4份
PEG(400) 2-4份
消泡剂 0.1-0.3 份
S3、控制无人机按照喷涂轨迹各定位坐标依次飞至待喷涂区域的各相应位置，调用各定位坐标所对应的喷涂特性数据并依此控制喷嘴喷涂涂料，完成图案喷涂。
进一步地，所述无人机上设置有激光测距装置，通过激光测距装置的实时测量数据来反馈控制无人机在飞行过程中始终与外墙墙面保持预定间隔距离。本发明系统中由于采用无人机对外墙直接喷涂图案，因此所使用的涂料为特制涂料，喷嘴与无人机之间的距离也必须严格控制才能确保喷涂质量。无人机通过激光测距装置在飞行过程中始终通过距离测量使无人机与墙面之间距离保持在预定范围内。
上述步骤具体为：
S31、将喷涂轨迹各定位坐标作为控制数据控制无人机依次飞行至依次飞至待喷涂区域的预定位置；
S32、查找当前无人机所在的定位坐标对应的喷涂特性数据，控制中心调用该定位坐标所对应的喷涂特性数据，并基于数据控制预混装置按比例混合三基色涂料得到所需颜色涂料，然后按照喷涂特性数据控制喷嘴喷涂涂料，最终完成图案喷涂。
另外，所述无人机上设置有温湿度探测装置，所述喷涂轨迹上的各定位坐标的喷涂特性数据基于温湿度探测装置的实时探测数据进行更改。即各定位坐标所对应的喷涂特性数据并非一成不变，由于巨幅墙体广告作业空间大，作业时间久，环境因素对涂料及系统作业影响较大，通过无人机上设置的温湿度探测装置实施探测作业环境温湿度数据，基于该温湿度数据，控制中心反馈调节涂料配置，即通过预混装置（配置有助剂添加单元）通过改变涂料的助剂及溶剂的添加比例来调节涂料粘性、固化特性，以使涂料适应作业环境的变化，从而使喷涂作业顺利完成。
本发明提供一种基于无人机的外墙喷涂打印系统，如图1所示，所述系统包括无人机100及控制无人机的控制中心200，所述控制中心包括：
测绘模块210：用于控制无人机沿外墙墙体边沿飞行并根据无人机飞行轨迹测量绘制待喷涂区域；
计算模块220：用于利用测绘得到的待喷涂区域计算待喷涂图案在待喷涂区域上的喷涂轨迹，获取喷涂轨迹上各定位坐标，并基于喷涂图案建立各定位坐标与喷涂特性数据的对应关系；
执行模块230：用于控制无人机按照喷涂轨迹各定位坐标依次飞至待喷涂区域的各相应位置，调用各定位坐标所对应的喷涂特性数据并依此控制喷嘴喷涂涂料，完成图案喷涂。
本发明提供一种基于无人机的外墙喷涂打印系统及其喷涂方法，通过该系统能够利用无人机快速喷绘打印墙体广告，所喷绘图案逼真且误差小，相较于现有墙体喷涂方案，本发明方法简单易行，施工成本低，大大降低了施工人员的劳动强度和施工难度，也使得巨幅墙体广告能够得以实现，具有广阔的市场前景。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于无人机的外墙喷涂方法，其特征在于，所述无人机上设置有用于喷涂涂料的喷嘴，所述方法为：
A、控制无人机沿外墙墙体边沿飞行并根据无人机飞行轨迹测量绘制待喷涂区域；
B、利用测绘得到的待喷涂区域计算待喷涂图案在待喷涂区域上的喷涂轨迹，获取喷涂轨迹上各定位坐标，并基于喷涂图案建立各定位坐标与喷涂特性数据的对应关系；
C、控制无人机按照喷涂轨迹各定位坐标依次飞至待喷涂区域的各相应位置，调用各定位坐标所对应的喷涂特性数据并依此控制喷嘴喷涂涂料，完成图案喷涂；
所述无人机上设置有高度测量装置和卫星定位装置，所述步骤A具体为：启动无人机并控制其沿作业外墙墙体边沿飞行一周，获取无人机沿外墙边沿飞行轨迹，并利用无人机内设置的高度测量装置和卫星定位装置获取无该飞行轨迹的坐标数据，利用此坐标数据计算测量绘制对应于待喷涂区域的坐标数据；
所述无人机上设置有摄像头，无人机沿外墙墙体边沿开始飞行时，摄像头获取当前外墙边沿图像，分析当前外墙边沿图像的对比度并将该对比度与预设对比度值范围进行比较，利用比较结果自动控制无人机沿外墙墙体边沿飞行。
2.根据权利要求1所述的基于无人机的外墙喷涂方法，其特征在于，所述无人机上设置有激光测距装置，通过激光测距装置的实时测量数据来反馈控制无人机在飞行过程中始终与外墙墙面保持预定间隔距离。
3.根据权利要求1所述的基于无人机的外墙喷涂方法，其特征在于，所述喷涂特性数据包括喷涂颜色、涂料黏性及喷嘴的喷涂方向。
4.根据权利要求3所述的基于无人机的外墙喷涂方法，其特征在于，所述步骤B具体为：
B1、将待喷涂图案按照预定大小设置在待喷涂区域上，基于待喷涂图案所占据区域绘制喷涂轨迹，之后获取属于喷涂轨迹上的各定位坐标；
B2、预先设置待喷涂图案各位置点的喷涂特性数据，建立喷涂轨迹上的各定位坐标与预设待喷涂图案各位置点的一一对应关系，确立喷涂轨迹上的各定位坐标的喷涂特性数据。
5.根据权利要求3所述的基于无人机的外墙喷涂方法，其特征在于，所述步骤C具体为：
C1、将喷涂轨迹各定位坐标作为控制数据控制无人机依次飞行至依次飞至待喷涂区域的预定位置；
C2、查找当前无人机所在的定位坐标对应的喷涂特性数据，利用该喷涂特性数据控制喷嘴喷涂涂料，完成图案喷涂。
6.根据权利要求3所述的基于无人机的外墙喷涂方法，其特征在于，所述无人机上设置有温湿度探测装置，所述喷涂轨迹上的各定位坐标的喷涂特性数据基于温湿度探测装置的实时探测数据进行更改。
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Application publication date: 20161207 Assignee: Guangdong Yaoda Financial Leasing Co.,Ltd. Assignor: GUANGDONG YINYANG ENVIRONMENT-FRIENDLY NEW MATERIALS Co.,Ltd. Contract record no.: X2022980007300 Denomination of invention: An exterior wall spraying and printing system based on UAV and its spraying method Granted publication date: 20181002 License type: Exclusive License Record date: 20220609 |
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Denomination of invention: An exterior wall spraying and printing system based on UAV and its spraying method Effective date of registration: 20220614 Granted publication date: 20181002 Pledgee: Guangdong Yaoda Financial Leasing Co.,Ltd. Pledgor: GUANGDONG YINYANG ENVIRONMENT-FRIENDLY NEW MATERIALS Co.,Ltd. Registration number: Y2022980007803 |