CN108466483B - 一种可移动的平面喷绘系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可移动的平面喷绘系统，属于机器人及自动控制技术领域；平面喷绘系统具有特定的喷头移动硬件控制，其硬件设备附加在控制的机器设备，机器设备进行移动，使得平面喷绘系统控制机器设备移动到工作平面边界，在机器设备移动到目标位置后，喷头在移动硬件控制下开始在目标范围内移动，运行过程中使多台机器设备协同工作，实现大面积范围喷绘。平面喷绘系统控制的机器设备结构简单、体积小，具有移动和便携的特点，适合搬运移动至任何场所进行作业，也适合于家庭小型DIY墙面图案绘制。改变其喷头中的涂料，还可将其改装成可移动的清洁设备。

Description

一种可移动的平面喷绘系统
技术领域
本发明涉及机器人及自动控制领域，具体地说，涉及一种可移动的平面喷绘系统。
背景技术
随着经济的发展，艺术人文市场逐渐扩大。喷绘作为实现居家装潢的重要元素，其市场也受到越来越多的关注。一些非原创的艺术性喷绘作品，人工费用较大，且长时间的接触油漆，对人体的伤害较大。许多消费者想要在居家环境中拥有精美的墙绘作品，部分墙绘作品并不需要强烈的人工性和原创性。因此，可用工业墙绘替代人工墙绘。
中国专利107116910A公开了一种“墙体喷绘系统及方法”该墙体喷绘系统使用于带有喷绘装置和定位系统的无人机，并与投影机配合，其中，所述墙体喷绘系统包括用于采集投射图像的感光组件，用于对所述投射图像进行截取分析处理以获取图像信息的图像截取单元，及用于根据所述图像信息控制喷绘装置将图像喷绘于目标位置的喷墨控制单元。该墙体喷绘系统过无人机与投影机的配合，直接获取投射图像及其图像信息，无需额外设置控制中心将所需喷绘图像及其坐标处理后传送至无人机，以实现快速喷墨绘制墙体广告，墙体喷绘系统人工投入小，且喷绘图像误差小。但是无人机在使用中具有噪声大，稳定性差和耗电大的特点，在进行喷绘的过程中的事故发生概率较大。
发明内容
为了避免现有技术存在的平面喷绘系统运用中噪声大，稳定性差和耗电大的问题，本发明提出一种可移动的平面喷绘系统。该平面喷绘系统采用特定的喷头移动硬件控制，其硬件设备附加于机器设备上，机器设备进行移动，使得平面喷绘系统基于机器设备移动到工作平面边界，在机器设备移动到目标位置后，喷头在移动硬件控制下开始在目标范围内移动，实现大面积范围喷绘。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括机器设备、图像采集及图像处理单元、机器人视觉控制单元、伺服电机控制单元和各机器设备之间的通信网络单元；机器设备为六足爬壁机器人，机器设备包括机器设备的运动控制部分，采用离线编程与机器视觉伺服控制结合的方法，控制机器设备上的运动关节；图像采集及图像处理单元包括图像的接受和图像处理部分，图像处理包含像素点所处位置和颜色强度值的读取和绘图输出；机器人视觉控制单元包括摄像机，摄像机固定在机器设备前端；在伺服电机控制单元包括伺服电机的转动角度的控制，控制喷头的所处位置；各机器设备之间的数据通过通信网络单元进行传输，控制机器设备所处在的位置，具体步骤如下:
步骤1.对机器设备的上位机进行编程，完成上位机的视觉算法编程，摄像机与上位机相连接；
步骤2.将目标喷绘图像由终端传输进入上位机，获取平面喷绘系统的横坐标的起始值和终值，起始值和终值分别为两台机器设备的目标位置0和a，起始值为平面喷绘范围所构成的坐标系的原点，从原点向右到横坐标终值的范围为坐标系的横轴x轴，从远点向下到达图像的高度值为坐标系的y轴；摄像头读取到的目标位置0和a与机器初始位置的信息传输给上位机，上位机根据目标位置执行控制下位机的程序；
步骤3.由步骤2完成的上位机控制程序发送命令指令给下位机，使下位机执行相应的控制机器设备的运动关节的下位机程序，使机器设备从初始位置到达目标位置；
步骤4.两台机器设备下的伺服电机轴上缠绕细绳，根据步骤2中所接收的图像，喷头初始位于图像的原点位置，起始值位置机器设备的初始绳长为0，终值位置机器设备的初始身长为横坐标终值与横坐标起始值的差值，即为a，喷头位于两台设备的细绳交点位置；
步骤5.将目标喷绘图像分割成m行n列，得到m×n个像素点；喷头从左向右移动，喷绘一行结束后，移动到下一行；喷绘过程中，喷头的移动由调节两台机器设备上的绳长完成，两台机器设备上的绳长调节由调节伺服电机转轴的转动角度完成，喷头停留在每个像素点的位置时，根据该像素点对应的色彩喷绘出不同颜色；
步骤6.在目标喷绘图像喷绘完成后，完成作业，上位机控制程序发送命令给下位机，使下位机执行相应的控制机器设备的运动关节的下位机程序，两台设备由目标位置回到起始位置。
有益效果
本发明提出的一种可移动的平面喷绘系统，该平面喷绘系统具有特定的喷头移动硬件控制，其硬件设备附加在控制的机器设备，机器设备进行移动，使得平面喷绘系统控制机器设备移动到工作平面边界，在机器设备移动到目标位置后，喷头在移动硬件控制下开始在目标范围内移动，运行过程中使多台机器设备协作工作，实现大面积范围喷绘。平面喷绘系统控制的机器设备结构简单、体积小，具有移动和便携的特点，适合搬运移动至任何场所进行作业，也适合于家庭小型DIY墙面图案绘制。
本发明平面喷绘系统使机器设备替代人工进行图案喷绘，可根据使用不同的喷头设备实现精细的图案绘制。改变其喷头中的涂料，可将其改装成可移动的清洁设备。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种可移动的平面喷绘系统作进一步详细说明。
图1为可移动的平面喷绘系统工作流程图。
图2为可移动的平面系喷绘系统中伺服电机构成的喷绘机构示意图。
图3为机器设备的六足爬壁机器人形态的俯视图。
图4为机器设备六足爬壁机器人仰视图。
图5为机器设备六足爬壁机器人立体图。
图中
1.下底板 2.下位机控制板 3.上位机控制板 4.机械腿机构 5.轮式机构 6.摄像头连接件 7.上底盖 8.伺服电机
具体实施方式
本实施例是一种可移动的平面喷绘系统。由机器设备、图像采集及图像处理单元、机器人视觉控制单元、伺服电机控制单元和各机器设备之间的通信网络单元；机器设备为六足爬壁机器人，器设备包括机器设备的运动控制部分，采用离线编程与机器视觉伺服控制结合的方法，控制机器设备上的运动关节；图像采集及图像处理单元包括图像的接受和图像处理部分，图像处理包含像素点所处位置和其颜色强度值的读取和绘图输出；机器人视觉控制单元包括摄像机，摄像机固定在机器设备前端；在伺服电机控制单元包括伺服电机的转动角度的控制，控制喷头的所处位置；各机器设备之间的数据通过通信网络单元进行传输，控制机器设备所处在的位置；
参阅图3、图4和图5，本实施例可移动的平面喷绘系统的机器设备为六足爬壁机器人，运行过程中使多台机器设备协作工作。六足爬壁机器人包括上底盖7、下底板1、机械腿机构4、轮式机构5、上位机控制板3、下位机控制板2、伺服电机8和摄像头连接件6；上底盖和下底板都为六边为和六角均为圆弧的正六边形，上底盖的每个角上分别有舵盘安装孔用于连接机械腿机构，下底板的每相邻一条边上分别有安装孔用于连接轮式机构。机械腿结构上有真空发生器，使得机器设备能够完成爬壁工作。轮式机构使该机器设备能前期的快速移动。
参阅图1，本实施例可移动的平面喷绘系统工作流程:
首先，对机器设备的上位机进行编程，完成上位机的视觉算法编程，摄像机与上位机相连接。
其次，将目标喷绘图像由终端传输进入上位机，获得平面喷绘系统的横坐标的起始值和终值，起始值和终值分别为两台机器设备的目标位置0和a，起始值为平面喷绘范围所构成的坐标系的原点，从原点向右到横坐标终值的范围为坐标系的横轴x轴，从远点向下到达图像的高度值为坐标系的y轴；摄像头读取到的目标位置0和a与机器初始位置的信息传输给上位机，上位机根据目标位置执行控制下位机的程序。
然后，完成的上位机控制程序发送命令指令给下位机，使下位机执行相应的控制机器设备的运动关节的下位机程序，使机器设备从初始位置到达目标位置。
接着，伺服电机构成的喷绘机构的结构来控制喷头工作，根据机器设备从终端所接收的图像，喷头初始位于图像的原点位置，因此起始值位置机器设备的初始绳长为0，终值位置机器设备的初始身长为横坐标终值与横坐标起始值的差值，即为a，喷头位于两台设备的细绳交点位置。
最后，在目标喷绘图像喷绘完成后，完成工作，上位机控制程序发送命令给下位机，使下位机执行相应的控制机器设备的运动关节的下位机程序，两台设备由目标位置回到起始位置。
参阅图2，伺服电机构成的喷绘机构的结构来控制喷头工作；两台机器设备下的伺服电机轴上缠绕细绳，根据机器设备从终端所接收的图像，喷头初始位于图像的原点位置，因此起始值位置机器设备的初始绳长为0，终值位置机器设备的初始身长为横坐标终值与横坐标起始值的差值，即为a，喷头位于两台设备的细绳交点位置。将目标喷绘图像分割成m行n列，得到m×n个像素点。喷头从左向右移动，喷绘一行结束后，移动到下一行；喷绘过程中，喷头的移动由调整两台机器设备上的绳长完成；当喷头位于坐标为(i,j)的像素的位置时，0处机器设备的绳长为喷头与0位置处机器设备的电机轴和x轴之间的夹角为βk；a处机器设备的绳长为两台机器设备上的绳长调整由调整伺服电机的转轴的转动角度完成，绳子由前一个像素点移动到下一个像素点，0位置处机器设备发生的绳长变化为Δlk1＝lk1+1-lk1,伺服电机的转轴转动角度为r1为0位置处伺服电机转轴半径，a位置处机器设备发生的绳长变化为Δlk2＝lk2+1-lk2,伺服电机的转轴转动角度为r2为a位置处伺服电机转轴半径；喷头停留在每个像素点的位置时，根据该像素点对应的色彩喷绘出不同颜色。

Claims (1)

1.一种可移动的平面喷绘系统，其特征在于:包括机器设备、图像采集及图像处理单元、机器人视觉控制单元、伺服电机控制单元和各机器设备之间的通信网络单元；机器设备为六足爬壁机器人，机器设备包括机器设备的运动控制部分，采用离线编程与机器视觉伺服控制结合的方法，控制机器设备上的运动关节；图像采集及图像处理单元包括图像的接受和图像处理部分，图像处理包含像素点所处位置和颜色强度值的读取和绘图输出；机器人视觉控制单元包括摄像机，摄像机固定在机器设备前端；伺服电机控制单元包括伺服电机的转动角度的控制，控制喷头的所处位置；各机器设备之间的数据通过通信网络单元进行传输，控制机器设备所处在的位置，具体步骤如下:
步骤1.对机器设备的上位机进行编程，完成上位机的视觉算法编程，摄像机与上位机相连接；
步骤2.将目标喷绘图像由终端传输进入上位机，获取平面喷绘系统的横坐标的起始值和终值，起始值和终值分别为两台机器设备的目标位置0和a，起始值为平面喷绘范围所构成的坐标系的原点，从原点向右到横坐标终值的范围为坐标系的横轴x轴，从厡点向下到达图像的高度值为坐标系的y轴；摄像头读取到的目标位置0和a与机器初始位置的信息传输给上位机，上位机根据目标位置执行控制下位机的程序；
步骤3.由步骤2完成的上位机控制程序发送命令指令给下位机，使下位机执行相应的控制机器设备的运动关节的下位机程序，使机器设备从初始位置到达目标位置；
步骤4.两台机器设备下的伺服电机轴上缠绕细绳，根据步骤2中所接收的图像，喷头初始位于图像的原点位置，起始值位置机器设备的初始绳长为0，终值位置机器设备的初始绳长为横坐标终值与横坐标起始值的差值，即为a，喷头位于两台设备的细绳交点位置；
步骤5.将目标喷绘图像分割成m行n列，得到m×n个像素点；喷头从左向右移动，喷绘一行结束后，移动到下一行；喷绘过程中，喷头的移动由调节两台机器设备上的绳长完成，两台机器设备上的绳长调节由调节伺服电机转轴的转动角度完成，喷头停留在每个像素点的位置时，根据该像素点对应的色彩喷绘出不同颜色；
步骤6.在目标喷绘图像喷绘完成后，完成作业，上位机控制程序发送命令给下位机，使下位机执行相应的控制机器设备的运动关节的下位机程序，两台设备由目标位置回到起始位置。
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