CN111873694B - 一种绘画机器人用的油画自动调色装置 - Google Patents

Abstract

一种绘画机器人用的油画自动调色装置，包括：颜料库组件，所述颜料库组件具有若干个用于存放不同色号颜料棒的存储位置；机械手组件，所述机械手组件具有一夹持颜料棒的夹持爪和用于驱动夹持爪移动的驱动机构，显示控制器通过输出指令，控制夹持爪移动至夹持工位上，并夹紧指定色号的颜料棒送至挤颜料组件处；调色盘组件，所述调色盘组件包括调色盘支撑架和动力机构，在调色盘支撑架上设有若干个用于承接颜料的调色盘，所述调色盘通过行星轮组件设置在调色盘支撑架上，通过行星轮组件实现调色盘行星旋转和自转同步；该装置可以配合其他组件实现绘画过程的全自动化，减少成本和劳动力，提高生产效率。

Description

一种绘画机器人用的油画自动调色装置

技术领域

本发明涉及一种机器人自动绘画设备技术领域，具体涉及一种绘画机器人用的油画自动调色装置。

背景技术

随着现代工业技术的不断发展，自动化技术应用的范围不断增加，机器人系统化已成为现代工业生产中一个必不可少的部分。绘画机器人，是一种能够模仿人类完成某些绘画动作的类人机器人，绘画机器人可用于不同的领域，比如教学、艺术、生活、娱乐等，绘画机器人的出现大大减少了相关人员的工作量，可以实现成批量的生产、减少成本和劳动力，提高生产效率。

目前，在国内外研制的绘画机器人中大部分都是采用多自由度的机械臂末端执笔，通过计算机精确控制机械臂的运动，以此达到绘画的目的，然而，在该过程中绘画所用的颜料则是由人工手动调配而成，造成了现有的绘画机器人无法实现全过程的自动化操作，因此，急需要一种绘画机器人用的油画自动调色装置。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题的不足，提出一种绘画机器人用的油画自动调色装置，该装置配合其他组件可以实现绘画过程的全自动化，减少成本和劳动力，提高生产效率。

本发明采用的技术方案是：

一种绘画机器人用的油画自动调色装置，包括：

颜料库组件，所述颜料库组件具有若干个用于存放不同色号颜料棒的存储位置，并将色号和存储该色号颜料棒的存储位置输入显示控制器内存储，并设有将所述存储位置移动至指定工位的驱动机构；

机械手组件，所述机械手组件具有一夹持颜料棒的夹持爪和用于驱动夹持爪移动的驱动机构，显示控制器通过输出指令，控制夹持爪移动至夹持工位上，并夹紧指定色号的颜料棒送至挤颜料组件处；

挤颜料组件，所述的挤颜料组件包括两个可转动的挤压轮，由机械手组件中的驱动机构带动夹持爪将颜料棒的尾端从下侧送入两个挤压轮中间，夹持爪带动颜料棒向上拉动过程中，颜料棒在挤压轮的挤压下将颜料挤出，由显示控制器输出指令控制夹持爪向上移动的距离，以此控制颜料的挤出量；

调色盘组件，所述调色盘组件包括调色盘支撑架和驱动调色盘支撑架移动的动力机构，在调色盘支撑架上设有若干个用于承接颜料的调色盘，所述调色盘通过行星轮组件设置在调色盘支撑架上，通过行星轮组件实现调色盘行星旋转和自转同步，调色盘的位置编码存储在显示控制器内，在颜料均匀涂抹在调色盘后，显示控制器上显示当前调色盘的色号；

显示控制器，所述的显示控制器通过连接线与颜料库组件、机械手组件以及调色盘组件的驱动组件相连接。

进一步优化，还设有一底座，所述颜料库组件、机械手组件、挤颜料组件、调色盘组件和显示控制器分别设置在底座上。

进一步优化，所述的颜料库组件包括旋转电机、颜料棒旋转盘和夹具，颜料棒旋转盘设置在旋转电机的输出轴上，在颜料棒旋转盘上设有若干个安装孔，在每一个安装孔内均设有用于夹持颜料棒的夹具。

进一步优化，所述的机械手组件，包括旋转电机、L型支撑臂、纵横位移调整机构和夹持爪，L型支撑臂的一端连接在旋转电机的输出轴上，另一端连接纵横位移调整机构，夹持爪设置在纵横位移调整机构上，通过纵横位移调整机构实现夹持爪纵向和横向位移的调整。

进一步优化，所述的纵横位移调整机构包括电动推杆、支撑块Ⅰ、丝杠电机、支撑块Ⅱ，电动推杆的输出杆带动支撑块Ⅰ做直线运动，丝杠电机设置在支撑块Ⅰ上随支撑块Ⅰ同步运动，丝杠电机带动支撑块Ⅱ运动实现上下位置调整，所述的夹持爪设置在支撑块Ⅱ上。

进一步优化，所述的调色盘组件，其动力机构由旋转电机和连接在旋转电机输出轴上的升降电机组成，调色盘支撑架设置在升降电机的输出轴上。

进一步优化，所述的行星轮组件由行星轮电机、行星轮支架、固定轮和行星轮组成，行星轮电机和固定轮连接在调色盘支撑架上，行星轮通过行星轮支架和行星轮电机相连，行星轮电机旋转，带动行星轮以电机轴为中心作行星旋转运动，同时行星轮由固定轮带动作自转运动，调色盘连接在行星轮上实现行星旋转和自转同步。

进一步优化，所述的调色盘通过底部设置的磁铁吸附在行星轮的凸台上。

一种油画自动调色的方法，步骤如下：

S1、显示控制器接收到调色需求时，根据输入的颜色参数，由显示控制器计算出所需要的色号以及不同色号的用量，输出指令；

S2、显示控制器驱动颜料库组件旋转至指定工位，由机械手组件夹持该色号的颜料棒送入挤颜料组件处，并控制挤出量均匀涂抹在调色盘内；

S3、依次将其余色号的颜料均匀涂抹在调色盘中，在该过程中，通过行星轮组件实现调色盘行星旋转和自转同步，实现挤出的不同的颜料能均匀涂抹在调色盘上；

S4、将该调色盘的位置编码存储在显示控制器内，显示控制器上显示当前调色盘的色号。

本发明的有益效果是：

其一、本装置将机械手组件、颜料库组件、调色盘组件、挤颜料组件、显示控制器有效结合起来，并通过显示控制器输出指令进行控制，实现调色的自动化操作，该装置可以配合其他组件实现绘画过程的全自动化操作，减少成本和劳动力，提高生产效率。

其二、该方案中，机械手组件的驱动机构由显示控制器驱动，可以实现两个目的：其一、带动夹持爪将颜料棒移动至指定工位，并将颜料棒送入挤颜料组件中的挤压轮中间，第二、通过机械组件带动颜料棒上升的移动量来确定颜料挤出量，实现颜料用量的精确化控制。

其三、该方案中，调色盘组件包括调色盘支撑架和驱动调色盘支撑架移动的动力机构，在调色盘支撑架上设有若干个用于承接颜料的调色盘，所述调色盘通过行星轮组件设置在调色盘支撑架上，通过行星轮组件实现调色盘行星旋转和自转同步，这样设置的目的可以使挤出的不同的颜料能均匀涂抹在调色盘上，挤出的颜料不会残存在颜料棒出口，不会使不同色号的颜料相互污染，达到一举三得的效果，调色盘的位置编码存储在显示控制器内，调色完成后，显示控制器上显示当前调色盘的色号。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中机械手组件的立体结构示意图；

图3是本发明中机械手组件的立体结构示意图；

图4是本发明中颜料库组件的结构示意图；

图5是颜料库组件中夹具的结构示意图；

图6是本发明中调色盘组件的结构示意图；

图7是调色盘组件显示出行星轮电机的结构示意图；

图8是调色盘组件中行星轮组件的结构示意图；

图9是调色盘组件中调色盘的结构示意图；

图10是本发明中挤颜料组件的结构示意图；

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益的结合到其他实施方式中。

如图所示：一种绘画机器人用的油画自动调色装置，包括：

颜料库组件3，所述颜料库组件3具有若干个用于存放不同色号颜料棒的存储位置，并将色号和存储该色号颜料棒的存储位置输入显示控制器9内存储，并设有将所述存储位置移动至指定工位的驱动机构；

机械手组件1，所述机械手组件1具有一夹持颜料棒的夹持爪119和用于驱动夹持爪移动的驱动机构，显示控制器9通过输出指令，控制夹持爪119移动至夹持工位上，并夹紧指定色号的颜料棒307送至挤颜料组件7处；

挤颜料组件7，所述的挤颜料组件7包括两个可转动的挤压轮705，由机械手组件1中的驱动机构带动夹持爪119将颜料棒的尾端从下侧送入两个挤压轮705中间，夹持爪带动颜料棒向上拉动过程中，颜料棒在挤压轮的挤压下将颜料挤出，由显示控制器9输出指令控制夹持爪119向上移动的距离，以此控制颜料的挤出量；

调色盘组件5，所述调色盘组件5包括调色盘支撑架505和驱动调色盘支撑架移动的动力机构，在调色盘支撑架505上设有若干个用于承接颜料的调色盘511，所述调色盘511通过行星轮组件509设置在调色盘支撑架505上，通过行星轮组件实现调色盘行星旋转和自转同步，调色盘的位置编码存储在显示控制器内，在颜料均匀涂抹在调色盘后，显示控制器上显示当前调色盘的色号；

显示控制器9，所述的显示控制器9通过连接线与颜料库组件3、机械手组件1以及调色盘组件5的驱动组件相连接，用于输出指令进行控制。

本方案其运行原理为：将购买的颜料棒307分别放入颜料库组件3中，颜料棒不同的色号放入颜料库不同的位置，将色号和库位通过手机蓝牙输入显示控制器9中储存。如果需要调动哪个色号的颜料棒，则颜料库组件旋转到指定工位后通过机械手组件1将该色号的颜料棒取出，机械手组件旋转将颜料棒放入挤颜料组件7中，机械手拉动颜料棒上升，颜料挤出，调色盘组件5将挤出的颜料均匀涂抹在调色盘中，完成调色动作。

需要说明的是：本方案还可以设有一个底座12，所述颜料库组件3、机械手组件1、挤颜料组件7、调色盘组件5和显示控制器9分别设置在底座12上，可以通过底座将上述组件整体加装在其他装置上实现配套使用。

下面结合附图1-10，详细描述各组件的具体结构：

本方案中，所述的颜料库组件3包括旋转电机301、颜料棒旋转盘303和夹具305，颜料棒旋转盘303设置在旋转电机301的输出轴上，在颜料棒旋转盘303上设有若干个安装孔，在每一个安装孔内均设有用于夹持颜料棒的夹具305；市场买回来颜料棒307，将其手动放入颜料棒旋转盘303中，颜料棒旋转盘303的夹具305可以将颜料棒稳稳夹住。夹具可以采用橡胶材质并设置有颜料棒夹槽3051，夹槽3051的形状大体和颜料棒相符，但是要比颜料棒尺寸小很多，颜料棒307截面为不规则的椭圆形，颜料棒夹槽可以固定住颜料棒的位置，保证机械手拿取的时候能够精准夹持住颜料棒的尾端。此外：颜料棒旋转盘303上每一个颜料棒夹槽设置有固定编号，放入的颜料棒色号和编号一一对应，通过手机蓝牙和显示控制器9连接后，输入编号和色号对应关系，例如1号夹槽对应203色号，方便机械手对应调取颜料棒；需要注意的是：手动放置颜料棒的高度要保持基本一致，以便机械手拿取颜料棒尾端位置统一。色号编码由电脑依据RGB三基色原理由程序固化在显示控制器9中，例如1号库位为放置黑色颜料棒，则将000色号对应于1号库位存储于显示控制器中。

所述的机械手组件1，包括旋转电机101、L型支撑臂103、纵横位移调整机构和夹持爪119，L型支撑臂103的一端连接在旋转电机101的输出轴上，另一端连接纵横位移调整机构，夹持爪119设置在纵横位移调整机构上，通过纵横位移调整机构实现夹持爪119纵向和横向位移的调整。所述的纵横位移调整机构包括电动推杆105、支撑块Ⅰ111、丝杠电机117、丝杠115、支撑块Ⅱ113，支撑块Ⅰ通过燕尾槽107设置在L型支撑臂的滑轨109上，电动推杆105的输出杆带动支撑块Ⅰ111做直线运动，丝杠电机117设置在支撑块Ⅰ111上随支撑块Ⅰ同步运动，丝杠电机117通过丝杠115带动支撑块Ⅱ113运动实现上下位置调整，所述的夹持爪设置在支撑块Ⅱ113上，所述的夹持爪119可以采用气动手指。

该机械手组件的具体操作过程为：当需要调动某一种颜料棒时，颜料棒旋转盘将该色号颜料棒旋转到指定工位，也可以设定机械手组件最近的地方，机械手组件中的旋转电机101旋转，通过L型支撑臂103带动上述部件转动至颜料棒上方；电动推杆推动支撑块Ⅰ前后调整位置，丝杠电机带动丝杠旋转，从而带动支撑块Ⅱ运动上下调整位置，当各个位置调整到位后，气动手指运动，夹住颜料棒的尾端，然后丝杠带气动手指上升，将颜料棒从颜料库中取出，旋转电机旋转将颜料棒带入挤颜料组件上方。支撑块Ⅰ和支撑块Ⅱ运动连接均通过燕尾槽和梯形滑轨实现，保证运动精度和稳定性。机械手组件运动到挤颜料组件上方后，气动手指前进到挤压轮705前面，丝杠运动将气动手指向下运行，保证颜料棒尾端对准挤压轮前面设置的斜面，然后电动推杆向后运行，将颜料棒尾端通过挤压轮下方的斜面拉入挤压轮中间，丝杠运行将颜料棒向上拉动，颜料棒在转轮的挤压下将颜料挤出。颜料挤出的量由丝杠运行距离决定，丝杠运行距离的计算由显示控制器根据油画绘制所需输入量制定，例如000色号需求5ml，则用户通过手机蓝牙输入该信息（或油画机器人根据所复制油画的颜色需求自动输入）；颜料挤出后，丝杠和电动推杆分别反向运动，将颜料棒取出，旋转电机旋转将颜料棒放回颜料库中。

所述的调色盘组件5，其动力机构由旋转电机501和连接在旋转电机输出轴上的升降电机503组成，调色盘支撑架505设置在升降电机的输出轴上。所述的行星轮组件509由行星轮电机507、行星轮支架5091、固定轮5093和行星轮5095组成，行星轮电机507和固定轮5093连接在调色盘支撑架505上，行星轮5095通过行星轮支架5091和行星轮电机507相连，行星轮电机旋转，带动行星轮以电机轴为中心作行星旋转运动，同时行星轮由固定轮带动作自转运动，调色盘511通过底部的磁铁513吸附在行星轮5095的凸轮上实现行星旋转和自转同步。

当机械手组件1将颜料棒放入挤颜料组件7中的挤压轮705中时，调色盘组件5中旋转电机501转动，将调色盘511旋转至颜料棒正下方，调色盘组件的升降电机将调色盘调整至距离颜料棒出料口合适距离，调色盘下面的行星轮组件开始转动，机械手组件向上运行开始挤颜料，调色盘一边依靠行星轮系做行星运动，一边依靠调色盘组件升降电机跟随颜料棒上升，从而将颜料均匀的涂抹在调色盘上。如果不止一种颜料，在涂抹完第一个颜料后，升降电机略微下调调色盘高度，保证第二种颜料涂抹均匀。

此外需要说明的是：调色盘依靠磁铁固定在行星轮上既作自转，又做行星旋转，这样设置的目的可以使挤出的不同的颜料能均匀涂抹在调色盘上，挤出的颜料不会残存在颜料棒出口，不会使不同色号的颜料相互污染，达到一举三得的效果。调色盘编码预先储存在显示控制器中，当调色完成后，显示控制器上会显示当前调色盘的色号，可供油画机器人调用，当使用完毕后，可以将旧的调色盘拿下，取空白的调色盘放入继续使用。

所述的挤颜料组件7，包括固定在底板上的支撑板701和设置在支撑板701上的两个芯轴703，在每一个芯轴703上均设有一个可自由转动的挤压轮705，当机械手组件抓取的颜料棒从下侧送入两个挤压轮中间时，驱动机构继续带动颜料棒向上运动，受两个挤压轮的挤压作用，将颜料挤出。

一种绘画机器人用的油画自动调色方法，步骤如下：

S1、用户通过手机蓝牙输入颜色参数或绘画机器人根据所复制油画的颜色需求自动输入，显示控制器接收到调色需求时，根据需要的颜色参数，由显示控制器计算出所需要的色号以及不同色号的用量，输出指令；

S2、显示控制器驱动颜料库组件旋转至指定工位，由机械手组件夹持该色号的颜料棒送入挤颜料组件处，并控制挤出量均匀涂抹在调色盘内；

S3、依次将其余色号的颜料均匀涂抹在调色盘中，在该过程中，通过行星轮组件实现调色盘行星旋转和自转同步，实现挤出的不同的颜料能均匀涂抹在调色盘上；

S4、将该调色盘的位置编码存储在显示控制器内，显示控制器上显示当前调色盘的色号。

应当指出，虽然通过上述实施方式对本发明进行了描述，然而本发明还可以有其他的多种实施方式。在不脱离本发明精神和范围的前提下，熟悉本领域的技术人员显然可以对本发明做出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应当属于本发明所附权利要求及其等效物所保护的范围内。

Claims (9)

1.一种绘画机器人用的油画自动调色装置，其特征在于：包括：

颜料库组件，所述颜料库组件具有若干个用于存放不同色号颜料棒的存储位置，并将色号和存储该色号颜料棒的存储位置输入显示控制器内存储，并设有将所述存储位置移动至指定工位的驱动机构；

机械手组件，所述机械手组件具有一夹持颜料棒的夹持爪和用于驱动夹持爪移动的驱动机构，显示控制器通过输出指令，控制夹持爪移动至夹持工位上，并夹紧指定色号的颜料棒送至挤颜料组件处；

挤颜料组件，所述的挤颜料组件包括两个可转动的挤压轮，由机械手组件中的驱动机构带动夹持爪将颜料棒的尾端从下侧送入两个挤压轮中间，夹持爪带动颜料棒向上拉动过程中，颜料棒在挤压轮的挤压下将颜料挤出，由显示控制器输出指令控制夹持爪向上移动的距离，以此控制颜料的挤出量；

调色盘组件，所述调色盘组件包括调色盘支撑架和驱动调色盘支撑架移动的动力机构，在调色盘支撑架上设有若干个用于承接颜料的调色盘，所述调色盘通过行星轮组件设置在调色盘支撑架上，通过行星轮组件实现调色盘行星旋转和自转同步，调色盘的位置编码存储在显示控制器内，在颜料均匀涂抹在调色盘后，显示控制器上显示当前调色盘的色号；

显示控制器，所述的显示控制器通过连接线与颜料库组件、机械手组件以及调色盘组件的驱动组件相连接。

2.根据权利要求1所述的一种绘画机器人用的油画自动调色装置，其特征在于：还设有一底座，所述颜料库组件、机械手组件、挤颜料组件、调色盘组件和显示控制器分别设置在底座上。

3.根据权利要求1所述的一种绘画机器人用的油画自动调色装置，其特征在于：所述的颜料库组件包括旋转电机、颜料棒旋转盘和夹具，颜料棒旋转盘设置在旋转电机的输出轴上，在颜料棒旋转盘上设有若干个安装孔，在每一个安装孔内均设有用于夹持颜料棒的夹具。

4.根据权利要求1所述的一种绘画机器人用的油画自动调色装置，其特征在于：所述的机械手组件，包括旋转电机、L型支撑臂、纵横位移调整机构和夹持爪，L型支撑臂的一端连接在旋转电机的输出轴上，另一端连接纵横位移调整机构，夹持爪设置在纵横位移调整机构上，通过纵横位移调整机构实现夹持爪纵向和横向位移的调整。

5.根据权利要求4所述的一种绘画机器人用的油画自动调色装置，其特征在于：所述的纵横位移调整机构包括电动推杆、支撑块Ⅰ、丝杠电机、支撑块Ⅱ，电动推杆的输出杆带动支撑块Ⅰ做直线运动，丝杠电机设置在支撑块Ⅰ上随支撑块Ⅰ同步运动，丝杠电机带动支撑块Ⅱ运动实现上下位置调整，所述的夹持爪设置在支撑块Ⅱ上。

6.根据权利要求1所述的一种绘画机器人用的油画自动调色装置，其特征在于：所述的调色盘组件，其动力机构由旋转电机和连接在旋转电机输出轴上的升降电机组成，调色盘支撑架设置在升降电机的输出轴上。

7.根据权利要求1或6所述的一种绘画机器人用的油画自动调色装置，其特征在于：所述的行星轮组件由行星轮电机、行星轮支架、固定轮和行星轮组成，行星轮电机和固定轮连接在调色盘支撑架上，行星轮通过行星轮支架和行星轮电机相连，行星轮电机旋转，带动行星轮以电机轴为中心作行星旋转运动，同时行星轮由固定轮带动作自转运动，调色盘连接在行星轮上实现行星旋转和自转同步。

8.根据权利要求7所述的一种绘画机器人用的油画自动调色装置，其特征在于：所述的调色盘通过底部设置的磁铁吸附在行星轮的凸台上。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种绘画机器人用的油画自动调色装置的调色方法，其特征在于：步骤如下：

S1、显示控制器接收到调色需求时，根据输入的颜色参数，由显示控制器计算出所需要的色号以及不同色号的用量，输出指令；

S2、显示控制器驱动颜料库组件旋转至指定工位，由机械手组件夹持该色号的颜料棒送入挤颜料组件处，并控制挤出量均匀涂抹在调色盘内；

S3、依次将其余色号的颜料均匀涂抹在调色盘中，在该过程中，通过行星轮组件实现调色盘行星旋转和自转同步，实现挤出的不同的颜料能均匀涂抹在调色盘上；

S4、将该调色盘的位置编码存储在显示控制器内，显示控制器上显示当前调色盘的色号。

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