用于飞机进气道自动喷涂的机器人、控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了用于飞机进气道自动喷涂的机器人的控制系统、包括控制单元、上位机后台监控系统、喷涂系统、舵机驱动系统以避障模块。机器人包括支撑板、安装在支撑板上的机械臂、安装在支撑板远离机械臂一侧的爬行足、安装在机械臂远离支撑板一侧喷涂枪头。控制方法具体包括图像信息采集、图像滤波、目标分类识别、确认喷涂区域、喷涂。本发明专利技术实现了对飞机进气道未喷涂区域的准确定位，实现了均匀自动喷涂的目的；利用机器人代替人类进入狭窄空间采集工作环境的视频图像数据，并结合遥控技术实现对机器人运动过程的控制；有效的实现了机械化、自动化喷涂。

【技术实现步骤摘要】
用于飞机进气道自动喷涂的机器人、控制系统及控制方法
本专利技术涉及
，具体的说，是用于飞机进气道自动喷涂的机器人、控制系统及控制方法。
技术介绍
随着现代科学技术的不断进步，尤其是传感器和执行器处理能力的提高、计算机技术的发展以及机械设计和数控加工工具的进步等共同推动了机器人的迅速发展。智能机器人已经被广泛应用于工程、生产制造以及生活等各个领域，它凭借着小型化、智能化以及灵活性高等优点能够在一些重复繁重的劳动以及工作中代替人类，甚至可以在一些极端危险的环境下代替人类执行任务。目前飞机进气道喷漆主要采用人工喷涂和机器臂喷漆相结合的工作方式。传统的人工进入进气道喷漆的方式受工作空间的局限使得工人操作不便，且油漆对于人体健康造成极大的伤害，同时由于该方法具有操作效率低、油漆喷涂不均匀等诸多局限性，无法满足飞机表面高度平整的工艺要求。采用工业机械臂伸入进气道喷涂可以解决上述方法的大部分难题，但该方法也存在如下弊端。首先，工业机械臂自身体积大，在进气道这样有限的作业空间里降低了其灵活性；其次进气道由于长度较大，也给机械臂的设计和工作均提出了极大的挑战；最后，机器臂在进气道里面作业时，外部无法获知里面的工作情况。以上三点极其容易造成机器臂撞坏飞机进气道，轻则造成严重的经济损失，重则造成安全事故。因此，需要设计一款小巧灵活并能够进退自如的智能设备用于飞机进气道的喷涂工作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供用于飞机进气道自动喷涂的机器人、控制系统及控制方法，实现了对飞机进气道未喷涂区域的准确定位，实现了均匀自动喷涂的目的。本专利技术通过下述技术方案实现：用于飞机进气道自动喷涂的机器人控制系统，与机器人配合使用，包括控制单元、与控制单元连接的上位机后台监控系统、与控制单元连接且用于控制机器人的喷头枪头喷涂的喷涂系统、与控制单元连接用于驱动机器人行径的舵机驱动系统以及与控制单元连接的避障模块。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述喷涂系统包括分别与控制单元连接图像采集模块和照明模块，所述图像采集模块和照明模块分别安装在喷涂枪头上。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述控制单元的型号为STM32F103，所述避障模块为U1超声波传感器，所述舵机驱动系统的型号为AA5108；所述U1超声波传感器的引脚2与STM32F103的PC8引脚连接，所述U1超声波传感器的引脚3与STM32F103的PC9引脚连接；所述AA5108的Vin引脚与STM32F103中未使用的PA引脚/PB引脚/PC引脚连接。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述图像采集模块与控制单元之间还设置有数据传输模块、D/A数模转换模块，所述摄像头采用模块的输出端依次连接D/A数模转换模块、数据传输模块，所述数据传输模块与控制单元连接。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述的照明模块包括多组并联的发光二极管组、三极管Q2、电阻组；所述发光二极管组的阴极与三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极分别与电阻组的一端连接，电阻组的另一端与控制单元连接。进一步地，为了更好的实现本专利技术，还包括与控制单元连接的信号指示灯以及分别与照明模块、控制单元、图像采集模块、舵机驱动系统连接的电源控制模块。用于飞机进气道自动喷涂的机器人，包括支撑板、安装在支撑板上的机械臂、安装在支撑板远离机械臂一侧的爬行足、安装在机械臂远离支撑板一侧喷涂枪头，所述爬行足的数量为六组且均与支撑板连接。进一步地，为了更好的实现本专利技术，每组所述爬行足包括依次与支撑板铰接的转向关节、腿关节以及胫关节；所述胫关节远离腿关节的一端安装有吸盘；所述腿关节与胫关节之间设置有绕X轴转动的第一X轴舵机、所述转向关节与腿关节之间设置有绕X轴转动的第二X轴舵机、所述转动关节与支撑板之间设置有设置有绕Z轴转动的第一Z轴舵机；所述机械臂包括固定安装在支撑板上的固定座、安装在固定座上的第一驱动臂、与第一驱动臂铰接的第二驱动臂；所述喷涂枪头与第二驱动臂远离第一驱动臂一端铰接；所述第一驱动臂与第二驱动臂之间设置有绕Y轴转动的Y轴舵机，所述第二驱动臂与喷涂枪头之间设置有绕X轴转动的第三X轴舵机；所述喷涂枪头远离第三X轴舵机的一端安装有照明灯和摄像头。所述第一X轴舵机、第二X轴舵机、第三X轴舵机、Y轴舵机以及第一Z轴舵机分别与舵机驱动系统连接。用于飞机进气道自动喷涂的机器的控制方法，具体包括以下步骤：步骤S1：将机器人置于进气道的入口处，并以该入口作为自动喷涂行机器人的起始工作位置；步骤S2：启动机器人及上位机后台监控系统。步骤S3：图像信息采集：图像采集模块采集的视频图像数据通过数据传输模块传输到上位机后台监控系统，以作为图像识别的数据源；步骤S4：图像滤波：上位机后台监控系统采用高增滤波算法去除图像中的噪声信号，提高图像的质量并且使模糊的图像变清晰，具体是指：步骤S41：从原始图像中减去原始图像的平滑图像，得到一个高增图像；即：g(x,y)＝f(x,y)-fs(x,y)(1)；式(1)中，g(x,y)表示得到的高增图像，f(x,y)表示输入图像，fs(x,y)表示输入图像的平滑图像；步骤S42：将原始图像和高增图像分别与不同的值相乘，再将相乘的结果相加即可得到新图像；fhb(x,y)＝Af(x,y)+Kg(x,y)(2)；式(2)中，fhb(x,y)表示新图像，A和K是比例系数，且A≥0,0≤K≤1；步骤S5：目标分类识别：图像中针对待喷涂区域的检测定义好颜色的特征参数，选择使用感知上均匀的颜色空间等分析方法；步骤S6：定位好待喷涂区域后，此时由上位机后台控制系统给喷漆系统发送指令，喷漆枪头对准识别出的未喷涂区域进行喷漆；步骤S7：所述机械臂前端的第三X轴舵机绕飞机进气道环面转动的角度为θ，该角度所对应的弧长l等于喷漆的宽度w，即w＝l＝θπr/180；步骤S8：重复执行步骤S3至步骤S7，直到第一X轴舵机、第二X轴舵机、第三X轴舵机、Y轴舵机以及第一Z轴舵机分别绕进气道环面旋转360度为止；步骤S9：解除吸盘锁定状态，自动喷涂行机器人后退，后退的距离为d；当机器人停止后退，吸盘结构处于工作状态，爬行足牢固地贴紧地面；所述后腿的距离d等于上一次喷漆的宽度w，即d＝w；步骤S10：执行步骤S8；步骤S11：反复执行上述步骤S9、步骤S10，直到自动喷涂行机器人后退至飞机进气道的另一端，完成喷涂。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：(1)本专利技术实现了对飞机进气道未喷涂区域的准确定位，实现了均匀自动喷涂的目的；(2)本专利技术利用机器人代替人类进入狭窄空间采集工作环境的视频图像数据，并结合遥控技术实现对机器人运动过程的控制；有效的实现了机械化、自动化喷涂。附图说明图1为本专利技术的控制系统连接关系示意图；图2为本专利技术中机器人的结构示意图；图3为本专利技术中控制单元的电路图；图4为本专利技术中舵机驱动系统的电路图；图5为本专利技术中照明模块的电路图；图6为本专利技术中避障模块的电路图；图7为本专利技术中电源控制模块的电路图；图8为本专利技术中信号指示灯的电路图；其中1—吸盘；2—胫关节；3—第一X轴舵机；4—腿关节；5—第二X轴舵机；6—第一Z轴转舵机；7—支撑板；8—固定座；9—第一驱动臂；10—Y轴舵机；11—第二驱动臂；12—第三X轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于飞机进气道自动喷涂的机器人控制系统，与机器人配合使用，其特征在于：包括控制单元、与控制单元连接的上位机后台监控系统、与控制单元连接且用于控制机器人的喷头枪头喷涂的喷涂系统、与控制单元连接用于驱动机器人行径的舵机驱动系统以及与控制单元连接的避障模块。

【技术特征摘要】
1.用于飞机进气道自动喷涂的机器人控制系统，与机器人配合使用，其特征在于：包括控制单元、与控制单元连接的上位机后台监控系统、与控制单元连接且用于控制机器人的喷头枪头喷涂的喷涂系统、与控制单元连接用于驱动机器人行径的舵机驱动系统以及与控制单元连接的避障模块。2.根据权利要求1所述的用于飞机进气道自动喷涂的机器人控制系统，其特征在于：所述喷涂系统包括分别与控制单元连接图像采集模块和照明模块，所述图像采集模块和照明模块分别安装在喷涂枪头(14)上。3.根据权利要求2所述的用于飞机进气道自动喷涂的机器人控制系统，其特征在于：所述控制单元的型号为STM32F103，所述避障模块为U1超声波传感器，所述舵机驱动系统的型号为AA5108；所述U1超声波传感器的引脚2与STM32F103的PC8引脚连接，所述U1超声波传感器的引脚3与STM32F103的PC9引脚连接；所述AA5108的Vin引脚与STM32F103中未使用的PA引脚/PB引脚/PC引脚连接。4.根据权利要求2所述的用于飞机进气道自动喷涂的机器人控制系统，其特征在于：所述图像采集模块与控制单元之间还设置有数据传输模块、D/A数模转换模块，所述摄像头(15)采用模块的输出端依次连接D/A数模转换模块、数据传输模块，所述数据传输模块与控制单元连接。5.根据权利要求4所述的用于飞机进气道自动喷涂的机器人控制系统，其特征在于：所述的照明模块包括多组并联的发光二极管组、三极管Q2、电阻组；所述发光二极管组的阴极与三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极分别与电阻组的一端连接，电阻组的另一端与控制单元连接。6.根据权利要求4所述的用于飞机进气道自动喷涂的机器人控制系统，其特征在于：还包括与控制单元连接的信号指示灯以及分别与照明模块、控制单元、图像采集模块、舵机驱动系统连接的电源控制模块。7.根据权利要求1-6任一项所述的用于飞机进气道自动喷涂的机器人，其特征在于：包括支撑板(7)、安装在支撑板(7)上的机械臂、安装在支撑板(7)远离机械臂一侧的爬行足、安装在机械臂远离支撑板(7)一侧喷涂枪头(14)，所述爬行足的数量为六组且均与支撑板(7)连接。8.根据权利要求7所述的用于飞机进气道自动喷涂的机器人，其特征在于：每组所述爬行足包括依次与支撑板(7)铰接的转向关节、腿关节(4)以及胫关节(2)；所述胫关节(2)远离腿关节(4)的一端安装有吸盘(1)；所述腿关节(4)与胫关节(2)之间设置有绕X轴转动的第一X轴舵机(3)、所述转向关节与腿关节(4)之间设置有绕X轴转动的第二X轴舵机(5)、所述转动关节与支撑板(7)之间设置有设置有绕Z轴转动的第一Z轴舵机(6)；所述机械臂包括固定安装在支撑板(7)上的固定座(8)...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱国仁，卢大伟，段作衡，陈向东，汪迢迪，王平，黎晶，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51