實木家具智能油漆工作臺研究

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關(guān)鍵詞：智能識別；大數(shù)據(jù)分析；油漆工作臺

1概述

1.1背景概述

隨著生活質(zhì)量要求的不斷提升，實木家具受到越來越多的人們的喜愛。近年來還衍生出了新的行業(yè)——家具美容業(yè)。除此之外，家具愛好者的數(shù)量也在逐年增多。隨著實木家具的發(fā)展，油漆工“一匠難求”的現(xiàn)象屢見不鮮。另外，家具的上漆配色也是一大難題，怎樣減小配色色差也是衡量一個油漆工技術(shù)水平的標(biāo)準(zhǔn)之一。再有，目前人工家具上漆工作效率低，不利于工廠大批量生產(chǎn)?；谝陨鲜袌鐾袋c我們研發(fā)實木家具智能油漆工作臺。1.2主要研究內(nèi)容（1）研究圖像識別算法，解決油漆工調(diào)色難，色差不穩(wěn)定的問題。（2）研究藍牙通訊技術(shù)，解決系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性不高的問題。（3）研究調(diào)色系統(tǒng)與氣動系統(tǒng)的連接與控制，實現(xiàn)自動噴漆方案的形成。

2研究介紹

2.1工作過程

工作過程如圖1所示。首先準(zhǔn)備好需要噴漆的物品，啟動設(shè)備，設(shè)備上智能識別系統(tǒng)識別色度、家具外形結(jié)構(gòu)。經(jīng)過分析色彩組成、三維逆向建模。使用自主設(shè)計的算法計算出最佳的噴漆方案（包括色度，用漆量等），如圖2。在通過配色系統(tǒng)自動配色后噴漆。最后，識別已噴漆物品色度是否符合要求，判斷是否需要二次噴漆，直到色彩符合要求為止。

2.2系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1機械部分框架：采用的是多功能型鋁合金型材拼接而成。保證了設(shè)備的美觀，結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)實耐用料罐：設(shè)計在設(shè)備內(nèi)部，使得前后配重相同，距離噴口近可節(jié)省管材。上口為收口式設(shè)計，不易將家具漆灑出，還可以保證良好的通氣和灌裝家具漆漆。噴涂裝置：采用氣壓式噴涂結(jié)構(gòu)。2.2.2電氣部分主控系統(tǒng)：選用RaspberryPi4來控制。可以根據(jù)實木家具的噴漆要求對智能識別模塊、自動混色系統(tǒng)及氣動系統(tǒng)進行控制。氣動系統(tǒng)：選用220v-1B-35L，該型號氣泵具有便捷，穩(wěn)定，安全等特點，流量大和體積小的特點很適合本設(shè)備。自動混色系統(tǒng)：選用JJ-1型攪拌機輔以氣動系統(tǒng)控制調(diào)色，該型號攪拌機具有啟動穩(wěn)定，效率高，壽命長等優(yōu)點智能識別模塊：采用GY33顏色傳感器和藍牙裝置，且有三種控制模式可精準(zhǔn)識別顏色數(shù)據(jù)。供電模塊：主要給各系統(tǒng)供電模塊，供各系統(tǒng)正常工作，如圖3。

2.3軟件設(shè)計

根據(jù)施工過程優(yōu)化控制流程，達到最優(yōu)效率。2.3.1RaspberryPi4與藍牙通訊程序設(shè)計通過RaspberryPi4UART串口通訊技術(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送至藍牙模塊，藍牙模塊通過BLETooch4.1通訊協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送到顏色識別系統(tǒng)控制顏色識別。2.3.2RaspberryPi4控制液壓系統(tǒng)程序設(shè)計根據(jù)識別的自動完成，將參數(shù)整定為RaspberryPi4信號輸出，通過信號控制電磁閥通斷，從而控制各種顏色油漆的用量。2.3.3RaspberryPi4與顏色識別系統(tǒng)通訊程序設(shè)計利用RaspberryPi4與顏色識別模塊通訊獲得家具顏色的RGB數(shù)據(jù)，通訊過程采用加密協(xié)議，保障了鏈路層的安全性，軟件流程圖如圖4。

2.4可解決的市場痛點

（1）智能識別色度，智能配色可解決家具上漆調(diào)色難，好的油漆工一匠難求的問題。實現(xiàn)了有經(jīng)驗油漆工的技藝固話。（2）生成智能噴漆方案，可解決解決工廠刷漆效率低、油漆有損身體健康的問題。

2.5創(chuàng)新點

2.5.1創(chuàng)新點1：自主設(shè)計的識別分析算法，生成智能噴漆方案（1）圖像識別算法的設(shè)計與各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。圖像識別使用的基于TCS34725芯片開發(fā)的GY33模塊，可以讀取圖像顏色數(shù)據(jù)傳至MCU處理，經(jīng)過藍牙模塊透傳到RaspberryPi4進行顏色數(shù)據(jù)分離處理。RaspberryPi4通過自主設(shè)計改良的算法，精準(zhǔn)計算出各顏色用漆量，控制調(diào)色系統(tǒng)精準(zhǔn)調(diào)色。經(jīng)測試及測量，配色色度與有經(jīng)驗的油漆工無異，肉眼難以分辨，色度對比如表1。（2）藍牙通訊加密協(xié)議的處理。藍牙通訊我們未使用目前通用的Bluetooth4.0協(xié)議。Bluetooth協(xié)議易被攻破，數(shù)據(jù)容易別篡改、竊取。我們使用了安全性更高的穩(wěn)定性更好的CAI協(xié)議，并根據(jù)設(shè)備需要進行了修改，實現(xiàn)多臺設(shè)備可各自分離管理，互不影響，一機一通道。保證了數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性的同時加強了安全性。（3）調(diào)色系統(tǒng)與氣動系統(tǒng)的連接與控制。我們嘗試了調(diào)色系統(tǒng)與氣動系統(tǒng)的多種連接方法，經(jīng)測試，我們選用了結(jié)構(gòu)最精簡、效率最穩(wěn)定的“賽風(fēng)式結(jié)構(gòu)”。此結(jié)構(gòu)借鑒了賽風(fēng)壺的原理，能夠精確的控制用漆量，并且結(jié)構(gòu)精簡，效率穩(wěn)定，是理想的結(jié)構(gòu)。2.5.2創(chuàng)新點2：基于大數(shù)據(jù)分析的智能噴涂生產(chǎn)工藝管理系統(tǒng)對于實木家具生產(chǎn)企業(yè)，本設(shè)備可以智能識別首批家具外形后系統(tǒng)三維建模，生成工藝數(shù)據(jù)，后續(xù)批次家具可實現(xiàn)自動噴涂。

3市場定位及進度

3.1市場定位

實木家具智能油漆工作臺現(xiàn)已基本完成，我們具有理論與實踐的雙重驗證。本設(shè)備是一系列的設(shè)備，針對手工愛好者我們設(shè)計了便攜式，針對家具美容業(yè)我們有實用型，針對家具生產(chǎn)企業(yè)我們有生產(chǎn)型?？傊?，我們智慧賦能實木家具產(chǎn)業(yè)，讓該行業(yè)更多彩。

3.2項目進度

目前本設(shè)備已完成產(chǎn)品的研發(fā)階段，手工樣品制作階段、產(chǎn)品的驗證階段，正在進行產(chǎn)品的生產(chǎn)推廣階段。

4結(jié)束語

經(jīng)過實際的市場調(diào)研，一名工人刷漆效率約5-8件/天，勞動強度大，近距離接觸未固化家具漆會對身體會造成一定的傷害。本設(shè)備實際噴涂效果與人工噴涂效果無明顯差異，按8小時工作制，機器的噴漆效率約20-30件/天，是目前純?nèi)斯に⑵嵝实?-6倍。另外，該設(shè)備一鍵啟動、多種操作模式，但成本低廉。現(xiàn)場試用過程中，施工者無論知識水平高低都可短時間上手操作，頗受施工方好評，且迫切要求該設(shè)備上市。由此可見，其經(jīng)濟效益良好，應(yīng)用價值高。

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作者：欒玉靜 單位：德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院