實木家具智能油漆工作臺研究

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關鍵詞：智能識別；大數據分析；油漆工作臺

1概述

1.1背景概述

隨著生活質量要求的不斷提升，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——家具美容業。除此之外，家具愛好者的數量也在逐年增多。隨著實木家具的發展，油漆工“一匠難求”的現象屢見不鮮。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水平的標準之一。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。基于以上市場痛點我們研發實木家具智能油漆工作臺。1.2主要研究內容（1）研究圖像識別算法，解決油漆工調色難，色差不穩定的問題。（2）研究藍牙通訊技術，解決系統的穩定性與安全性不高的問題。（3）研究調色系統與氣動系統的連接與控制，實現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。首先準備好需要噴漆的物品，啟動設備，設備上智能識別系統識別色度、家具外形結構。經過分析色彩組成、三維逆向建模。使用自主設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系統設計

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。保證了設備的美觀，結構緊湊結實耐用料罐：設計在設備內部，使得前后配重相同，距離噴口近可節省管材。上口為收口式設計，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：采用氣壓式噴涂結構。2.2.2電氣部分主控系統：選用RaspberryPi4來控制。可以根據實木家具的噴漆要求對智能識別模塊、自動混色系統及氣動系統進行控制。氣動系統：選用220v-1B-35L，該型號氣泵具有便捷，穩定，安全等特點，流量大和體積小的特點很適合本設備。自動混色系統：選用JJ-1型攪拌機輔以氣動系統控制調色，該型號攪拌機具有啟動穩定，效率高，壽命長等優點智能識別模塊：采用GY33顏色傳感器和藍牙裝置，且有三種控制模式可精準識別顏色數據。供電模塊：主要給各系統供電模塊，供各系統正常工作，如圖3。

2.3軟件設計

根據施工過程優化控制流程，達到最優效率。2.3.1RaspberryPi4與藍牙通訊程序設計通過RaspberryPi4UART串口通訊技術將數據發送至藍牙模塊，藍牙模塊通過BLETooch4.1通訊協議將數據發送到顏色識別系統控制顏色識別。2.3.2RaspberryPi4控制液壓系統程序設計根據識別的自動完成，將參數整定為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與顏色識別系統通訊程序設計利用RaspberryPi4與顏色識別模塊通訊獲得家具顏色的RGB數據，通訊過程采用加密協議，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色難，好的油漆工一匠難求的問題。實現了有經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創新點

2.5.1創新點1：自主設計的識別分析算法，生成智能噴漆方案（1）圖像識別算法的設計與各系統的協調。圖像識別使用的基于TCS34725芯片開發的GY33模塊，可以讀取圖像顏色數據傳至MCU處理，經過藍牙模塊透傳到RaspberryPi4進行顏色數據分離處理。RaspberryPi4通過自主設計改良的算法，精準計算出各顏色用漆量，控制調色系統精準調色。經測試及測量，配色色度與有經驗的油漆工無異，肉眼難以分辨，色度對比如表1。（2）藍牙通訊加密協議的處理。藍牙通訊我們未使用目前通用的Bluetooth4.0協議。Bluetooth協議易被攻破，數據容易別篡改、竊取。我們使用了安全性更高的穩定性更好的CAI協議，并根據設備需要進行了修改，實現多臺設備可各自分離管理，互不影響，一機一通道。保證了數據傳輸穩定性的同時加強了安全性。（3）調色系統與氣動系統的連接與控制。我們嘗試了調色系統與氣動系統的多種連接方法，經測試，我們選用了結構最精簡、效率最穩定的“賽風式結構”。此結構借鑒了賽風壺的原理，能夠精確的控制用漆量，并且結構精簡，效率穩定，是理想的結構。2.5.2創新點2：基于大數據分析的智能噴涂生產工藝管理系統對于實木家具生產企業，本設備可以智能識別首批家具外形后系統三維建模，生成工藝數據，后續批次家具可實現自動噴涂。

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已基本完成，我們具有理論與實踐的雙重驗證。本設備是一系列的設備，針對手工愛好者我們設計了便攜式，針對家具美容業我們有實用型，針對家具生產企業我們有生產型。總之，我們智慧賦能實木家具產業，讓該行業更多彩。

3.2項目進度

目前本設備已完成產品的研發階段，手工樣品制作階段、產品的驗證階段，正在進行產品的生產推廣階段。

4結束語

經過實際的市場調研，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，是目前純人工刷漆效率的4-6倍。另外，該設備一鍵啟動、多種操作模式，但成本低廉。現場試用過程中，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，且迫切要求該設備上市。由此可見，其經濟效益良好，應用價值高。

參考文獻

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作者：欒玉靜 單位：德州職業技術學院