一種基于單點(diǎn)定位技術(shù)的移動(dòng)機(jī)器人打印系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于打印機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于單點(diǎn)定位技術(shù)的移動(dòng)機(jī)器人打印系統(tǒng)。其由激光自動(dòng)跟蹤儀、移動(dòng)打印機(jī)器人和控制中心構(gòu)成；激光自動(dòng)跟蹤儀包含跟蹤測(cè)距單元和通訊單元，移動(dòng)打印機(jī)器人包含運(yùn)動(dòng)單元、控制單元、棱鏡、直線(xiàn)滑動(dòng)單元、多軸機(jī)械臂、噴墨打印單元和通訊單元；控制中心包含計(jì)算機(jī)和通訊單元；將激光自動(dòng)跟蹤儀放置在打印區(qū)域外的任意位置，將棱鏡設(shè)置在打印設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)對(duì)單臺(tái)或多臺(tái)打印設(shè)備進(jìn)行定位和定向，在打印設(shè)備上設(shè)置多軸機(jī)械臂，實(shí)現(xiàn)打印頭朝向任意方向，將圖像打印到任意方向的物體表面。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了打印設(shè)備的坐標(biāo)參數(shù)和三維姿態(tài)參數(shù)的連續(xù)獲取，具有定位精度高、自動(dòng)化程度高和易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于單點(diǎn)定位技術(shù)的移動(dòng)機(jī)器人打印系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于打印機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于單點(diǎn)定位技術(shù)的移動(dòng)機(jī)器人打印 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前在移動(dòng)打印領(lǐng)域，打印系統(tǒng)通常采用兩點(diǎn)定位方法或三點(diǎn)定位方法(專(zhuān)利公 開(kāi)(公告）號(hào)-:CN102616020A、CN101332723A)，其不足之處在于需要更多的定位器，因而成 本較大。
[0003]目前在移動(dòng)打印領(lǐng)域，打印噴頭通常都是朝下打印（專(zhuān)利公開(kāi)（公告）號(hào) CNl04129180A)，這樣打印的對(duì)象就受到很大的限制，無(wú)法打印到其他方向的對(duì)象上。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 針對(duì)目前移動(dòng)打印機(jī)定位成本高、不能自由打印、不能朝任意方向打印的不足之 處，本發(fā)明的目的在于提出成本較低、且能自由打印的移動(dòng)機(jī)器人打印系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明提供的移動(dòng)機(jī)器人打印系統(tǒng)，是基于單點(diǎn)定位技術(shù)的，該移動(dòng)機(jī)器人打印 系統(tǒng)，主要由激光自動(dòng)跟蹤儀、移動(dòng)打印機(jī)器人和控制中心構(gòu)成;激光自動(dòng)跟蹤儀包含跟蹤 測(cè)距單元和通訊單元，移動(dòng)打印機(jī)器人包含運(yùn)動(dòng)單元、控制單元、棱鏡、直線(xiàn)滑動(dòng)單元、多軸 機(jī)械臂、噴墨打印單元和通訊單元;控制中心包含計(jì)算機(jī)和通訊單元。
[0006] 本發(fā)明中，所述移動(dòng)打印機(jī)器人上的多軸機(jī)械臂，其前端安裝有一個(gè)打印噴頭，控 制單元能夠控制機(jī)械臂將打印噴頭移動(dòng)到需要的坐標(biāo)，朝向需要的角度，從而實(shí)現(xiàn)朝任意 方向打印。控制中心根據(jù)目標(biāo)坐標(biāo)和目標(biāo)方向，結(jié)合移動(dòng)打印機(jī)器人的坐標(biāo)和朝向，計(jì)算得 到機(jī)械臂需要調(diào)整的角度，然后通過(guò)移動(dòng)打印機(jī)器人上的通訊單元，將機(jī)械臂需要調(diào)整的 角度和打印圖案，發(fā)送給移動(dòng)打印機(jī)器上的控制單元，移動(dòng)打印機(jī)器人上的通訊單元，接收 到機(jī)械臂需要調(diào)整的角度和打印圖案，傳輸給移動(dòng)打印機(jī)器人上的控制單元，控制單元控 制機(jī)械臂調(diào)整角度，并將噴頭移動(dòng)到目標(biāo)坐標(biāo)和方向，打印所需的圖案。
[0007] 本發(fā)明中，所述單點(diǎn)定位技術(shù)，是指激光自動(dòng)跟蹤儀位于打印區(qū)域之外，移動(dòng)打印 機(jī)器人位于打印區(qū)域中，激光自動(dòng)跟蹤儀跟蹤到移動(dòng)打印機(jī)器人上的棱鏡，并測(cè)量得到一 組兩者之間的相對(duì)距離和角度;移動(dòng)打印機(jī)器人移動(dòng)一段距離后，或是移動(dòng)打印機(jī)器人靜 止時(shí)，棱鏡在直線(xiàn)滑軌上移動(dòng)到滑軌的另一端，激光自動(dòng)跟蹤儀跟蹤到移動(dòng)打印機(jī)器人上 的棱鏡，并測(cè)量得到第二組兩者之間的相對(duì)距離和角度;激光自動(dòng)跟蹤儀通過(guò)其上的通訊 單元將兩組測(cè)量距離和角度數(shù)據(jù)，傳送給控制中心，控制中心通過(guò)其上的通訊單元接收數(shù) 據(jù)，并結(jié)合棱鏡在直線(xiàn)滑軌上移動(dòng)的距離，計(jì)算出移動(dòng)打印機(jī)器人的坐標(biāo)和朝向，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn) 定位。
[0008] 本發(fā)明中，所述通訊單元(包括激光自動(dòng)跟蹤儀中的通訊單元，移動(dòng)打印機(jī)器人上 的通訊單元，以及控制中心的通訊單元），通常采用無(wú)線(xiàn)通訊，常用的無(wú)線(xiàn)通訊有WLAN(無(wú)線(xiàn) 局域網(wǎng)Wireless Local Area Network)、ZigBee等，本發(fā)明米用WLAN(無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)Wireless Local Area Network)方式進(jìn)行通訊。
[0009] 本發(fā)明中，所述的棱鏡數(shù)量至少為I個(gè)。
[0010] 本發(fā)明中，所述的打印區(qū)域可為任意形狀。
[0011] 本發(fā)明中，所述運(yùn)動(dòng)單元能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)打印機(jī)器人在打印區(qū)域內(nèi)向各個(gè)方向的移 動(dòng)。
[0012] 采用基于單點(diǎn)定位技術(shù)的移動(dòng)機(jī)器人打印系統(tǒng)的有益效果是:采用單點(diǎn)定位技術(shù) 減少了定位設(shè)備，降低了定位成本;采用光學(xué)定位，避免了無(wú)線(xiàn)電定位容易受干擾的缺陷； 實(shí)現(xiàn)了向任意角度對(duì)象進(jìn)行打印，大大提高了移動(dòng)打印系統(tǒng)的靈活性。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的工作示意圖。
[0014] 圖2是激光自動(dòng)跟蹤儀的內(nèi)部模塊圖。
[0015] 圖3是移動(dòng)打印機(jī)器人的內(nèi)部模塊圖。
[0016] 圖4是控制中心的內(nèi)部模塊圖。
[0017]圖5是移動(dòng)打印機(jī)器人的定位和定向的原理圖。
[0018]圖中標(biāo)號(hào)：1為激光自動(dòng)跟蹤儀，2為移動(dòng)打印機(jī)器人，3為控制中心。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020] 本發(fā)明的實(shí)施方案，如圖1所示，由1臺(tái)激光自動(dòng)跟蹤儀、1臺(tái)移動(dòng)打印機(jī)器人和1臺(tái) 控制中心組成。激光自動(dòng)跟蹤儀測(cè)量得到移動(dòng)打印機(jī)器人的相對(duì)距離和角度，通過(guò)通訊單 元傳送給控制中心；控制中心根據(jù)兩次測(cè)量值計(jì)算得到移動(dòng)打印機(jī)器人的當(dāng)前坐標(biāo)和方 向，通過(guò)跟目標(biāo)坐標(biāo)和方向進(jìn)行比對(duì)，控制中心計(jì)算得到移動(dòng)打印機(jī)器人需要移動(dòng)的距離 和方向，通過(guò)通訊單元傳送給移動(dòng)打印機(jī)器人;移動(dòng)打印機(jī)器人接收到數(shù)據(jù)后，控制單元控 制運(yùn)動(dòng)單元移動(dòng)相應(yīng)的距離和方向；移動(dòng)完成后，激光自動(dòng)跟蹤儀再次測(cè)量得到移動(dòng)打印 機(jī)器人的相對(duì)距離和角度，通過(guò)通訊單元傳送給控制中心;如此反復(fù)，最終移動(dòng)打印機(jī)器人 到達(dá)目標(biāo)坐標(biāo)和方向；控制中心再根據(jù)打印目標(biāo)的坐標(biāo)和方向，計(jì)算獲得機(jī)械臂各個(gè)軸的 轉(zhuǎn)動(dòng)角度，并通過(guò)通訊單元傳送給移動(dòng)打印機(jī)器人;移動(dòng)打印機(jī)器人接收到數(shù)據(jù)后，控制單 元控制機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度，使得機(jī)械臂前端的打印頭最終朝向打印目標(biāo)表面;控制中 心最后將打印圖案，通過(guò)通訊單元傳送給移動(dòng)打印機(jī)器人，移動(dòng)打印機(jī)器人接收到圖案后， 控制單元控制打印頭進(jìn)行打印。
[0021] 激光自動(dòng)跟蹤儀包含跟蹤測(cè)距單元和通訊單元，如圖2所示，跟蹤測(cè)距單元使用自 動(dòng)跟蹤測(cè)距全站儀，全站儀通過(guò)螺絲固定的方式，安裝在專(zhuān)用三腳架上，然后架設(shè)在水平地 面上。通訊單元使用WLAN(Wireless Local Area Network無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)）通訊模塊，模塊通過(guò) 螺絲固定的方式，安裝在三腳架側(cè)面。全站儀與WLAN通訊模塊之間使用串行通訊方式，通過(guò) 三芯串口線(xiàn)進(jìn)行連接。全站儀通過(guò)光學(xué)方法跟蹤移動(dòng)打印機(jī)器人上的棱鏡、并測(cè)量其距離 和角度，測(cè)量得到的距離和角度，通過(guò)串口傳送給通訊單元，通訊單元通過(guò)WLAN( Wire less Local Area Network無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)）方式，傳送給控制中心。
[0022] 控制中心包含計(jì)算機(jī)和通訊單元，如圖3所示。計(jì)算機(jī)使用臺(tái)式計(jì)算機(jī)，平放在打 印區(qū)域以外地面上。通訊單元使用WLAN(Wireless Local Area Network無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)）通訊 模塊，模塊平放在臺(tái)式計(jì)算機(jī)機(jī)箱上。臺(tái)式計(jì)算機(jī)與WLAN通訊模塊之間使用串行通訊方式， 通過(guò)三芯串口線(xiàn)進(jìn)行連接。通訊單元通過(guò)WLAN(Wireless Local Area Network無(wú)線(xiàn)局域 網(wǎng)）方式，接收到全站儀測(cè)量得到的距離和角度，然后通過(guò)串口傳送給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)接收 到距離和角度數(shù)據(jù)后，結(jié)合兩次測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算得到移動(dòng)打印機(jī)器人的坐標(biāo)和方向；計(jì)算機(jī) 再根據(jù)打印目標(biāo)的坐標(biāo)和方向，計(jì)算得到移動(dòng)打印機(jī)器人需要移動(dòng)的距離和方向，并通過(guò) 串口將需要移動(dòng)的距離和方向傳送給通訊單元，通訊單元通過(guò)WLAN(Wireless Local Area Network無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)）方式，傳送給移動(dòng)打印機(jī)器人。移動(dòng)打印機(jī)器人到達(dá)打印目標(biāo)坐標(biāo)和 方向后，計(jì)算機(jī)根據(jù)打印目標(biāo)平面的位置和角度，計(jì)算得到機(jī)械臂需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，并通過(guò) 串口將轉(zhuǎn)動(dòng)角度傳送給通訊單元，通訊單元通過(guò)WLAN(Wireless Local Area Network無(wú)線(xiàn) 局域網(wǎng))方式，傳送給移動(dòng)打印機(jī)器人。機(jī)械臂完成轉(zhuǎn)動(dòng)、打印頭朝向打印目標(biāo)表面后，計(jì)算 機(jī)將需要打印的圖案，通過(guò)串口傳送給通訊單元，通訊單元通過(guò)WLAN(Wireless Local Area Network無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)）方式，傳送給移動(dòng)打印機(jī)器人完成打印。
[0023]移動(dòng)打印機(jī)器人包含控制單元、運(yùn)動(dòng)單元、棱鏡、直線(xiàn)滑動(dòng)單元、多軸機(jī)械臂、噴墨 打印單元和通訊單元，如圖4所示，使用六塊鋁合金板，采用螺絲固定的方式，組合成一個(gè)長(zhǎng) 方體，作為移動(dòng)打印機(jī)器人的框架。其中： 所述直線(xiàn)滑動(dòng)單元包含一套皮帶式直線(xiàn)滑軌、一個(gè)步進(jìn)電機(jī)和一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。 步進(jìn)電機(jī)與直線(xiàn)滑軌通過(guò)聯(lián)軸器連接，并且步進(jìn)電機(jī)使用螺絲固定到直線(xiàn)滑軌側(cè)面上;直 線(xiàn)滑軌通過(guò)螺絲固定在移動(dòng)打印機(jī)器人框架的上表面的中心線(xiàn)上，且直線(xiàn)滑軌兩端間長(zhǎng)度 與機(jī)器人框架上表面的長(zhǎng)邊長(zhǎng)度相等;步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)通過(guò)四芯電線(xiàn)連接，與 控制單元通過(guò)多芯電線(xiàn)連接，并通過(guò)螺絲固定在移動(dòng)打印機(jī)器人框架的上表面。直線(xiàn)滑動(dòng) 單元夠接收控制單元發(fā)送的命令，控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)滑軌上的滑塊的 移動(dòng)。
[0024]所述棱鏡使用一個(gè)全站儀專(zhuān)用棱鏡，是全站儀跟蹤和測(cè)距的目標(biāo)，通過(guò)螺絲固定 到直線(xiàn)滑軌的滑塊上。
[0025]所述控制單元是一套印刷電路板，電路板上集成了中央處理器芯片和多個(gè)接口電 路，接口電路包括運(yùn)動(dòng)單元控制接口、直線(xiàn)滑軌控制接口、機(jī)械臂控制接口、打印頭控制接 口和串行通訊接口?？刂茊卧捎寐萁z固定的方式，固定在框架的鋁合金板上?？刂茊卧?運(yùn)動(dòng)單元控制接口與運(yùn)動(dòng)單元之間使用多芯電線(xiàn)連接，控制單元能夠控制運(yùn)動(dòng)單元的移動(dòng) 距離和移動(dòng)方向?？刂茊卧闹本€(xiàn)滑軌控制接口與直線(xiàn)滑軌之間使用多芯電線(xiàn)連接，控制 單元能夠控制直線(xiàn)滑軌往復(fù)運(yùn)動(dòng)?？刂茊卧臋C(jī)械臂控制接口與多軸機(jī)械臂之間使用多芯 電線(xiàn)連接，控制單元能夠控制多軸機(jī)械臂各個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。控制單元的打印頭控制接口 與噴墨打印單元之間使用多芯數(shù)據(jù)線(xiàn)連接，控制單元能夠控制噴墨打印單元打印接收到的 圖案?？刂茊卧c通訊單元之間使用串行通訊方式，通過(guò)三芯串口線(xiàn)進(jìn)行連接?？刂茊卧?過(guò)通訊單元能夠接收控制中心發(fā)送的運(yùn)動(dòng)單元控制命令、直線(xiàn)滑軌控制命令、機(jī)械臂控制 命令和打印圖案數(shù)據(jù)。
[0026] 所述運(yùn)動(dòng)單元包含四個(gè)輪子、四個(gè)減速步進(jìn)電機(jī)、四個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，輪子通過(guò) 中心孔安裝到步進(jìn)電機(jī)的軸上，并使用限位螺絲緊固，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)螺絲固定到移動(dòng)打印 機(jī)器人的框架上。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)螺絲固定到移動(dòng)打印機(jī)器人的框架上，并使用四芯 電線(xiàn)與步進(jìn)電機(jī)連接，使用多芯電線(xiàn)與控制單元連接。運(yùn)動(dòng)單元能夠接收控制單元發(fā)送的 命令，控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0027] 所述多軸機(jī)械臂使用螺絲固定到移動(dòng)打印機(jī)器人框架的上表面，使用多芯電線(xiàn)與 控制單元連接。多軸機(jī)械臂接收控制單元發(fā)送的命令，控制各個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
[0028] 所述噴墨打印單元包含一個(gè)打印噴頭和一個(gè)墨盒，墨盒與打印噴頭通過(guò)塑料軟管 連接，墨盒使用螺絲固定到打印噴頭上;打印噴頭通過(guò)多芯數(shù)據(jù)線(xiàn)與控制中心連接，并使用 螺絲固定到多軸機(jī)械臂頂端。打印噴頭接收控制單元發(fā)送的圖案數(shù)據(jù)，并打印出圖案。
[0029] 所述通訊單元使用一臺(tái)WLAN(Wireless Local Area Network無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)）通訊模 塊，模塊使用螺絲固定到移動(dòng)打印機(jī)器人的框架上。通訊單元與控制單元之間使用串行通 訊方式，通過(guò)三芯串口線(xiàn)進(jìn)行連接;通訊單元與控制中心之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)電方式(無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng) WLAN)進(jìn)行通訊。
[0030] 本發(fā)明的移動(dòng)機(jī)器人打印系統(tǒng)，其定位與移動(dòng)過(guò)程如下： 粗略定位與移動(dòng):在移動(dòng)打印機(jī)器人距離目標(biāo)較遠(yuǎn)時(shí)(如距離大于1米），采用粗略定位 與移動(dòng)的工作方式，在滿(mǎn)足定位與移動(dòng)精度的情況下，能夠提高工作效率。在此工作方式 下，移動(dòng)打印機(jī)器人移動(dòng)時(shí)，棱鏡在直線(xiàn)滑軌上固定不動(dòng)，激光自動(dòng)跟蹤儀每隔500毫秒測(cè) 量一次移動(dòng)打印機(jī)器人上棱鏡的距離和角度，并傳送給控制中心，控制中心根據(jù)連續(xù)兩次 的測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算出移動(dòng)打印機(jī)器人當(dāng)前的坐標(biāo)和角度;控制中心再根據(jù)打印目標(biāo)的坐標(biāo) 和方向，計(jì)算得到移動(dòng)打印機(jī)器人需要移動(dòng)的距離和方向，并發(fā)送給移動(dòng)打印機(jī)器人，朝相 應(yīng)方向移動(dòng)相應(yīng)距離。
[0031] 精確定位與移動(dòng):在移動(dòng)打印機(jī)器人距離目標(biāo)較近時(shí)(如距離小于1米），需要較高 的定位與移動(dòng)精度，因此采用精確定位與移動(dòng)的工作方式。在此工作方式下，移動(dòng)打印機(jī)器 人停止后進(jìn)行測(cè)量定位。移動(dòng)打印機(jī)器人停穩(wěn)后，棱鏡在直線(xiàn)滑軌上的一端固定不動(dòng)，激光 自動(dòng)跟蹤儀測(cè)量得到移動(dòng)打印機(jī)器人上棱鏡的距離和角度，并傳送給控制中心;然后直線(xiàn) 滑軌帶動(dòng)棱鏡移動(dòng)到另一端，激光自動(dòng)跟蹤儀再測(cè)量一次移動(dòng)打印機(jī)器人上棱鏡的距離和 角度，并傳送給控制中心;控制中心根據(jù)連續(xù)兩次的測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算出移動(dòng)打印機(jī)器人當(dāng)前 的坐標(biāo)和角度;控制中心再根據(jù)打印目標(biāo)的坐標(biāo)和方向，計(jì)算得到移動(dòng)打印機(jī)器人需要移 動(dòng)的距離和方向，并發(fā)送給移動(dòng)打印機(jī)器人，朝相應(yīng)方向移動(dòng)相應(yīng)距離。
[0032] 本發(fā)明的移動(dòng)機(jī)器人打印系統(tǒng)，其坐標(biāo)計(jì)算原理如圖5所示，第一次測(cè)量棱鏡的坐 標(biāo)和角度為dl和#1，第二次測(cè)量棱鏡的坐標(biāo)和角度為d2和#2。粗略定位與移動(dòng)工作方式 下，認(rèn)為兩次測(cè)量點(diǎn)的連線(xiàn)的中點(diǎn)為移動(dòng)打印機(jī)器人的中心點(diǎn)，兩次測(cè)量點(diǎn)的連線(xiàn)的方向 為機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向；精確定位與移動(dòng)工作方式下，兩次測(cè)量點(diǎn)的連線(xiàn)的中點(diǎn)就是移動(dòng)打 印機(jī)器人的中心點(diǎn)，兩次測(cè)量點(diǎn)的連線(xiàn)的方向就是機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向。計(jì)算得到移動(dòng)打印
機(jī)器人的中心點(diǎn)坐I ;移動(dòng)打印 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向夕
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于單點(diǎn)定位技術(shù)的移動(dòng)機(jī)器人打印系統(tǒng)，其特征在于，由激光自動(dòng)跟蹤儀、移 動(dòng)打印機(jī)器人和控制中心構(gòu)成;激光自動(dòng)跟蹤儀包含跟蹤測(cè)距單元和通訊單元，移動(dòng)打印 機(jī)器人包含運(yùn)動(dòng)單元、控制單元、棱鏡、直線(xiàn)滑動(dòng)單元、多軸機(jī)械臂、噴墨打印單元和通訊單 元;控制中心包含計(jì)算機(jī)和通訊單元； 所述移動(dòng)打印機(jī)器人上的多軸機(jī)械臂，其前端安裝有一個(gè)打印噴頭，控制單元控制機(jī) 械臂將打印噴頭移動(dòng)到需要的坐標(biāo)，朝向需要的角度，從而實(shí)現(xiàn)朝任意方向打印；控制中心 根據(jù)目標(biāo)坐標(biāo)和目標(biāo)方向，結(jié)合移動(dòng)打印機(jī)器人的坐標(biāo)和朝向，計(jì)算得到機(jī)械臂需要調(diào)整 的角度，然后通過(guò)移動(dòng)打印機(jī)器人上的通訊單元，將機(jī)械臂需要調(diào)整的角度和打印圖案，發(fā) 送給移動(dòng)打印機(jī)器上的控制單元，移動(dòng)打印機(jī)器人上的通訊單元，接收到機(jī)械臂需要調(diào)整 的角度和打印圖案，傳輸給移動(dòng)打印機(jī)器人上的控制單元，控制單元控制機(jī)械臂調(diào)整角度， 并將噴頭移動(dòng)到目標(biāo)坐標(biāo)和方向，打印所需的圖案； 其中，所述單點(diǎn)定位通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn):激光自動(dòng)跟蹤儀位于打印區(qū)域之外，移動(dòng)打印 機(jī)器人位于打印區(qū)域中，激光自動(dòng)跟蹤儀跟蹤到移動(dòng)打印機(jī)器人上的棱鏡，并測(cè)量得到一 組兩者之間的相對(duì)距離和角度;移動(dòng)打印機(jī)器人移動(dòng)一段距離后，或是移動(dòng)打印機(jī)器人靜 止時(shí)，棱鏡在直線(xiàn)滑軌上移動(dòng)到滑軌的另一端，激光自動(dòng)跟蹤儀跟蹤到移動(dòng)打印機(jī)器人上 的棱鏡，并測(cè)量得到第二組兩者之間的相對(duì)距離和角度;激光自動(dòng)跟蹤儀通過(guò)其上的通訊 單元將兩組測(cè)量距離和角度數(shù)據(jù)，傳送給控制中心，控制中心通過(guò)其上的通訊單元接收數(shù) 據(jù)，并結(jié)合棱鏡在直線(xiàn)滑軌上移動(dòng)的距離，計(jì)算出移動(dòng)打印機(jī)器人的坐標(biāo)和朝向，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn) 定位。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單點(diǎn)定位技術(shù)的移動(dòng)機(jī)器人打印系統(tǒng)，其特征在于，所述 的激光自動(dòng)跟蹤儀中的跟蹤測(cè)距單元使用自動(dòng)跟蹤測(cè)距全站儀，全站儀通過(guò)螺絲固定的方 式，安裝在專(zhuān)用三腳架上，然后架設(shè)在水平地面上;激光自動(dòng)跟蹤儀中的通訊單元使用WLAN 通訊模塊，模塊通過(guò)螺絲固定的方式，安裝在三腳架側(cè)面;全站儀與該WLAN通訊模塊之間使 用串行通訊方式，通過(guò)三芯串口線(xiàn)進(jìn)行連接;全站儀通過(guò)光學(xué)方法跟蹤移動(dòng)打印機(jī)器人上 的棱鏡、并測(cè)量其距離和角度，測(cè)量得到的距離和角度，通過(guò)串口傳送給所述通訊單元，通 訊單元通過(guò)WLAN方式，傳送給控制中心。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于單點(diǎn)定位技術(shù)的移動(dòng)機(jī)器人打印系統(tǒng)，其特征在于，控制 中心中的計(jì)算機(jī)使用臺(tái)式計(jì)算機(jī)，平放在打印區(qū)域以外地面上;控制中心中的通訊單元使 用WLAN通訊模塊，模塊平放在臺(tái)式計(jì)算機(jī)機(jī)箱上；臺(tái)式計(jì)算機(jī)與WLAN通訊模塊之間使用串 行通訊方式，通過(guò)三芯串口線(xiàn)進(jìn)行連接； 控制中心的通訊單元通過(guò)WLAN方式，接收到全站儀測(cè)量得到的距離和角度，然后通過(guò) 串口傳送給計(jì)算機(jī);計(jì)算機(jī)接收到距離和角度數(shù)據(jù)后，結(jié)合兩次測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算得到移動(dòng)打 印機(jī)器人的坐標(biāo)和方向；計(jì)算機(jī)再根據(jù)打印目標(biāo)的坐標(biāo)和方向，計(jì)算得到移動(dòng)打印機(jī)器人 需要移動(dòng)的距離和方向，并通過(guò)串口將需要移動(dòng)的距離和方向傳送給控制中心的通訊單 元，該通訊單元通過(guò)WLAN方式，傳送給移動(dòng)打印機(jī)器人;移動(dòng)打印機(jī)器人到達(dá)打印目標(biāo)坐標(biāo) 和方向后，計(jì)算機(jī)根據(jù)打印目標(biāo)平面的位置和角度，計(jì)算得到機(jī)械臂需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，并通 過(guò)串口將轉(zhuǎn)動(dòng)角度傳送給通訊單元，通訊單元通過(guò)WLAN方式，傳送給移動(dòng)打印機(jī)器人;機(jī)械 臂完成轉(zhuǎn)動(dòng)、打印頭朝向打印目標(biāo)表面后，計(jì)算機(jī)將需要打印的圖案，通過(guò)串口傳送給通訊 單元，通訊單元通過(guò)WLAN方式，傳送給移動(dòng)打印機(jī)器人完成打印。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于單點(diǎn)定位技術(shù)的移動(dòng)機(jī)器人打印系統(tǒng)，其特征在于，使用 六塊鋁合金板，采用螺絲固定的方式，組合成一個(gè)長(zhǎng)方體，作為移動(dòng)打印機(jī)器人的框架;其 中： 移動(dòng)打印機(jī)器人中的直線(xiàn)滑動(dòng)單元包含一套皮帶式直線(xiàn)滑軌、一個(gè)步進(jìn)電機(jī)和一個(gè)步 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器;步進(jìn)電機(jī)與直線(xiàn)滑軌通過(guò)聯(lián)軸器連接，并且步進(jìn)電機(jī)使用螺絲固定到直線(xiàn) 滑軌側(cè)面上；直線(xiàn)滑軌通過(guò)螺絲固定在移動(dòng)打印機(jī)器人框架的上表面的中心線(xiàn)上，且直線(xiàn) 滑軌兩端間長(zhǎng)度與機(jī)器人框架上表面的長(zhǎng)邊長(zhǎng)度相等;步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)通過(guò)四 芯電線(xiàn)連接，與控制單元通過(guò)多芯電線(xiàn)連接，并通過(guò)螺絲固定在移動(dòng)打印機(jī)器人框架的上 表面;直線(xiàn)滑動(dòng)單元接收控制單元發(fā)送的命令，控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)滑軌 上的滑塊的移動(dòng)； 移動(dòng)打印機(jī)器人中的棱鏡使用一個(gè)全站儀專(zhuān)用棱鏡，是全站儀跟蹤和測(cè)距的目標(biāo)，通 過(guò)螺絲固定到直線(xiàn)滑軌的滑塊上。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于單點(diǎn)定位技術(shù)的移動(dòng)機(jī)器人打印系統(tǒng)，其特征在于，移動(dòng) 打印機(jī)器人中的控制單元是一套印刷電路板，電路板上集成了中央處理器芯片和多個(gè)接口 電路，接口電路包括運(yùn)動(dòng)單元控制接口、直線(xiàn)滑軌控制接口、機(jī)械臂控制接口、打印頭控制 接口和串行通訊接口；控制單元采用螺絲固定的方式，固定在框架的鋁合金板上;控制單元 的運(yùn)動(dòng)單元控制接口與運(yùn)動(dòng)單元之間使用多芯電線(xiàn)連接，控制單元能夠控制運(yùn)動(dòng)單元的移 動(dòng)距離和移動(dòng)方向；控制單元的直線(xiàn)滑軌控制接口與直線(xiàn)滑軌之間使用多芯電線(xiàn)連接，控 制單元能夠控制直線(xiàn)滑軌往復(fù)運(yùn)動(dòng);控制單元的機(jī)械臂控制接口與多軸機(jī)械臂之間使用多 芯電線(xiàn)連接，控制單元能夠控制多軸機(jī)械臂各個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度;控制單元的打印頭控制接 口與噴墨打印單元之間使用多芯數(shù)據(jù)線(xiàn)連接，控制單元能夠控制噴墨打印單元打印接收到 的圖案;控制單元與通訊單元之間使用串行通訊方式，通過(guò)三芯串口線(xiàn)進(jìn)行連接;控制單元 通過(guò)其通訊單元能夠接收控制中心發(fā)送的運(yùn)動(dòng)單元控制命令、直線(xiàn)滑軌控制命令、機(jī)械臂 控制命令和打印圖案數(shù)據(jù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的基于單點(diǎn)定位技術(shù)的移動(dòng)機(jī)器人打印系統(tǒng)，其特征 在于，移動(dòng)打印機(jī)器人中的運(yùn)動(dòng)單元包含四個(gè)輪子、四個(gè)減速步進(jìn)電機(jī)、四個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 器，輪子通過(guò)中心孔安裝到步進(jìn)電機(jī)的軸上，并使用限位螺絲緊固，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)螺絲固定 到移動(dòng)打印機(jī)器人的框架上;步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)螺絲固定到移動(dòng)打印機(jī)器人的框架上， 并使用四芯電線(xiàn)與步進(jìn)電機(jī)連接，使用多芯電線(xiàn)與控制單元連接;運(yùn)動(dòng)單元能夠接收控制 單元發(fā)送的命令，控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的基于單點(diǎn)定位技術(shù)的移動(dòng)機(jī)器人打印系統(tǒng)，其特征 在于，移動(dòng)打印機(jī)器人中的多軸機(jī)械臂使用螺絲固定到移動(dòng)打印機(jī)器人框架的上表面，使 用多芯電線(xiàn)與控制單元連接；多軸機(jī)械臂接收控制單元發(fā)送的命令，控制各個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角 度； 移動(dòng)打印機(jī)器人中的噴墨打印單元包含一個(gè)打印噴頭和一個(gè)墨盒，墨盒與打印噴頭通 過(guò)塑料軟管連接，墨盒使用螺絲固定到打印噴頭上;打印噴頭通過(guò)多芯數(shù)據(jù)線(xiàn)與控制中心 連接，并使用螺絲固定到多軸機(jī)械臂頂端;打印噴頭接收控制單元發(fā)送的圖案數(shù)據(jù)，并打印 出圖案； 移動(dòng)打印機(jī)器人中的通訊單元使用一臺(tái)WLAN通訊模塊，該通訊模塊使用螺絲固定到移 動(dòng)打印機(jī)器人的框架上;通訊單元與控制單元之間使用串行通訊方式，通過(guò)三芯串口線(xiàn)進(jìn) 行連接;通訊單元與控制中心之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)電方式進(jìn)行通訊。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于單點(diǎn)定位技術(shù)的移動(dòng)機(jī)器人打印系統(tǒng)，其特征在于，其定 位與移動(dòng)過(guò)程如下： 粗略定位與移動(dòng):在移動(dòng)打印機(jī)器人與目標(biāo)距離大于1米時(shí)，采用粗略定位與移動(dòng)的工 作方式;在此工作方式下，移動(dòng)打印機(jī)器人移動(dòng)時(shí)，棱鏡在直線(xiàn)滑軌上固定不動(dòng)，激光自動(dòng) 跟蹤儀每隔500毫秒測(cè)量一次移動(dòng)打印機(jī)器人上棱鏡的距離和角度，并傳送給控制中心，控 制中心根據(jù)連續(xù)兩次的測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算出移動(dòng)打印機(jī)器人當(dāng)前的坐標(biāo)和角度;控制中心再 根據(jù)打印目標(biāo)的坐標(biāo)和方向，計(jì)算得到移動(dòng)打印機(jī)器人需要移動(dòng)的距離和方向，并發(fā)送給 移動(dòng)打印機(jī)器人，朝相應(yīng)方向移動(dòng)相應(yīng)距離； 精確定位與移動(dòng):在移動(dòng)打印機(jī)器人與目標(biāo)距離小于1米時(shí)，采用精確定位與移動(dòng)的工 作方式;在此工作方式下，移動(dòng)打印機(jī)器人停止后進(jìn)行測(cè)量定位，移動(dòng)打印機(jī)器人停穩(wěn)后， 棱鏡在直線(xiàn)滑軌上的一端固定不動(dòng)，激光自動(dòng)跟蹤儀測(cè)量得到移動(dòng)打印機(jī)器人上棱鏡的距 離和角度，并傳送給控制中心;然后直線(xiàn)滑軌帶動(dòng)棱鏡移動(dòng)到另一端，激光自動(dòng)跟蹤儀再測(cè) 量一次移動(dòng)打印機(jī)器人上棱鏡的距離和角度，并傳送給控制中心;控制中心根據(jù)連續(xù)兩次 的測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算出移動(dòng)打印機(jī)器人當(dāng)前的坐標(biāo)和角度;控制中心再根據(jù)打印目標(biāo)的坐標(biāo) 和方向，計(jì)算得到移動(dòng)打印機(jī)器人需要移動(dòng)的距離和方向，并發(fā)送給移動(dòng)打印機(jī)器人，朝相 應(yīng)方向移動(dòng)相應(yīng)距離。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于單點(diǎn)定位技術(shù)的移動(dòng)機(jī)器人打印系統(tǒng)，其特征在于，其 坐標(biāo)計(jì)算原理如下：設(shè)第一次測(cè)量棱鏡的坐標(biāo)和角度為dl和斑，第二次測(cè)量棱鏡的坐標(biāo)和 角度為d2和02;粗略定位與移動(dòng)工作方式下，認(rèn)為兩次測(cè)量點(diǎn)的連線(xiàn)的中點(diǎn)為移動(dòng)打印機(jī) 器人的中心點(diǎn)，兩次測(cè)量點(diǎn)的連線(xiàn)的方向?yàn)闄C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向；精確定位與移動(dòng)工作方式 下，兩次測(cè)量點(diǎn)的連線(xiàn)的中點(diǎn)就是移動(dòng)打印機(jī)器人的中心點(diǎn)，兩次測(cè)量點(diǎn)的連線(xiàn)的方向就是機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向；計(jì)算得到移動(dòng)打印機(jī)器人的中心點(diǎn)坐標(biāo)：;移動(dòng)打印機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向
【文檔編號(hào)】B41J2/01GK106042643SQ201610391535
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月6日
【發(fā)明人】鄒新春
【申請(qǐng)人】上海銀帆信息科技有限公司