技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
涂胶机器人，具体涉及一种平流层飞艇囊体加工涂胶机器人。
背景技术
[0002] 平流层飞艇主要由主气囊和副气囊组成，其中主气囊通过直接包络氦气为飞艇提供浮
力，副气囊通过充放空气改变副气囊的体积，实现飞艇在空中飞行过程中重力和
浮力的调整。可见，囊体是平流层飞艇的关键部件，优良的囊体材料是实现飞艇顺利升空、长时间飞行的
基础，而良好的囊体加工
质量则是提高和保证飞艇飞行性能和使用寿命的前提条件。因此，在飞艇的研制过程中，必须对现有的囊体加工工艺进行改进，提高工艺
水平和质量。
[0003] 根据《飞艇囊体加工工艺研究》的相关内容可知，巨大的囊体是由一
块块长约近百米的囊瓣拼接而成的，囊体在加工过程中需要对囊瓣的边界部位进行涂胶处理。目前，囊体的加工工艺这一工作是由数个工人分别对囊瓣的不同部位同时进行人工涂胶来完成的。在这一过程中，由于不同人的涂胶量，涂胶方式，以及涂胶速度很难保证绝对一致，以至于囊瓣不同部位胶层的厚度会有所不同，从而降低了囊体的加工质量。同时，人工涂胶会花费大量的时间，涂胶效率低，还有可能存在个别部位的重复涂胶或者漏涂，胶水的挥发气体也会引起人体的不适。
[0004] 至今为止，自动化的飞艇囊瓣涂胶设备还没出现。若能成功开发一种将工人从繁重的体力劳动中解放出来的平流层飞艇囊瓣的涂胶工作的涂胶机器人，显著提高涂胶的效率和质量，避免人工涂
胶带来的胶层厚度不均匀、重复涂胶、遗忘涂胶等问题，同时也避免胶水挥发气体对人体的危害，必将带来较大的经济效益和社会效益。
发明内容
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种平流层飞艇囊体加工涂胶机器人，包括涂胶机器人
控制器模块，涂胶机器人
能源模块，涂胶机器人动力模块，胶水贮存及
喷涂模块，
传感器模块，机
体模块；其中，
[0006] 传感器模块的输出连接涂胶机器人控制器模块的输入，涂胶机器人控制器模块的输出分别连接涂胶机器人动力模块和胶水贮存及喷涂模块，所述涂胶机器人能源模块连接涂胶机器人控制器模块、涂胶机器人动力模块、胶水贮存及喷涂模块以及传感器模块，用于为机器人各模块提供
电能。
[0007] 所述涂胶机器人控制器模块依次包括控制器
主板、蜂鸣器、LED指示灯、输入输出
接口、机器人启动
开关[0008] 进一步，所述涂胶机器人动力模块包括
电机驱动器、直流电机、
履带、
转轴、
轴承和传动机构，为机器人提供动力，实现机器人的行走。
[0009] 进一步，所述胶水贮存及喷涂模块包括胶水贮箱、喷淋系统、胶水加注口，实现胶水的均匀喷洒，用于实现胶水的均匀喷洒。
[0010] 进一步，所述传感器模块由一组左、右灰度传感器构成，用于检测囊瓣边界。
[0011] 进一步，所述
机体模块包括传感器
支架、胶水贮存及喷涂模块支架、能源及控
制模块支架，为机器人主要设备提供
支撑。
[0012] 进一步，所述涂胶机器人能源模块主要由两块锂
电池构成，为机器人各模块提供电能。
[0013] 本发明进一步的目的是通过以下技术方案实现的，一种平流层飞艇囊体加工涂胶机器人的涂胶控制方法，包括以下步骤：
[0014] (1)首先将机器人放置在囊瓣边界
位置，使得机器人履带方向和囊瓣边界平行，并使囊瓣边界处于机器人对称轴处；假设囊体位于机器人左侧，地面在机器人的右侧，机器人启动之初传感器模块中灰度传感器的值设为基准值；
[0015] (2)然后启动机器人能源模块，接着打开胶水贮存及喷涂模块中喷淋系统喷口的开关，再按下控制器模块中机器人启动开关；机器人在行驶过程中，若传感器模块中的左灰度传感器测量灰度加深，右灰度传感器测量灰度值仍然处于地面灰度值之内，则判断机器人向地面方向偏移，此时控
制动力模块中的右电机
加速，左电机减速，纠正右偏。
[0016] 进一步，机器人在行驶过程中，若传感器模块中的右灰度传感器测量灰度加深，左灰度传感器测量灰度值仍然处于囊体灰度值之内，则判断机器人向囊体方向偏移，此时控制动力模块中的左电机加速，右电机减速，纠正左偏。
[0017] 进一步，机器人在行驶过程中，若传感器模块中的左、右灰度传感器的灰度值示数基本一致，则判断已完成整个边界的涂胶工作或者系统故障导致偏离预定路线，此时关闭胶水贮存及喷涂模块中的喷淋系统节流
阀，停止控制动力模块中的电机驱动器。
[0018] 本发明代替人工完成平流层飞艇囊瓣的涂胶工作，可保证胶层的厚度均匀；并通过灰度传感器检测囊瓣边界，确保机器人的行驶轨迹符合预期，避免胶水喷涂到不必要的部位，而且机器人的涂胶路径遍历整个囊瓣的接合部位，解决了个别部位漏涂和重复涂的问题；同时也有效避免了涂胶过程中胶水的挥发气体对人造成的不利影响。
[0019] 综上，本发明的优点在于实现了飞艇
复合材料囊体加工过程中的自动化涂胶，显著提高涂胶的效率和质量，避免了人工涂胶带来的胶层厚度不均匀、重复涂胶、遗忘涂胶等问题，同时也避免了胶水挥发气体对人体的危害。
附图说明
[0020] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0021] 图1是根据本发明实施方式的平流层飞艇复合材料囊体加工涂胶机器人设计图。
具体实施方式
[0022] 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0023] 根据本发明的实施方式，提出一种平流层飞艇复合材料囊体加工涂胶机器人，如图1所示，主要包括涂胶机器人控制器模块1、涂胶机器人能源模块2、涂胶机器人动力模块3、胶水贮存及喷涂模块4、传感器模块5、机体模块6，其中，传感器模块5的输出连接涂胶机器人控制器模块1的输入，涂胶机器人控制器模块1的输出分别连接涂胶机器人动力模块3和胶水贮存及喷涂模块4，所述涂胶机器人能源模块2连接涂胶机器人控制器模块1、涂胶机器人动力模块3、胶水贮存及喷涂模块4以及传感器模块5。
[0024] 所述涂胶机器人控制器模块1依次包括控制器主板、蜂鸣器、LED指示灯、输入输出接口、机器人启动开关；控制器主板通过输入输出接口分别连接蜂鸣器、LED指示灯以及机器人启动开关；所述机器人启动开关用于启动机器人。控制器模块1是喷涂机器人的大脑，用于分析处理传感器模块5的数据，同时输出能源模块2、动力模块3以及胶水贮存及喷涂模块4的控制
信号，实现机器人的总体调度和控制。
[0025] 其中，涂胶机器人控制器主板的核心部件为基于51
单片机的最小系统板。该51单片机选用ATMEL公司的89C51芯片，该芯片具有：
[0026] ·8位CPU·4kbytes程序
存储器(ROM)；
[0027] ·128bytes的数据存储器(RAM)；
[0028] ·32条I/O口线；
[0029] ·21个专用寄存器；
[0030] ·2个可编程定时/计数器·5个中断源，2个优先级；
[0031] ·一个全双工串行通信口；
[0032] ·外部数据存储器寻址空间为64kB；
[0033] ·外部程序存储器寻址空间为64kB；
[0034] ·逻辑操作位寻址功能·双列直插40PinDIP封装；
[0035] ·单一+5V电源供电。
[0036] 控制器主板还通过输入输出接口连接动力模块3中的电机驱动器以及传感器模块5。控制器主板的电源取自能源模块2，控制器主板安装在
铝制保护壳内，防止喷涂的胶水溅落在控制器主板上。
[0037] 所述涂胶机器人能源模块2主要由两块22.2V 5200mAh纳米锂
聚合物电池构成，可为机器人各模块提供电能。锂电池连接动力模块3中的电机驱动器为直流电机提供动力电源，同时锂电池为控制器主板供电。
[0038] 所述涂胶机器人动力模块3包括电机驱动器、直流电机、履带、转轴、轴承和传动机构，可为机器人提供动力，实现机器人的行走。
[0039] 其中，电机驱动器选用L298N驱动板模块，该模块具有驱
动能力强、发热量低，抗干扰能力强的特点，技术指标如下：
[0040]主控芯片 L298N 工作模式 H桥驱动(双路)
逻辑
电压 5V 驱动电压 5-35V
逻辑
电流 0mA-36mA 驱动电流 2A(MAX单桥)
存储
温度 -20℃到+135℃ 最大功率 25W
重量 30g 外围尺寸 43*43*27mm
[0041] 包括左、右两个直流电机，用于实现机器人的驱动和纠偏。直流电机选用双
滚珠轴承775大
扭矩电机，该电机的技术参数如下：
[0042]额定电压 12VDC 电机台阶高度 4.5mm
空载电流 1.05A 电机台阶直径 17.5mm
空载转速 12V 10000转 电机直径 42mm
电机长度 67mm 出轴长度 17mm
轴径 5mm 尾部台阶高度 5mm
安装孔的孔距 29mm 尾部出轴长度 6mm
安装孔的孔径 M4螺丝 电机重量 350g
[0043] 履带轮的直径为40厘米，材料为高强度铝
合金，单侧履带轮
轴距为200mm，履带本身厚度为7.5mm，宽50mm，材料为
橡胶材质；为了降低对囊瓣材料的损伤，进一步在履带外围包裹海绵带。
[0044] 转轴、轴承及传动机构与现有电机和履带轮相适应。
[0045] 所述胶水贮存及喷涂模块4包括胶水贮箱、喷淋系统、胶水加注口；可用来实现胶水的均匀喷洒。胶水贮箱采用塑料材质，贮箱顶部一
角安排有胶水加注口，贮箱容积为1L。喷淋系统的作用原理如下：通过对贮箱内的液体进行可控加压，使得箱内的液体能够匀速从贮箱底部的喷口喷出，喷口设有
节流阀，可以手动或自动开关；
控制信号自控制器模块1，每次使用前需要通过胶水加注口对贮箱进行加注。
[0046] 所述传感器模块5由一组左、右灰度传感器构成，可用于检测囊瓣边界。
[0047] 囊瓣边界灰度传感器主要由一个光敏
电阻和一个发光
二极管组成。其中，光敏电阻是由一种特殊的
半导体材料制成的
电阻器件，它应用了半导体材料的
光电效应原理：当无光照射时，光敏电阻(暗电阻)值很大，
电路中
暗电流很小；当光敏电阻受到一定
波长范围的光照射时，它的电阻(亮电阻)急剧减小，电路中光电流迅速增大。该灰度传感器利用光敏电阻的阻值会随着光照强弱的变化而变化的这一特性，通过
发光二极管照亮地面和囊瓣交界处，地面和囊瓣的反射光线被光敏电阻接收，电阻值根据反射光线强弱而改变(地面灰度深，光敏电阻值大；囊瓣灰度浅，光敏电阻值小)；然后将阻值的变化转变成
电信号，通过机器人控制器模块1的输入输出接口输入到机器人控制器主板，再由控制器主板中的A/D转换器将电信号转换成0-1023的数值，这样控制器主板通过判断多个灰度值就可知道机器人的行驶轨迹，判断过程如下：
[0048] 首先将机器人放置在囊瓣边界位置，使得机器人履带方向和囊瓣边界平行，并使囊瓣边界处于机器人对称轴处；假设囊体位于机器人左侧，地面在机器人的右侧，这样左灰度传感器正对囊体，右灰度传感器正对地面，机器人启动之初灰度传感器的值设为基准值。
[0049] 在行驶过程中，若左传感器测量灰度加深，右传感器测量灰度值仍然处于地面灰度值之内，则说明机器人向地面方向偏移，此时应该控制右电机加速，左电机减速，纠正右偏。
[0050] 在行驶过程中，若右传感器测量灰度加深，左传感器测量灰度值仍然处于囊体灰度值之内，则说明机器人向囊体方向偏移，此时应该控制左电机加速，右电机减速，纠正左偏。
[0051] 在行驶过程中，若左右灰度值示数基本一致，则关闭喷淋系统节流阀，停止
驱动电机，此时说明已完成整个边界的涂胶工作或者系统故障导致偏离预定路线。
[0052] 机体模块6包括传感器支架、胶水贮存及喷涂模块支架、能源及
控制模块支架；为机器人主要设备提供支撑，机体材料采用
铝合金。
[0053] 根据上述平流层飞艇复合材料囊体加工涂胶机器人，还提出了一种平流层飞艇复合材料囊体加工涂胶机器人的涂胶控制方法，包括以下步骤：
[0054] (1)首先将机器人放置在囊瓣边界位置，使得机器人履带方向和囊瓣边界平行，并使囊瓣边界处于机器人对称轴处；假设囊体位于机器人左侧，地面在机器人的右侧，机器人启动之初传感器模块5中灰度传感器的值设为基准值；
[0055] (2)然后启动机器人能源模块2，接着打开胶水贮存及喷涂模块4中喷淋系统喷口的开关，再按下控制器模块1中机器人启动开关；机器人在行驶过程中，若传感器模块5中的左灰度传感器测量灰度加深，右灰度传感器测量灰度值仍然处于地面灰度值之内，则判断机器人向地面方向偏移，此时控制动力模块3中的右电机加速，左电机减速，纠正右偏；
[0056] (3)机器人在行驶过程中，若传感器模块5中的右灰度传感器测量灰度加深，左灰度传感器测量灰度值仍然处于囊体灰度值之内，则判断机器人向囊体方向偏移，此时控制动力模块3中的左电机加速，右电机减速，纠正左偏；
[0057] (4)机器人在行驶过程中，若传感器模块5中的左、右灰度传感器的灰度值示数基本一致，则判断已完成整个边界的涂胶工作或者系统故障导致偏离预定路线，此时关闭胶水贮存及喷涂模块4中的喷淋系统节流阀，停止控制动力模块3中的电机驱动器。
[0058] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述
权利要求的保护范围为准。
