《一種基於無人機的外牆噴塗列印系統及其噴塗方法》是廣東銀洋環保新材料有限公司於2016年8月5日申請的專利，該專利的公布號為CN106184759A，授權公布日為2016年12月7日，發明人是趙志輝。
《一種基於無人機的外牆噴塗列印系統及其噴塗方法》公開了一種基於無人機的外牆噴塗列印系統及其噴塗方法，無人機上設定噴塗塗料的噴嘴，該方法為：A、控制無人機沿外牆牆體邊沿飛行並根據飛行軌跡測繪待噴塗區域；B、利用測繪得到的待噴塗區域計算待噴塗圖案在待噴塗區域上的噴塗軌跡，獲取噴塗軌跡上各定位坐標，並建立各定位坐標與噴塗特性數據的對應關係；C、控制無人機按照噴塗軌跡各定位坐標依次飛至待噴塗區域的各相應位置，調用所對應的噴塗特性數據依此控制噴嘴噴塗塗料，完成圖案噴塗。該系統能夠利用無人機快速噴繪列印牆體廣告，所噴繪圖案逼真誤差小，相較於2016年8月之前的牆體噴塗方法，該發明方法簡單易行，施工成本低，大大降低了施工人員勞動強度和施工難度，市場前景廣闊。
2020年7月14日，《一種基於無人機的外牆噴塗列印系統及其噴塗方法》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種基於無人機的外牆噴塗列印系統及其噴塗方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種基於無人機的外牆噴塗列印系統及其噴塗方法
- 申請人：廣東銀洋環保新材料有限公司
- 申請日：2016年8月5日
- 申請號：2016106376309
- 公布日：2016年12月7日
- 公布號：CN106184759A
- 地址：廣東省佛山市三水區樂平鎮范湖經濟開發區
- Int. Cl.：B64D1/18(2006.01)I
- 代理機構：深圳市君勝智慧財產權代理事務所
- 代理人：王永文、劉文求
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
牆體廣告的實現形式2016年前主要有噴繪和顯示兩種方式，採用掛置於牆體上的電子螢幕顯示廣告的方式具有廣告內容豐富、更換便宜的優點，但也存在著電子螢幕購置、維護成本高的缺點，高昂的購置和維護成本大大影響了此種牆體廣告形式的套用，而牆體廣告採用噴繪形式則因其噴繪簡單、價格低廉的特點越來越受到廣告商的青睞。但2016年前噴繪形式的牆體廣告主要採用人工在牆體噴繪實現，若製作巨幅牆體噴繪廣告或者在高層建築進行廣告噴繪，則噴繪施工面臨著噴繪圖案施工難度大，工人勞動強度大的問題，這使得大型牆體廣告2016年前難以通過噴繪實現，而這一問題也大大限制了牆體噴繪廣告的發展。因而2016年8月之前的技術還有待改進和提高。
發明內容
專利目的
《一種基於無人機的外牆噴塗列印系統及其噴塗方法》針對2016年8月之前技術的不足，該發明提供一種基於無人機的外牆噴塗列印系統及其噴塗方法，以解決大型牆體廣告無法通過噴繪實現的問題。
技術方案
《一種基於無人機的外牆噴塗列印系統及其噴塗方法》所採用的技術方案如下：
一種基於無人機的外牆噴塗方法，其中，所述無人機上設定有用於噴塗塗料的噴嘴，所述方法為：
A、控制無人機沿外牆牆體邊沿飛行並根據無人機飛行軌跡測量繪製待噴塗區域；
B、利用測繪得到的待噴塗區域計算待噴塗圖案在待噴塗區域上的噴塗軌跡，獲取噴塗軌跡上各定位坐標，並基於噴塗圖案建立各定位坐標與噴塗特性數據的對應關係；
C、控制無人機按照噴塗軌跡各定位坐標依次飛至待噴塗區域的各相應位置，調用各定位坐標所對應的噴塗特性數據並依此控制噴嘴噴塗塗料，完成圖案噴塗。
所述的基於無人機的外牆噴塗方法，其中，所述無人機上設定有高度測量裝置和衛星定位裝置，所述步驟A具體為：啟動無人機並控制其沿作業外牆牆體邊沿飛行一周，獲取無人機沿外牆邊沿飛行軌跡，並利用無人機內設定的高度測量裝置和衛星定位裝置獲取無該飛行軌跡的坐標數據，利用此坐標數據計算測量繪製對應於待噴塗區域的坐標數據。
所述的基於無人機的外牆噴塗方法，其中，所述無人機上設定有攝像頭，無人機沿外牆牆體邊沿開始飛行時，攝像頭獲取當前外牆邊沿圖像，分析當前外牆邊沿圖像的對比度並將該對比度與預設對比度值範圍進行比較，利用比較結果自動控制無人機沿外牆牆體邊沿飛行。
所述的基於無人機的外牆噴塗方法，其中，所述無人機上設定有雷射測距裝置，通過雷射測距裝置的實時測量數據來反饋控制無人機在飛行過程中始終與外牆牆面保持預定間隔距離。
所述的基於無人機的外牆噴塗方法，其中，所述噴塗特性數據包括噴塗顏色、塗料黏性及噴嘴的噴塗方向。
所述的基於無人機的外牆噴塗方法，其中，所述步驟B具體為：
B1、將待噴塗圖案按照預定大小設定在待噴塗區域上，基於待噴塗圖案所占據區域繪製噴塗軌跡，之後獲取屬於噴塗軌跡上的各定位坐標；
B2、預先設定待噴塗圖案各位置點的噴塗特性數據，建立噴塗軌跡上的各定位坐標與預設待噴塗圖案各位置點的一一對應關係，確立噴塗軌跡上的各定位坐標的噴塗特性數據。
所述的基於無人機的外牆噴塗方法，其中，所述步驟C具體為：
C1、將噴塗軌跡各定位坐標作為控制數據控制無人機依次飛行至依次飛至待噴塗區域的預定位置；
C2、查找當前無人機所在的定位坐標對應的噴塗特性數據，利用該噴塗特性數據控制噴嘴噴塗塗料，完成圖案噴塗。
所述的基於無人機的外牆噴塗方法，其中，所述無人機上設定有溫濕度探測裝置，所述噴塗軌跡上的各定位坐標的噴塗特性數據基於溫濕度探測裝置的實時探測數據進行更改。
一種基於無人機的外牆噴塗列印系統，其中，所述系統包括無人機及控制無人機的控制中心，所述控制中心包括：
測繪模組：用於控制無人機沿外牆牆體邊沿飛行並根據無人機飛行軌跡測量繪製待噴塗區域；
計算模組：用於利用測繪得到的待噴塗區域計算待噴塗圖案在待噴塗區域上的噴塗軌跡，獲取噴塗軌跡上各定位坐標，並基於噴塗圖案建立各定位坐標與噴塗特性數據的對應關係；
執行模組：用於控制無人機按照噴塗軌跡各定位坐標依次飛至待噴塗區域的各相應位置，調用各定位坐標所對應的噴塗特性數據並依此控制噴嘴噴塗塗料，完成圖案噴塗。
有益效果
《一種基於無人機的外牆噴塗列印系統及其噴塗方法》提供一種基於無人機的外牆噴塗列印系統及其噴塗方法，通過該系統能夠利用無人機快速噴繪列印牆體廣告，所噴繪圖案逼真且誤差小，相較於2016年8月之前的牆體噴塗方案，該發明方法簡單易行，施工成本低，大大降低了施工人員的勞動強度和施工難度，也使得巨幅牆體廣告能夠得以實現，具有廣闊的市場前景。
附圖說明
圖1為《一種基於無人機的外牆噴塗列印系統及其噴塗方法》具體實施例中基於無人機的外牆噴塗列印系統的原理框圖。
附圖說明
技術領域
《一種基於無人機的外牆噴塗列印系統及其噴塗方法》涉及噴塗技術領域，特別涉及一種基於無人機的外牆噴塗列印系統及其噴塗方法。
權利要求
1.一種基於無人機的外牆噴塗方法，其特徵在於，所述無人機上設定有用於噴塗塗料的噴嘴，所述方法為：
A、控制無人機沿外牆牆體邊沿飛行並根據無人機飛行軌跡測量繪製待噴塗區域；
B、利用測繪得到的待噴塗區域計算待噴塗圖案在待噴塗區域上的噴塗軌跡，獲取噴塗軌跡上各定位坐標，並基於噴塗圖案建立各定位坐標與噴塗特性數據的對應關係；
C、控制無人機按照噴塗軌跡各定位坐標依次飛至待噴塗區域的各相應位置，調用各定位坐標所對應的噴塗特性數據並依此控制噴嘴噴塗塗料，完成圖案噴塗。
2.根據權利要求1所述的基於無人機的外牆噴塗方法，其特徵在於，所述無人機上設定有高度測量裝置和衛星定位裝置，所述步驟A具體為：啟動無人機並控制其沿作業外牆牆體邊沿飛行一周，獲取無人機沿外牆邊沿飛行軌跡，並利用無人機內設定的高度測量裝置和衛星定位裝置獲取無該飛行軌跡的坐標數據，利用此坐標數據計算測量繪製對應於待噴塗區域的坐標數據。
3.根據權利要求1所述的基於無人機的外牆噴塗方法，其特徵在於，所述無人機上設定有攝像頭，無人機沿外牆牆體邊沿開始飛行時，攝像頭獲取當前外牆邊沿圖像，分析當前外牆邊沿圖像的對比度並將該對比度與預設對比度值範圍進行比較，利用比較結果自動控制無人機沿外牆牆體邊沿飛行。
4.根據權利要求1所述的基於無人機的外牆噴塗方法，其特徵在於，所述無人機上設定有雷射測距裝置，通過雷射測距裝置的實時測量數據來反饋控制無人機在飛行過程中始終與外牆牆面保持預定間隔距離。
5.根據權利要求1所述的基於無人機的外牆噴塗方法，其特徵在於，所述噴塗特性數據包括噴塗顏色、塗料黏性及噴嘴的噴塗方向。
6.根據權利要求5所述的基於無人機的外牆噴塗方法，其特徵在於，所述步驟B具體為：
B1、將待噴塗圖案按照預定大小設定在待噴塗區域上，基於待噴塗圖案所占據區域繪製噴塗軌跡，之後獲取屬於噴塗軌跡上的各定位坐標；
B2、預先設定待噴塗圖案各位置點的噴塗特性數據，建立噴塗軌跡上的各定位坐標與預設待噴塗圖案各位置點的一一對應關係，確立噴塗軌跡上的各定位坐標的噴塗特性數據。
7.根據權利要求5所述的基於無人機的外牆噴塗方法，其特徵在於，所述步驟C具體為：
C1、將噴塗軌跡各定位坐標作為控制數據控制無人機依次飛行至依次飛至待噴塗區域的預定位置；
C2、查找當前無人機所在的定位坐標對應的噴塗特性數據，利用該噴塗特性數據控制噴嘴噴塗塗料，完成圖案噴塗。
8.根據權利要求5所述的基於無人機的外牆噴塗方法，其特徵在於，所述無人機上設定有溫濕度探測裝置，所述噴塗軌跡上的各定位坐標的噴塗特性數據基於溫濕度探測裝置的實時探測數據進行更改。
9.一種基於無人機的外牆噴塗列印系統，其特徵在於，所述系統包括無人機及控制無人機的控制中心，所述控制中心包括：
測繪模組：用於控制無人機沿外牆牆體邊沿飛行並根據無人機飛行軌跡測量繪製待噴塗區域；
計算模組：用於利用測繪得到的待噴塗區域計算待噴塗圖案在待噴塗區域上的噴塗軌跡，獲取噴塗軌跡上各定位坐標，並基於噴塗圖案建立各定位坐標與噴塗特性數據的對應關係；
執行模組：用於控制無人機按照噴塗軌跡各定位坐標依次飛至待噴塗區域的各相應位置，調用各定位坐標所對應的噴塗特性數據並依此控制噴嘴噴塗塗料，完成圖案噴塗。
實施方式
《一種基於無人機的外牆噴塗列印系統及其噴塗方法》提供一種基於無人機的外牆噴塗方法，其中，所述無人機上設定有用於噴塗塗料的噴嘴，該無人機通過地面設定的控制中心進行控制，所述方法為：
S1、控制無人機沿外牆牆體邊沿飛行並根據無人機飛行軌跡測量繪製待噴塗區域。
對於將要進行圖案噴塗的外牆牆體需要首先進行測繪，得到牆體表面“數字地圖”，該發明利用無人機完成這一過程，從而無需增加額外的測繪裝置，並且無人機測繪能夠適應各種牆體表面，大大提升了該發明系統的套用範圍，具體的，所述無人機上設定有高度測量裝置和衛星定位裝置，即例如具有高度計和GPS模組，上述步驟則具體為：啟動無人機並控制其沿作業外牆牆體邊沿飛行一周，獲取無人機沿外牆邊沿飛行軌跡，並利用無人機內設定的高度測量裝置和衛星定位裝置獲取無該飛行軌跡的坐標數據，利用此坐標數據計算測量繪製對應於待噴塗區域的坐標數據。該測繪過程可自動進行也可人工操作完成，在確定好需要噴塗圖案的外牆牆體後，控制無人機沿外牆牆體邊沿飛行，無人機在飛行過程中將測量數據反饋至控制中心，反饋數據至少包括實時高度數據和定位數據，基於無人機測繪過程中整個的飛行軌跡即能完成對於待噴塗區域的範圍測定，之後利用無人機測繪飛行軌跡計算得到待噴塗區域內的位置坐標。
無人機可自動完成測繪過程，具體為，所述無人機上設定有攝像頭，無人機沿外牆牆體邊沿開始飛行時，攝像頭獲取當前外牆邊沿圖像，分析當前外牆邊沿圖像的對比度並將該對比度與預設對比度值範圍進行比較，利用比較結果自動控制無人機沿外牆牆體邊沿飛行。所述預設對比度值可在測繪前利用地面攝像頭獲取外牆牆體邊沿圖像的對比度值進行計算得到，當無人機上攝像頭攝錄到外牆牆體邊沿圖像時，控制中心對該圖像進行處理，可獲得以外牆牆體邊沿為界限的明顯的對比度差異，這一對比度差異可幫助控制中心確定無人機當前所述位置為外牆牆體邊沿，則此時控制中心控制無人機垂直向上飛行，當無人機上攝像頭攝錄的圖像經控制中心分析未出現相符的對比度差異，則說明當前無人機已偏離外牆牆體邊沿，則控制無人機向左和向右移動預定距離，直至重新獲取到相符合的圖像，則控制無人機繼續執行與上一控制指令相同的指令，例如控制中心計算分析無人機當前攝錄圖像中未出現相符對比度差異，則控制無人機向左飛行預定距離，若此時仍為獲取到具有相符對比度差異的圖像，則控制無人機向右飛行預定距離，若此時獲取到具有相符對比度差異的圖像，則說明無人機已到達外牆牆體的拐角位置，下一步繼續控制無人機繼續向右飛行，獲取到具有相符對比度差異的圖像說明外牆牆體邊沿已通過拐角連續向右。
當無人機在某位置向上下左右分別飛行後均獲取不到具有相符對比度差異的圖像，則可能為系統故障或者此位置牆體出現異常對比度差異，則控制中心發出警報由施工人員人工控制無人機飛行越過此位置。
《一種基於無人機的外牆噴塗列印系統及其噴塗方法》在無人機啟動後還設定有自檢過程，即無人機啟動後，首先在控制中心控制下測定無人機中各裝置的工作情況以確保無人機正常工作，例如，測試無人機的高度測量裝置和衛星定位裝置是否能正常工作，以及測試無人機上噴嘴能夠按照控制指令完成相應噴塗方向和相應顏色塗料的噴塗。
S2、利用測繪得到的待噴塗區域計算待噴塗圖案在待噴塗區域上的噴塗軌跡，獲取噴塗軌跡上各定位坐標，並基於噴塗圖案建立各定位坐標與噴塗特性數據的對應關係。
進一步地，上述步驟具體為：
S21、將待噴塗圖案按照預定大小設定在待噴塗區域上，基於待噴塗圖案所占據區域繪製噴塗軌跡，之後獲取屬於噴塗軌跡上的各定位坐標。
控制中心將輸入的待噴塗圖案設定到測繪得到的待噴塗區域內，按照預設大小和位置確定待噴塗圖案在待噴塗區域上的位置，基於待噴塗圖案即能獲得噴塗軌跡，進而計算得到噴塗軌跡的各定位坐標。
較佳的是，由於一些牆體外牆上可能設有窗戶，裝飾護欄等障礙物或突出物，在待噴塗區域上需要對障礙物或突出物的位置坐標進行確認，可通過無人機測繪得到障礙物或突出物的位置坐標，之後在待噴塗區域上確定障礙物或突出物的位置坐標，噴塗軌跡則根據障礙物或突出物的位置坐標進行調整，例如設定噴塗軌跡中經過障礙物或突出物位置時停止噴塗並直接飛越相應位置。
S22、預先設定待噴塗圖案各位置點的噴塗特性數據，建立噴塗軌跡上的各定位坐標與預設待噴塗圖案各位置點的一一對應關係，確立噴塗軌跡上的各定位坐標的噴塗特性數據。
其中，所述噴塗特性數據包括噴塗顏色、塗料黏性及噴嘴的噴塗方向。無人機的噴嘴通過料管與地面上設定的料筒連線，料筒中的塗料通過一預混裝置混合後沿料管進入噴嘴，通過噴嘴噴塗在牆面形成圖案，所述料筒設定為三個，分別裝有作為三基色的紅綠藍三色塗料，通過使用三料筒內不同比例的三色塗料進行混合可得到噴塗圖案中包含的所有顏色，其中，所述預混裝置與控制中心控制連線，在待噴塗圖案位置和大小確定後，即可確定待噴塗圖案所覆蓋的各位置點的坐標，基於此設定各位置點的噴塗特性數據，由於噴塗軌跡的定位坐標與待噴塗圖案所覆蓋的各位置點存在對應關係，因而獲得噴塗軌跡的各定位坐標所對應的噴塗特性數據。
《一種基於無人機的外牆噴塗列印系統及其噴塗方法》系統所用塗料具有黏性大，固化快的特點，同時又具有不易堵塞噴嘴的特性。
所述塗料由以下質量份數的組分組成：水25-35份、分散劑0.3-0.6份、AMP950.1-0.3份、流平劑0.3-0.5份、濕潤劑0.1-0.3份、內外牆噴塗列印塗料用乳液40-50份、環保型低VOC成膜助劑1-3份、金紅石鈦白粉20-30份、重鈣粉（400目）10-20份、羥乙基纖維素（HBR250）0.2-0.4份、PEG（400）2-4份、消泡劑0.1-0.3份。
S3、控制無人機按照噴塗軌跡各定位坐標依次飛至待噴塗區域的各相應位置，調用各定位坐標所對應的噴塗特性數據並依此控制噴嘴噴塗塗料，完成圖案噴塗。
進一步地，所述無人機上設定有雷射測距裝置，通過雷射測距裝置的實時測量數據來反饋控制無人機在飛行過程中始終與外牆牆面保持預定間隔距離。該發明系統中由於採用無人機對外牆直接噴塗圖案，因此所使用的塗料為特製塗料，噴嘴與無人機之間的距離也必須嚴格控制才能確保噴塗質量。無人機通過雷射測距裝置在飛行過程中始終通過距離測量使無人機與牆面之間距離保持在預定範圍內。
上述步驟具體為：
S31、將噴塗軌跡各定位坐標作為控制數據控制無人機依次飛行至依次飛至待噴塗區域的預定位置；
S32、查找當前無人機所在的定位坐標對應的噴塗特性數據，控制中心調用該定位坐標所對應的噴塗特性數據，並基於數據控制預混裝置按比例混合三基色塗料得到所需顏色塗料，然後按照噴塗特性數據控制噴嘴噴塗塗料，最終完成圖案噴塗。
另外，所述無人機上設定有溫濕度探測裝置，所述噴塗軌跡上的各定位坐標的噴塗特性數據基於溫濕度探測裝置的實時探測數據進行更改。即各定位坐標所對應的噴塗特性數據並非一成不變，由於巨幅牆體廣告作業空間大，作業時間久，環境因素對塗料及系統作業影響較大，通過無人機上設定的溫濕度探測裝置實施探測作業環境溫濕度數據，基於該溫濕度數據，控制中心反饋調節塗料配置，即通過預混裝置（配置有助劑添加單元）通過改變塗料的助劑及溶劑的添加比例來調節塗料粘性、固化特性，以使塗料適應作業環境的變化，從而使噴塗作業順利完成。
該發明提供一種基於無人機的外牆噴塗列印系統，如圖1所示，所述系統包括無人機100及控制無人機的控制中心200，所述控制中心包括：
測繪模組210：用於控制無人機沿外牆牆體邊沿飛行並根據無人機飛行軌跡測量繪製待噴塗區域；
計算模組220：用於利用測繪得到的待噴塗區域計算待噴塗圖案在待噴塗區域上的噴塗軌跡，獲取噴塗軌跡上各定位坐標，並基於噴塗圖案建立各定位坐標與噴塗特性數據的對應關係；
執行模組230：用於控制無人機按照噴塗軌跡各定位坐標依次飛至待噴塗區域的各相應位置，調用各定位坐標所對應的噴塗特性數據並依此控制噴嘴噴塗塗料，完成圖案噴塗。
榮譽表彰
2020年7月14日，《一種基於無人機的外牆噴塗列印系統及其噴塗方法》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
