实木家具智能油漆工作台的研究

栾玉静

（德州职业技术学院 山东省德州市 253034）

1 概述

1.1 背景概述

随着生活质量要求的不断提升，实木家具受到越来越多的人们的喜爱。近年来还衍生出了新的行业——家具美容业。除此之外，家具爱好者的数量也在逐年增多。

随着实木家具的发展，油漆工“一匠难求”的现象屡见不鲜。另外，家具的上漆配色也是一大难题，怎样减小配色色差也是衡量一个油漆工技术水平的标准之一。

再有，目前人工家具上漆工作效率低，不利于工厂大批量生产。基于以上市场痛点我们研发实木家具智能油漆工作台。

1.2 主要研究内容

（1）研究图像识别算法，解决油漆工调色难，色差不稳定的问题。

（2）研究蓝牙通讯技术，解决系统的稳定性与安全性不高的问题。

（3）研究调色系统与气动系统的连接与控制，实现自动喷漆方案的形成。

2 研究介绍

2.1 工作过程

工作过程如图1 所示。首先准备好需要喷漆的物品，启动设备，设备上智能识别系统识别色度、家具外形结构。经过分析色彩组成、三维逆向建模。使用自主设计的算法计算出最佳的喷漆方案（包括色度，用漆量等），如图2。在通过配色系统自动配色后喷漆。最后，识别已喷漆物品色度是否符合要求，判断是否需要二次喷漆，直到色彩符合要求为止。

2.2 系统设计

2.2.1 机械部分

框架：采用的是多功能型铝合金型材拼接而成。保证了设备的美观，结构紧凑结实耐用

料罐：设计在设备内部，使得前后配重相同，距离喷口近可节省管材。上口为收口式设计，不易将家具漆洒出，还可以保证良好的通气和灌装家具漆漆。

喷涂装置：采用气压式喷涂结构。

2.2.2 电气部分

主控系统：选用Raspberry Pi 4 来控制。可以根据实木家具的喷漆要求对智能识别模块、自动混色系统及气动系统进行控制。

气动系统：选用220v-1B-35L，该型号气泵具有便捷，稳定，安全等特点，流量大和体积小的特点很适合本设备。

图1：工作过程

图2：智能配色方案

图3：主要结构组成

自动混色系统：选用JJ-1 型搅拌机辅以气动系统控制调色，该型号搅拌机具有启动稳定，效率高，寿命长等优点

智能识别模块：采用GY33 颜色传感器和蓝牙装置，且有三种控制模式可精准识别颜色数据。

供电模块：主要给各系统供电模块，供各系统正常工作，如图3。

表1：色度差对比

图4：程序流程图

2.3 软件设计

根据施工过程优化控制流程，达到最优效率。

2.3.1 Raspberry Pi 4 与蓝牙通讯程序设计

通过Raspberry Pi 4 UART 串口通讯技术将数据发送至蓝牙模块，蓝牙模块通过BLETooch4.1 通讯协议将数据发送到颜色识别系统控制颜色识别。

2.3.2 Raspberry Pi 4 控制液压系统程序设计

根据识别的自动完成，将参数整定为Raspberry Pi 4 信号输出，通过信号控制电磁阀通断，从而控制各种颜色油漆的用量。

2.3.3 Raspberry Pi 4 与颜色识别系统通讯程序设计

利用Raspberry Pi 4 与颜色识别模块通讯获得家具颜色的RGB数据，通讯过程采用加密协议，保障了链路层的安全性，软件流程图如图4。

2.4 可解决的市场痛点

（1）智能识别色度，智能配色可解决家具上漆调色难，好的油漆工一匠难求的问题。实现了有经验油漆工的技艺固话。

（2）生成智能喷漆方案，可解决解决工厂刷漆效率低、油漆有损身体健康的问题。

2.5 创新点

2.5.1 创新点1：自主设计的识别分析算法，生成智能喷漆方案

（1）图像识别算法的设计与各系统的协调。图像识别使用的基于TCS34725 芯片开发的GY33 模块，可以读取图像颜色数据传至MCU 处理，经过蓝牙模块透传到Raspberry Pi 4 进行颜色数据分离处理。Raspberry Pi 4 通过自主设计改良的算法，精准计算出各颜色用漆量，控制调色系统精准调色。经测试及测量，配色色度与有经验的油漆工无异，肉眼难以分辨，色度对比如表1。

（2）蓝牙通讯加密协议的处理。蓝牙通讯我们未使用目前通用的Bluetooth4.0 协议。Bluetooth 协议易被攻破，数据容易别篡改、窃取。我们使用了安全性更高的稳定性更好的CAI 协议，并根据设备需要进行了修改，实现多台设备可各自分离管理，互不影响，一机一通道。保证了数据传输稳定性的同时加强了安全性。

（3）调色系统与气动系统的连接与控制。我们尝试了调色系统与气动系统的多种连接方法，经测试，我们选用了结构最精简、效率最稳定的“赛风式结构”。此结构借鉴了赛风壶的原理，能够精确的控制用漆量，并且结构精简，效率稳定，是理想的结构。

2.5.2 创新点2：基于大数据分析的智能喷涂生产工艺管理系统

对于实木家具生产企业，本设备可以智能识别首批家具外形后系统三维建模，生成工艺数据，后续批次家具可实现自动喷涂。

3 市场定位及进度

3.1 市场定位

实木家具智能油漆工作台现已基本完成，我们具有理论与实践的双重验证。本设备是一系列的设备，针对手工爱好者我们设计了便携式，针对家具美容业我们有实用型，针对家具生产企业我们有生产型。总之，我们智慧赋能实木家具产业，让该行业更多彩。

3.2 项目进度

目前本设备已完成产品的研发阶段，手工样品制作阶段、产品的验证阶段，正在进行产品的生产推广阶段。

4 结束语

经过实际的市场调研，一名工人刷漆效率约5-8 件/天，劳动强度大，近距离接触未固化家具漆会对身体会造成一定的伤害。本设备实际喷涂效果与人工喷涂效果无明显差异，按8 小时工作制，机器的喷漆效率约20-30 件/天，是目前纯人工刷漆效率的4-6 倍。另外，该设备一键启动、多种操作模式，但成本低廉。现场试用过程中，施工者无论知识水平高低都可短时间上手操作，颇受施工方好评，且迫切要求该设备上市。由此可见，其经济效益良好，应用价值高。