本发明属于机器人技术领域，更具体地，涉及一种具有示教作用的喷涂机器人、喷涂方法和喷涂装置。
背景技术：
随着科技的发展，机器人技术的应用不断地被拓展。户外运动如篮球、羽毛球都是热门的运动，由于诸多外力因素，户外的篮球场或羽毛球场的实线随时间推移发生了模糊程度变大的情况，目前的场线修复主要采用纯手工涂装或非自动的机械涂装方式，非自动的机械涂装方式虽比纯手工涂装的效率高、精度好，但相对于采用机器人自动涂装的方式，前二者均表现为耗费更多的人力、耗时长、效率低，精度低。
因此，开发一种效率高、精度好、人力成本小的自动涂装的机器人具有重要的研究意义和应用价值。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中非自动的机械涂装方式需耗费更多的人力、耗时长、效率低，精度低的缺陷与不足，提供一种具有示教作用的喷涂机器人。本发明提供的喷涂机器人可自动喷涂，效率高，精度好，大大降低了人力成本，可广泛推广应用于基础设施的维护。
本发明的另一目的在于提供一种具有示教作用的喷涂机器人的喷涂方法。
本发明的另一目的在于提供一种具有示教作用的喷涂机器人的喷涂装置。
为实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有示教作用的喷涂机器人，包括载板，所述载板上设置有车轮、用于驱动所述车轮运动的第一电机、漆水储存器、与所述漆水储存器相连通的喷嘴、摄像头、用于驱动所述摄像头旋转的第二电机和平衡车主板，所述喷嘴的出漆口竖直向下，所述摄像头设置于所述喷嘴的前侧，且所述摄像头光轴方向竖直向下；所述平衡车主板上设置有第一陀螺仪，所述第一陀螺仪、平衡车主板和第一电机依次通讯连接；所述摄像头上设置有第二陀螺仪，所述第二陀螺仪、平衡车主板和第二电机依次通讯连接；所述漆水储存器和喷嘴之间设置有阀门和用于驱动所述阀门开闭的第三电机，所述第三电机和平衡车主板通讯连接。
本发明提供了一种可自动喷涂的机器人，以平衡车主板为控制的中心，利用第一电机驱动车轮运动及控制其运动速度和方向；通过第一陀螺仪可测定喷涂机器人的平衡状态（如小车的倾角和倾角速度），并利用第一电机控制小车车轮的加速度来消除小车的倾角，使机器人能平稳运行；通过第二陀螺仪测量摄像机的倾角和倾角速度，并利用第二电机的加速度来消除摄像头的倾角，从而平稳的拍摄白实线的图像信息，并基于图像处理技术，使得喷涂机器人的喷涂轨迹中线与白实线的中线一致，保证喷涂的精确度；另外利用第三电机自动控制阀门的开闭实现以自动喷涂。
优选地，所述载板上还设置有测距模块，所述测距模块、平衡车主板和第一电机依次通讯连接。
测距模块的设置可测定喷涂机器人周围，尤其是喷涂方向的障碍物信息，并及时反馈给机器人做出避障动作，保护电机和喷嘴不被撞坏。
优选地，所述测距模块通过测距模块固定件固定设置于所述第一电机上。
优选地，所述测距模块为激光测距模块。
优选地，所述平衡车主板上还设置有蜂鸣器。
蜂鸣器的设置可对异常信息，如障碍物信息发出警报。
优选地，所述第一电机为直流电机；所述第一电机设置在电机固定件上，所述电机固定件固定设置于所述载板的下方。
优选地，所述车轮套设在带轴的法兰上，所述法兰和所述第一电机通过联轴器固定连接。
优选地，所述车轮的数量为2个。
两轮运动平台的设计，使得机器人执行任务时，比常规的四轮机器人更加灵活。
优选地，所述第二电机为云台电机，所述第二电机设置在云台电机座上，所述云台电机座固定设置在所述载板的下方，所述摄像头设置在相机座上，所述云台电机座和所述相机座通过云台电机卡件固定连接。
优选地，所述平衡车主板上还设置有能够与移动端连接的蓝牙模块。
通过蓝牙模块可实现手动控制机器人与维护调试机器人。
优选地，所述阀门为球阀，所述阀门通过阀门锁紧件固定设置在所述载板上。
优选地，所述第三电机为步进电机。
更为优选地，所述第三电机为42步进电机。
优选地，所述平衡车主板为stm32平衡车主板。
本发明还提供一种具有示教作用的喷涂机器人的喷涂方法，所述方法包括：
s1：获取球场白实线平衡状态下的图像信息后，对图像信息进行处理得到白实线的中线的坐标，并发射中线的坐标信号；
s2：根据中线的坐标信号获取喷涂机器人的喷涂轨迹偏离信息，然后发射是否调整喷涂机器人的喷涂轨迹的信号；
s3：根据是否调整喷涂机器人的喷涂轨迹的信号，对喷涂机器人的喷涂轨迹进行调整，并发射喷涂机器人的喷涂轨迹正常的信号；
s4：根据喷涂机器人的喷涂轨迹正常的信号进行喷涂。
本发明提供的喷涂方法，通过待喷涂的白实线的中线的坐标和喷涂轨迹的中线的坐标对比，可判断喷涂轨迹是否准确及调整方向，从而使得喷涂机器人沿着白实线的中线进行喷涂，喷涂精度高。
优选地，s1中获取球场白实线平衡状态下的图像信息的过程如下：
s101：获取喷涂机器人的倾角信息，然后发射是否调整机器人的平衡状态的信号；
s102：根据是否对喷涂机器人的平衡状态进行调整的信号，对喷涂机器人的平衡状态进行调整，并发射喷涂机器人处于平衡状态的信号；
s103：根据喷涂机器人处于平衡状态的信号，获取喷涂机器人的图像获取模块的倾角信息，然后发射是否对喷涂机器人的图像获取模块的倾角进行调整的信号；
s104：根据是否对喷涂机器人的图像获取模块的倾角进行调整的信号，对喷涂机器人的图像获取模块的倾角进行调整，并发射喷涂机器人的图像获取模块的倾角平衡的信号；
s105：根据图像获取模块的倾角平衡的信号，拍摄球场白实线的图像信息即得球场白实线平衡状态下的图像信息。
在喷涂机器人和其上的图像获取模块处于平衡状态时，拍摄得到的白实线的图像信息为平衡状态下的图像信息，与实际状况一致。
优选地，s1中对图像信息进行处理的过程为：通过预设阈值分割算法得只含白实线的图像；通过预设过滤和筛选算法得白实线外缘的两条互相平行的长直线；通过预设坐标算法得到两条互相平行的长直线的中线的绝对坐标和相对坐标。
此处的相对坐标是指相对于某一定点（原点）的坐标，如相对于摄像头光轴中线与地面的交点的坐标。
通过对比白实线的中线的坐标与喷涂轨迹坐标可得知喷涂机器人的喷涂轨迹是否与白实线的中线相偏离，从而对喷涂轨迹进行调整。
应当理解的是，在平衡状态下，摄像头光轴的坐标与瞬时喷涂轨迹的坐标是固定的，根据摄像头光轴坐标与白实线的中线坐标之间的关系，通过坐标换算关系可得到瞬时喷涂轨迹与白实线的中线坐标之间的关系，进而判断是否偏离。当然，在平衡状态下，如果控制摄像头的固定位置，可使得摄像头的光轴的移动轨迹与喷涂机器人的喷涂轨迹为同一条直线，此时不需要进行坐标换算即可直接得出喷涂轨迹与白实线的中线坐标是否相偏离。
优选地，s1中对图像信息进行处理的过程为：
s106：通过预设阈值分割算法得只含白实线的图像；通过预设边缘检测算法得白实线边缘的外轮廓线，并获取每线条的端点坐标值；通过预设算法或勾股定理判断得到外轮廓线的相对状态为平行、垂直或成90°拐角，并对白实线末端的直角短线度进行剔除。
或者对图像信息进行处理处理的过程为：
s107：通过预设阈值分割算法得只含白实线的图像；通过预设边缘检测算法得白实线边缘的外轮廓线，并获取每线条的端点坐标值；通过预设算法或勾股定理判断得到外轮廓线的相对状态为平行、垂直或成90°拐角，并对白实线末端的直角短线度进行剔除，得到两条互相平行的长直线的中线的绝对坐标和相对坐标。
优选地，所述s1步骤前还包括步骤s0：
s001：获取障碍物信息，并根据障碍物信息发出是否调整喷涂机器人的运动方向信号；
s002：根据是否调整喷涂机器人的运动方向信号，对喷涂机器人的运动方向进行调整，并发射喷涂机器人的运动方向准确的信号。
优选地，步骤s0中还包括根据障碍物信息发出警报的信号。
优选地，所述喷涂机器人还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块用于接收移动端发送的指令，并发出指示信号。
本发明还提供一种具有示教作用的喷涂机器人的喷涂装置，包括：
图像信息采集和分析模块：用于获取球场白实线平衡状态下的图像信息，对图像信息进行处理得到白实线的中线的坐标，并发射中线的坐标信号；
喷涂轨迹分析模块：用于获取喷涂机器人的喷涂轨迹偏离信息，然后发射是否调整喷涂机器人的喷涂轨迹的信号；
喷涂轨道调节模块：用于对喷涂机器人的喷涂轨迹进行调整，并发射喷涂机器人的喷涂轨迹正常的信号；
喷涂模块：用于喷涂。
优选地，所述图像信息采集和分析模块还包括：
倾角信息采集单元：用于获取喷涂机器人的倾角信息，然后发射是否调整机器人的平衡状态的信号；用于获取喷涂机器人的图像获取模块的倾角信息，然后发射是否对喷涂机器人的图像获取模块的倾角进行调整的信号。
平衡状态和倾角调整单元：用于对喷涂机器人的平衡状态进行调整，并发射喷涂机器人处于平衡状态的信号；用于对喷涂机器人的图像获取模块的倾角进行调整，并发射喷涂机器人的图像获取模块的倾角平衡的信号。
优选地，所述喷涂装置还包括：
障碍物信息采集模块：用于获取障碍物信息，并根据障碍物信息发出是否调整喷涂机器人的运动方向信号；
运动方向调整模块：用于对喷涂机器人的运动方向进行调整。
更为优选地，所述障碍物信息采集模块还包括警报提醒单元，用于发出警报的信号。
优选地，所述喷涂装置还包括蓝牙模块，用于接收移动端发送的指令，并发出指示信号。
此处的指示信号可以为喷涂装置可识别的各类信号，如是否调整机器人的平衡状态的信号、喷涂机器人处于平衡状态的信号、是否对喷涂机器人的图像获取模块的倾角进行调整的信号、喷涂机器人的图像获取模块的倾角平衡的信号等。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的具有示教作用的喷涂机器人以平衡车主板为控制中心，利用陀螺仪判定平衡状态，利用电机对喷涂机器人进行调整使其处于平衡状态；然后利用摄像机获得喷涂轨迹以指示喷涂机器人进行自动喷涂，效率高，精度好，大大降低了人力成本，可广泛推广应用于基础设施的维护。
附图说明
图1为实施例1提供的喷涂机器人的结构示意图；
图2为实施例1提供的喷涂机器人的另一结构示意图；
图3为实施例1提供的喷涂机器人的电性连接示意图；
图4~图6为实施例1提供的喷涂方法的流程图；
图7为实施例1提供的喷涂转置的结构框图；
其中：
1为载板，2为车轮，3为直流电机，4为漆水储存器，5为喷嘴，6为摄像头，7为云台电机，8为stm32平衡车主板，9为第一陀螺仪，10为第二陀螺仪，11为球阀，12为42步进电机，13为激光测距模块，14为测距模块固定件，15为蜂鸣器，16为电机固定件，17为带轴的法兰，18为联轴器，19为云台电机座，20为相机座，21为云台电机卡件；22为阀门锁紧件，23为蓝牙模块；
u1为stm32平衡车主板的引脚，u2为陀螺仪的引脚，u3-蜂鸣器的引脚，u4-蓝牙模块的引脚，u5为平衡车主板的驱动器的引脚。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图和具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
需要说明的是，当原件被称为“设置于”、“安设于”另一元件，它既可以直接在另一元件上，也可以存在居中的原件。当一个元件认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或可能同时存在居中元件。
实施例1
本实施例提供一种具有示教作用的喷涂机器人。如图1~2所示，该喷涂机器人包括载板1、对称设置有2个车轮2、直流电机3、漆水储存器4、喷嘴5、摄像头6、云台电机7和stm32平衡车主板8。stm32平衡车主板是机器人的数据处理中心与控制中心。
直流电机3设置在电机固定件16上，电机固定件16固定设置于载板的下方。车轮2套设在带轴的法兰17上，法兰17和第一电机3通过联轴器18固定连接。车轮2可在直流电机的驱动下运动。两轮运动平台的设计，使得机器人执行任务时，比常规的四轮机器人更加灵活。
漆水储存器4与喷嘴5相连通设计，且两者之间还设置有球阀11和用于驱动球阀11开闭的42步进电机，球阀11通过阀门锁紧件22固定设置在载板1上，42步进电机12用于驱动球阀11的开关的开闭；喷嘴5的出漆口竖直向下。
云台电机7设置在云台电机座19上，云台电机座19固定设置在载板1的下方，摄像头6设置在相机座20上，云台电机座19和相机座20通过云台电机卡件21固定连接。相机座20上设置有第二陀螺仪10。
摄像头6设置于喷嘴5的前侧，初始状态下即各部件经调试处于平衡状态喷涂机器人移动时摄像头6光轴的中线的移动方向与喷嘴5出口的中线移动方向一致。
载板1上还设置有激光测距模块13，激光测距模块13通过测距模块固定件14固定设置于直流电机3上。
平衡车主板8上还设置有第一陀螺9、蜂鸣器15和蓝牙模块23。
第一陀螺仪9、平衡车主板8和直流电机3依次通讯连接；第二陀螺仪10、平衡车主板8和云台电机7依次通讯连接；激光测距模块9、平衡车主板10和直流电机3依次通讯连接；第三电机12和平衡车主板8通讯连接。
上述部件电性连接的示意图如图3所示，陀螺仪的vcc、gnd、scl、sda、xoa、xcl、ado、int引脚与stm32平衡车主板对应的引脚电连接，通过陀螺仪测量小车的倾角和倾角速度控制小车车轮的加速度来消除小车的倾角；两个直流电机的排线与stm32平衡车主板的m1、m2接口电连接，由stm32核心处理器输出脉冲与方向信号，进一步通过电机驱动电路转换与输出实现机器人自平衡行走；42步进电机的两个绕组分别连接到驱动器的a+、a-、b+、b-接口，进一步的，驱动器的pul+、dir+分别与stm32平衡车主板的pb8和pc8连接，驱动器的pul-与dir-短接，再进一步连接到stm32平衡车主板的gnd接口；基于多传感器的信息采集，通过程序控制42步进电机，驱动球阀的开关的闭合度，控制流量；云台相机是一种舵机，其与stm32平衡车主板的舵机接口连接，由stm32平衡车主板输出脉冲信号及方向信号控制舵机旋转，实现调节openmv摄像头在水平方向；所述openmv摄像头的5v、txd、rxd、gnd接口分别与stm32平衡车主板5v、usart1_rx（pa10）、usart1_tx（pa9）、gnd接口电连接，openmv摄像头与stm32平衡车主板进行串口通信，openmv摄像头模块用于采集图像、图像处理与信息传递；激光测距模块的pwm接口与stm32平衡车主板的pa11（tim1_ch14）接口电连接，用于检测障碍物的距离信息；所述蓝牙模块的5v、gnd、txd、rxd与stm32平衡车主板的5v、gnd、rxd、txd电连接，在程序中该蓝牙透传占用串口2（usart2），所述蓝牙模块用于接收手机或pc发送的指令，实现手动控制机器人；蜂鸣器的信号（s）引脚与stm32平衡车主板的pa11电连接，当stm32平衡车主板输出低电平时，发出警报声。
本发明提供的具有示教作用的喷涂机器人以平衡车主板为控制中心，利用陀螺仪判定平衡状态，利用电机对喷涂机器人进行调整使其处于平衡状态；然后利用摄像机获得喷涂轨迹以指示喷涂机器人进行自动喷涂，效率高，精度好，大大降低了人力成本，可广泛推广应用于基础设施的维护。
实施例2
本实施例提供一种具有示教作用的喷涂机器人的自动喷涂方法，如图4~6所示，包括如下步骤：
s0：
s001：获取障碍物信息，并根据障碍物信息发出警报的信号和是否调整喷涂机器人的运动方向信号；
s002：根据是否调整喷涂机器人的运动方向信号，对喷涂机器人的运动方向进行调整，并发射喷涂机器人的运动方向准确的信号。
当然，人们可根据警报信号对障碍物进行消除。
s1：获取球场白实线平衡状态下的图像信息后，对图像信息进行处理得到白实线的中线的坐标，并发射中线的坐标信号；
其中，获取球场白实线平衡状态下的图像信息的过程如下：
s101：获取喷涂机器人的倾角信息，然后发射是否调整机器人的平衡状态的信号；
s102：根据是否对喷涂机器人的平衡状态进行调整的信号，对喷涂机器人的平衡状态进行调整，并发射喷涂机器人处于平衡状态的信号；
s103：根据喷涂机器人处于平衡状态的信号，获取喷涂机器人的图像获取模块的倾角信息，然后发射是否对喷涂机器人的图像获取模块的倾角进行调整的信号；
s104：根据是否对喷涂机器人的图像获取模块的倾角进行调整的信号，对喷涂机器人的图像获取模块的倾角进行调整，并发射喷涂机器人的图像获取模块的倾角平衡的信号；
s105：根据图像获取模块的倾角平衡的信号，拍摄球场白实线的图像信息即得球场白实线平衡状态下的图像信息。
对图像信息进行处理处理的过程为：
s106：通过预设阈值分割算法得只含白实线的图像；通过预设过滤和筛选算法得白实线外缘的两条互相平行的长直线；通过预设坐标算法得到两条互相平行的长直线的中线的绝对坐标和相对坐标。
或者对图像信息进行处理处理的过程为：
s107：通过预设阈值分割算法得只含白实线的图像；通过预设边缘检测算法得白实线边缘的外轮廓线，并获取每线条的端点坐标值；通过预设算法或勾股定理判断得到外轮廓线的相对状态为平行、垂直或成90°拐角，并对白实线末端的直角短线度进行剔除，得到两条互相平行的长直线的中线的绝对坐标和相对坐标。
s2：根据中线的坐标信号获取喷涂机器人的喷涂轨迹偏离信息，然后发射是否调整喷涂机器人的喷涂轨迹的信号；
s3：根据是否调整喷涂机器人的喷涂轨迹的信号，对喷涂机器人的喷涂轨迹进行调整，并发射喷涂机器人的喷涂轨迹正常的信号；
s4：根据喷涂机器人的喷涂轨迹正常的信号进行喷涂。
本发明提供的喷涂方法可实现自动喷涂，效率高，精度好，大大降低了人力成本，可广泛推广应用于基础设施的维护。
本实施例还提供一种自动和手动同时控制的喷涂方法，在该喷涂机器人上设置蓝牙模块，该蓝牙模块用于接收移动端发送的指令，并发出指示信号。s0~s4步骤中所发出的各类信号均可通过移动端发送，并经由该蓝牙模块接收后发出相对应的信号指令。
实施例3
本实施例提供一种具有示教作用的喷涂机器人的喷涂装置，如图7，包括：
运动方向调整模块：用于获取障碍物信息，并根据障碍物信息发出警报的信号和是否调整喷涂机器人的运动方向信号；根据是否调整喷涂机器人的运动方向信号，对喷涂机器人的运动方向进行调整。
图像信息采集和分析模块：包括倾角信息采集单元、平衡状态和倾角调整单元和图像信息采集和分析单元；
其中，倾角信息采集单元：用于获取喷涂机器人的倾角信息，然后发射是否调整机器人的平衡状态的信号；用于获取喷涂机器人的图像获取模块的倾角信息，然后发射是否对喷涂机器人的图像获取模块的倾角进行调整的信号。
平衡状态和倾角调整单元：用于对喷涂机器人的平衡状态进行调整，并发射喷涂机器人处于平衡状态的信号；用于对喷涂机器人的图像获取模块的倾角进行调整，并发射喷涂机器人的图像获取模块的倾角平衡的信号；
喷涂轨迹分析模块：用于获取喷涂机器人的喷涂轨迹偏离信息，然后发射是否调整喷涂机器人的喷涂轨迹的信号；
喷涂轨迹调节模块：用于对喷涂机器人的喷涂轨迹进行调整，并发射喷涂机器人的喷涂轨迹正常的信号；
喷涂模块：用于喷涂。
本发明提供的喷涂装置可实现自动喷涂，效率高，精度好，大大降低了人力成本，可广泛推广应用于基础设施的维护。