一种破损纸张自动修复机器人及其修复控制方法与流程

本发明涉及古籍修复，具体是一种破损纸张自动修复机器人及其修复控制方法。

背景技术：

1、由于古代保存条件影响，绝大部分古籍都出现了不同程度的破损情况，虫蛀、酸化、腐蚀、水渍、火烧是常见的破损原因，古籍修复是文物产业的重要环节。在古籍修复作业中,往往要依靠经验丰富的古籍修复师对纸张进行鉴定、确定修复方案、以传统的方式实施修复作业，然而对价值不菲的古籍来说，任何一步都在考验着古籍修复人员的技术和耐心，工作效率低，修复周期往往以月计，而且对修复人员的腰椎、脊椎等也有不小的负担，同时我国专业古籍修复师人才缺口较大，培养周期长，难以满足我国古籍保护工作需要。当前计算机视觉技术，ai技术和自动化技术的快速迭代更新，更需要将当前科技发展带来的新技术运用到古籍修复行业，为中国文化传承做出更多贡献。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种破损纸张自动修复机器人及其修复控制方法，实现对破损纸张破损区域的自动修复。

2、本发明的技术方案为：

3、一种破损纸张自动修复机器人，包括有工作台，设置于工作台上的破损纸张固定平台、修补纸切割平台、移动式激光切割机构和移动式涂胶修补机构；所述的移动式激光切割机构和移动式涂胶修补机构均包括有固定于工作台上的移动机构，移动式激光切割机构还包括有固定于对应移动机构上的激光切割装置，移动式涂胶修补机构还包括有固定于对应移动机构上的涂胶装置、吸附定位装置和图像采集模组。

4、所述的破损纸张固定平台和修补纸切割平台均包括有真空吸附板和漩涡风机，破损纸张固定平台和修补纸切割平台的真空吸附板并排固定于工作台的顶端台面上，破损纸张固定平台和修补纸切割平台的漩涡风机均固定于工作台下方的支架上，破损纸张固定平台和修补纸切割平台的真空吸附板上均开设有多个均匀覆盖于真空吸附板上且上下贯通的开孔，真空吸附板上多个开孔的底端均通过气管与对应漩涡风机的负压侧连接。

5、所述的工作台下方的支架上设置有控制器，所述的破损纸张固定平台和修补纸切割平台的漩涡风机、移动式激光切割机构和移动式涂胶修补机构的移动机构、激光切割装置、涂胶装置和吸附定位装置的驱动机构、以及图像采集模组均与控制器连接，控制器通过远程通讯模块与上位机无线通讯连接。

6、所述的移动式激光切割机构和移动式涂胶修补机构的移动机构均选用h型xy两轴直线滑台模组，h型xy两轴直线滑台模组包括有两个x轴直线滑台模组和连接于两个x轴直线滑台模组x轴滑块之间的y轴直线滑台模组，所述的移动式激光切割机构的两个x轴直线滑台模组和移动式涂胶修补机构的两个x轴直线滑台模组上下一一对应且相互平行，破损纸张固定平台和修补纸切割平台均位于移动式涂胶修补机构的两个x轴直线滑台模组之间，且修补纸切割平台位于移动式激光切割机构的两个x轴直线滑台模组之间，移动式激光切割机构的y轴直线滑台模组和移动式涂胶修补机构的y轴直线滑台模组相互平行，所述的激光切割装置固定于移动式激光切割机构y轴直线滑台模组的y轴滑块上，所述的涂胶装置和吸附定位装置均固定于移动式涂胶修补机构y轴直线滑台模组的y轴滑块上。

7、所述的工作台上设置有两个相互平行的x轴支架，移动式涂胶修补机构的两个x轴直线滑台模组分别固定于两个x轴支架的顶端，移动式激光切割机构的两个x轴直线滑台模组分别固定于两个x轴支架的中部。

8、所述的移动式激光切割机构y轴直线滑台模组的y轴滑块上固定连接有激光切割安装板，激光切割安装板上设置有切割升降滑台，所述的激光切割装置固定连接于切割升降滑台的升降滑块上；所述的移动式涂胶修补机构y轴直线滑台模组的y轴滑块上固定有倒u型安装板，倒u型安装板两个竖直部分的外侧壁上分别固定有涂胶装置和吸附定位装置，倒u型安装板的水平部分上固定有图像采集模组。

9、所述的涂胶装置包括有胶液容器、起泡器、涂胶升降滑台和涂胶喷头，胶液容器、起泡器和涂胶升降滑台均固定于倒u型安装板上，涂胶喷头连接于涂胶升降滑台的升降滑块上，胶液容器的出口通过连接管与起泡器的进口连接，起泡器的泡沫出口通过柔性连接管与涂胶喷头顶端的进口连接，涂胶喷头的出口竖直向下延伸。

10、所述的吸附定位装置包括有吸盘升降滑台、压板升降滑台、真空吸盘和弹簧压板，吸盘升降滑台和压板升降滑台并排固定于倒u型安装板上，真空吸盘固定连接于吸盘升降滑台的升降滑块上，弹簧压板固定连接于压板升降滑台的升降滑块上，工作台下方的支架上设置有真空泵，真空吸盘通过抽真空管与真空泵连接。

11、所述的图像采集模组包括有固定于倒u型安装板水平部分上的摄像头支撑架、固定于摄像头支撑架顶端上的摄像头安装座、以及固定于摄像头安装座上的摄像头和光源，摄像头和光源均朝向工作台。

12、一种破损纸张自动修复机器人的修复控制方法，具体包括有以下步骤：

13、(1)、首先将修补纸置于修补纸切割平台上，并采用负压吸附功能将修补纸定位于修补纸切割平台上上，避免其移动影响后续切割效果；然后将待修复破损纸张置于破损纸张固定平台上，同样采用负压吸附功能将待修复破损纸张定位于破损纸张固定平台上，避免其移动；

14、(2)、控制器内置有破损纸张固定平台的平面坐标系和修补纸切割平台的平面坐标系，图像采集模组采集破损纸张固定平台上待修复破损纸张的破损图像，控制器根据破损图像得出破损纸张破损轮廓位于破损纸张固定平台上的闭合线条坐标；

15、(3)、控制器根据破损纸张破损轮廓的闭合线条坐标计算得到修补纸的切割形状和面积，然后驱动移动式激光切割机构的移动机构带动激光切割装置切割修补纸切割平台上的修补纸，使得切割后的修补纸与破损纸张的破损区域相对应，控制器同时记录修补纸切割轮廓位于修补纸切割平台上的闭合线条坐标，并生成吸附定位坐标；

16、(4)、控制器根据破损纸张破损轮廓的闭合线条坐标生成涂胶轮廓坐标，控制器驱动移动式涂胶修补机构的移动机构根据涂胶轮廓坐标带动涂胶装置进行移动，将泡沫膏状的胶液均匀涂覆于破损纸张破损区域外周的顶面上；

17、(5)、激光切割装置切割完成、且涂胶装置涂胶完成后，控制器驱动移动式涂胶修补机构的移动机构带动吸附定位装置移动至修补纸切割平台的吸附定位坐标处，下移并采用负压吸附修补纸，再根据破损纸张破损轮廓的闭合线条坐标将修补纸移动至破损纸张的破损区域处，使得修补纸完全覆盖破损纸张的破损区域，而后吸附定位装置下移并解除负压，修补纸吸附于待修复破损纸张上，最后控制器驱动吸附定位装置沿涂胶轮廓坐标按压修补纸，使得修补纸紧密粘接于破损纸张上，从而完成破损纸张的修复作业。

18、本发明的优点：

19、(1)、本发明能自动化实现修补纸切割、沿破损纸张破损区域的边缘轮廓涂抹泡沫胶液、将修补纸转移到破损纸张的破损区域上、沿涂胶轮廓按压修补纸进行粘接定位等常规修补工作，无需修复师人为进行纸张修复，修复快速，修复效果好。

20、(2)、本发明设置有控制器和图像采集模组，控制器可通过图像采集模组采集破损纸张破损区域的位置和图像，自动化制定修补方案，自动完成破损纸张的修补作业；控制器还可通过远程通讯模块与上位机无线通讯连接，工作人员可通过上位机了解破损纸张破损区域的情况，并可通过图像采集模组实时观测本发明的修补过程，实现远程修复监控的目的。

21、(3)、本发明的涂胶装置是将胶液转化成细腻的泡沫膏体并均匀涂抹到破损纸张的破损边缘处，泡沫膏体的胶液降低了胶液的流动性，且具有良好的空间稳定性，便于定点区域附着，保证粘接稳固，提高修复的质量。

22、(4)、本发明吸附定位装置的真空吸盘方便将切割后的修补纸移动至破损位置处，弹簧压板仿真人手按压方式，且通过边缘按压，保证边缘按压力的一致性和均匀性，提高了修补纸粘接的稳固性。