智能绘画装置的制作方法

本实用新型涉及绘画装置技术领域，具体涉及一种智能绘画装置。

背景技术：

对于广大机器人爱好者来说，应用六自由度机器人的末端执行器夹持笔在纸张上进行人脸的肖像漫画的绘制是一件非常有趣的工作。肖像漫画绘制机器人以标准的6DOF工业机器人为主体，计算机将摄像头拍摄到的观众的肖像进行处理后，通过矢量化算法和漫画处理算法将图像轨迹转化为机器人的运动指令，控制机器人把肖像特征用“笔”在图板上生动地描绘出来，并签名留念。实用新型这一机器人的目的是向公众特别是青少年展示人工智能、机器视觉和运动控制技术，在生动活泼的气氛中达到寓教于乐的效果。

专利CN1709659公开了一种肖像漫画绘制机器人，具体包括：钢制基座、腿、身体、左臂、头、CCD摄像头、控制器、计算机、绘画执行机构、画架和笔架，钢制基座通过腿和身体连接，身体设在腿上，在身体右侧设有绘画执行机构，在身体左侧设有左臂，绘画执行机构的末端与笔架相连，画架固定于钢制基座上，控制器的IO口与计算机的IO卡通过37针的标准接插件相连接，控制器的串口通过标准9针接插件和计算机相连，CCD摄像头固定于画架背面，CCD摄像头通过标准视频线和计算机相连。但是该肖像漫画绘制机器人结构复杂、制造成本高昂，同时由于绘制机器人与画板相互独立不利于绘画机器人在画板上的画笔定位，影响绘画效果，绘画耗时较长。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种智能绘画装置，该智能绘画装置结构简单、制造成本低，同时绘画耗时短，绘画效果好。

本实用新型实施例提供了一种智能绘画装置，包括：画架、摄像头、控制主机、水平滑轨、垂直滑轨、绘画组件以及与所述控制主机电连接的第一驱动件；所述画架包括用于固定画纸的画板、底架以及第一固定杆，所述第一固定杆安装在所述底架的背面，所述画板卡接在所述底架和所述第一固定杆之间；所述控制主机设置在所述底架上；所述摄像头设置在所述第一固定杆的顶端并与所述控制主机电连接；所述水平滑轨固定安装在所述底架上；所述绘画组件安装在所述垂直滑轨的顶端；所述垂直滑轨通过所述第一驱动件可滑动地连接于所述水平滑轨。

优选地，所述第一驱动件包括滑动安装座、皮带传动机构、分别与所述控制主机电连接的第一电机和第二电机；所述滑动安装座可滑动地连接于所述水平滑轨，所述垂直滑轨可滑动地连接于所述滑动安装座；所述第一电机、所述第二电机分别安装在所述水平滑轨的两端并通过所述皮带传动机构带动所述垂直滑轨沿所述水平滑轨定义的方向往复移动或沿垂直于所述水平滑轨的方向往复移动，以使得所述绘画组件跟随所述垂直滑轨移动。

优选地，所述皮带传动机构包括皮带、与所述第一电机连接的第一主动轮、与所述第二电机连接的第二主动轮、第一惰轮、第二惰轮、第三惰轮、第四惰轮以及第五惰轮；所述第一主动轮、所述第二主动轮分别固定设置在所述水平滑轨的两端；所述第一惰轮、所述第二惰轮、所述第三惰轮、所述第四惰轮固定设置在所述滑动安装座上；所述第五惰轮固定设置在所述垂直滑轨的底部；所述皮带的两端固定连接在所述垂直滑轨的顶部，且所述皮带依次绕过所述第一惰轮、所述第一主动轮、所述第二惰轮、所述第五惰轮、所述第三惰轮、所述第二主动轮以及所述第四惰轮，以使得所述皮带在所述第一主动轮、所述第二主动轮的驱动下带动所述垂直滑轨沿所述水平滑轨定义的方向往复移动或沿垂直于所述水平滑轨的方向往复移动，以使得所述绘画组件跟随所述垂直滑轨移动。

优选地，所述绘画组件包括与所述控制主机电连接的第二驱动件、夹持部以及夹持在所述夹持部的画笔，所述第二驱动件固定安装在所述垂直滑轨的顶部；所述夹持部通过所述第二驱动件可移动地连接于所述垂直滑轨。

优选地，所述第二驱动件包括转臂机构、与所述控制主机电连接的第三电机，所述转臂机构的第一端与所述第三电机连接，所述转臂机构的第二端与所述夹持部连接；所述夹持部通过所述转臂机构可移动地连接于所述垂直滑轨。

优选地，所述第二驱动件还包括底座、第一丝杆机构、第二丝杆机构，所述底座安装在所述垂直滑轨的顶端；所述第一丝杆机构、所述第二丝杆机构的丝杆轴分别沿所述画笔的轴线方向固定连接于所述底座上；所述夹持部分别固定连接于所述第一丝杆机构、所述第二丝杆机构的丝杆套上，以使得所述夹持部在所述转臂机构的驱动下沿所述第一丝杆机构的轴线方向。

优选地，所述夹持部包括移动底板、夹持台，所述移动底板分别与所述转臂机构的第二端，所述第一丝杆机构的丝杆套、所述第二丝杆机构的丝杆套固定连接；所述夹持台固定安装在所述移动底板上；其中，所述夹持台具有第一夹持臂、第二夹持臂以及第三夹持臂，所述第一夹持臂、所述第二夹持臂分别位于所述夹持台的两端，所述第一夹持臂设有第一凹槽；所述第二夹持部设有第二凹槽；所述第三夹持臂位于所述夹持台的侧面，所述第三夹持臂的末端设有螺孔以及贯穿所述螺孔的螺钉；所述画笔放置在所述第一凹槽和第二凹槽上，所述螺钉紧压或脱离所述画笔。

优选地，所述智能绘画装置还包括电源模块，所述电源模块设置在所述底架上并与所述控制主机电连接。

优选地，所述第一凹槽、所述第二凹槽均为V型凹槽。

优选地，所述移动底板通过扎带与所述第一丝杆机构的丝杆套、所述第二丝杆机构的丝杆套固定连接。

相对于现有技术，本实用新型实施例提供的一种智能绘画装置的有益效果在于：该智能绘画装置，包括：画架、摄像头、控制主机、水平滑轨、垂直滑轨、绘画组件以及与所述控制主机电连接的第一驱动件；所述画架包括用于固定画纸的画板、底架以及第一固定杆，所述第一固定杆安装在所述底架的背面，所述画板卡接在所述底架和所述第一固定杆之间；所述控制主机设置在所述底架上；所述摄像头设置在所述第一固定杆的顶端并与所述控制主机电连接；所述水平滑轨固定安装在所述底架上；所述绘画组件安装在所述垂直滑轨的顶端；所述垂直滑轨通过所述第一驱动件可滑动地连接于所述水平滑轨。该智能绘画装置结构简单、制造成本低，同时绘画耗时短，绘画效果好。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种智能绘画装置的结构图；

图2是图1所述智能绘画装置的局部结构示意图；

图3是图1所述智能绘画装置中皮带传动机构的示意图；

图4是图1中所述智能绘画装置中绘画组件的局部侧视图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1至4，其中，图1是本实用新型实施例提供的一种智能绘画装置的结构示意图；图2是图1所述智能绘画装置的局部结构示意图；图3是图1所述智能绘画装置中皮带传动机构的示意图；图4是图1中所述智能绘画装置中绘画组件的局部侧视图。

所述智能绘画装置，包括：画架1、摄像头2、控制主机3、水平滑轨4、垂直滑轨5、绘画组件6以及与所述控制主机3电连接的第一驱动件7；所述画架1包括用于固定画纸的画板11、底架12以及第一固定杆13，所述第一固定杆13安装在所述底架12的背面，所述画板11卡接在所述底架12和所述第一固定杆13之间；所述控制主机3设置在所述底架12上；所述摄像头2设置在所述第一固定杆13的顶端并与所述控制主机3电连接；所述水平滑轨4固定安装在所述底架12上；所述绘画组件6安装在所述垂直滑轨5的顶端；所述垂直滑轨5通过所述第一驱动件7可滑动地连接于所述水平滑轨4。

该智能绘画装置通过摄像头2拍摄当前绘画实物图像，控制主机3对实物图像进行预处理、特征提取后，通过第一驱动件7控制绘画组件6在画板11上移动并进行绘画操作；摄像头2模拟绘画者眼睛，实现人工绘画观看实物的步骤；控制主机3模拟绘画者大脑，实现绘画者对实物整体特征结构分布分析确定的步骤；由水平滑轨4、垂直滑轨5、绘画组件6组合形成一机械臂，模拟绘画者的手，实现绘画者在固定在画板11的白纸绘画的步骤。该智能绘画装置打破了人工绘画装置的传统设计理念，在画板、画架组合的基础上，结合摄像头、控制主机(即PC机终端)、机械臂的硬件设备，构成了一款功能强大的智能绘画装置，该智能绘画装置结构简单、制造成本低；同时由于机械臂结构与画架、画板安装在一起，可以有效提高画笔在画板的定位效率和准确性，降低绘画时长，绘画效果好。

此外上述智能绘画装置，保留了绘画者观看实物绘画的传统写生模式，模拟了人工大脑确定实物整体特征的结构分布，模拟了人工手臂绘画，从而得出独一无二的作品。由于绘画过程机械化，无需过多的人工干预，不但大幅度地缩短了绘画总耗时，而且减少了绘画者技能培训以及劳动力付出的成本。

进一步地，所述摄像头2位于所述画板11的正上方；所述摄像头2采用CCD摄像头。画板11主要是为绘画过程提供一个平稳的工作平台。绘画时，在画板11摆放文件夹垫板，通过其弹簧夹，固定绘画纸张位置。

进一步地，所述画架1还包括画架底座14，所述画架底座14安装在所述底架12底部，所述控制主机3放置在所述画架底座14上。

在一种可选的实施例中，所述第一驱动件包括滑动安装座71、皮带传动机构72、分别与所述控制主机3电连接的第一电机73和第二电机74；所述滑动安装座71可滑动地连接于所述水平滑轨4，所述垂直滑轨5可滑动地连接于所述滑动安装座71；所述第一电机73、所述第二电机74分别安装在所述水平滑轨4的两端并通过所述皮带传动机构72带动所述垂直滑轨5沿所述水平滑轨4定义的方向往复移动或沿垂直于所述水平滑轨4的方向往复移动，从而带动所述绘画组件6跟随所述垂直滑轨5移动。

在一种可选的实施例中，所述皮带传动机构包括皮带721、与所述第一电机73连接的第一主动轮722、与所述第二电机74连接的第二主动轮723、第一惰轮724、第二惰轮725、第三惰轮726、第四惰轮727以及第五惰轮728；所述第一主动轮722、所述第二主动轮723分别固定设置在所述水平滑轨的两端；所述第一惰轮724、所述第二惰轮725、所述第三惰轮726、所述第四惰轮727固定设置在所述滑动安装座上；所述第五惰轮728固定设置在所述垂直滑轨的底部；所述皮带721的两端固定连接在所述垂直滑轨的顶部，且所述皮带依次绕过所述第一惰轮723、所述第一主动轮722、所述第二惰轮725、所述第五惰轮728、所述第三惰轮726、所述第二主动轮723以及所述第四惰轮727，以使得所述皮带721在所述第一主动轮722、所述第二主动轮723的驱动下带动所述垂直滑轨沿所述水平滑轨定义的方向往复移动或沿垂直于所述水平滑轨的方向往复移动，从而带动所述绘画组件跟随所述垂直滑轨移动。

在本实施例中，第一主动轮722、所述第二电机74、第五惰轮728分别设置在皮带72的内侧，第一惰轮724、第二惰轮725、第三惰轮726、第四惰轮727分别设置在皮带72的外侧。在其中一种实施方式中，第一主动轮722、所述第二电机74通过与皮带72之间的摩擦力带动皮带72运动；在另一种实施方式中，皮带72内侧设有第一啮合结构，第一主动轮722、所述第二电机74上分别设有第二啮合结构、第三啮合结构，所述第一啮合结构分别与所述第二啮合结构、所述第二啮合结构啮合，第一主动轮722、所述第二电机74通过所述第一啮合结构、所述第二啮合结构、所述第二啮合结构带动皮带72运动。

在一种可选的实施例中，所述绘画组件包括与所述控制主机电连接的第二驱动件(图中未示出)、夹持部61以及夹持在所述夹持部61的画笔62，所述第二驱动件固定安装在所述垂直滑轨的顶部；所述夹持部61通过所述第二驱动件可移动地连接于所述垂直滑轨。

在一种可选的实施例中，所述第二驱动件包括转臂机构、与所述控制主机电连接的第三电机，所述转臂机构的第一端与所述第三电机连接，所述转臂机构的第二端与所述夹持部61连接；所述夹持部61通过所述转臂机构可移动地连接于所述垂直滑轨。

在一种可选的实施例中，所述第二驱动件还包括底座、第一丝杆机构、第二丝杆机构，所述底座安装在所述垂直滑轨的顶端；所述第一丝杆机构、所述第二丝杆机构的丝杆轴分别沿所述画笔的轴线方向固定连接于所述底座上；所述夹持部分别固定连接于所述第一丝杆机构、所述第二丝杆机构的丝杆套上，以使得所述夹持部在所述转臂机构的驱动下沿所述第一丝杆机构的轴线方向。

在本实施例中，所述第一丝杆机构、所述第二丝杆机构起到定向的作用，使得当所述转臂机构驱动所述夹持部移动时，所述第一丝杆机构、所述第二丝杆机构将所述夹持部的移动方向始终维持在所述第一丝杆机构定义的方向。

在一种可选的实施例中，所述夹持部61包括移动底板63、夹持台64，所述移动底板63分别与所述转臂机构的第二端，所述第一丝杆机构的丝杆套、所述第二丝杆机构的丝杆套固定连接；所述夹持台64固定安装在所述移动底板63上；其中，所述夹持台64具有第一夹持臂641、第二夹持臂以及第三夹持臂642，所述第一夹持臂641、所述第二夹持臂分别位于所述夹持台64的两端，所述第一夹持臂641设有第一凹槽643；所述第二夹持部设有第二凹槽；所述第三夹持臂642位于所述夹持台64的侧面，所述第三夹持臂642的末端设有螺孔以及贯穿所述螺孔的螺钉644；所述画笔62放置在所述第一凹槽643和第二凹槽上，所述螺钉644紧压或脱离所述画笔62。

所述画笔62可以是日常使用的铅笔、走珠笔、绘图笔、秀丽笔、油漆笔等；通过控制螺钉644的旋入长度可以实现紧压或脱离所述画笔62，并可适应不同尺寸的画笔，夹持部结构简单、实用性强。

在一种可选的实施例中，所述智能绘画装置还包括电源模块，所述电源模块设置在所述底架上并与所述控制主机3电连接。

所述电源模块采用可充电式移动电源，为智能绘画装置所有耗能设备，如摄像头、控制主机提供电源。其中，所述摄像头、所述电源模块通过电缆线与所述控制主机连接。

在一种可选的实施例中，所述第一凹槽、所述第二凹槽均为V型凹槽。

在一种可选的实施例中，所述移动底板通过扎带与所述第一丝杆机构的丝杆套、所述第二丝杆机构的丝杆套固定连接。

该智能绘画装置的工作原理如下：

摄像头2拍摄当前绘画实物图像，控制主机3对实物图像进行预处理、特征提取后，通过第一电机73、第二电机74控制垂直滑轨5沿所述水平滑轨4定义的方向或沿垂直于所述水平滑轨4的方向移动、从而带动绘画组件6在画板11上移动，并通过第三电机控制画笔62在固定在画板11上的画纸进行绘画操作。其中，控制主机3对垂直滑轨5的控制过程如下：所述水平滑轨4定义的方向为X轴方向，垂直于所述水平滑轨4的方向为Y轴方向，垂直于画板11的方向为Z轴方向；通过第一电机73控制第一主动轮722转动，通过第二电机74控制第二主动轮723转动；当第一主动动722逆时针、第二主动轮723顺时针旋转时，则垂直滑轨5向-Y轴运动；当第一主动轮转动722顺时针、第二主动轮723逆时针旋转时，则垂直滑轨5向+Y轴运动；当第一主动轮722、第二主动轮723均顺时针旋转时，则垂直滑轨5向+X轴运动；当第一主动轮转动722、第二主动轮转动723均逆时针旋转时，则垂直滑轨5向-X轴运动；通过第三电机控制安装在绘画组件上的画笔沿Z轴方向运动。该智能绘画装置对于结构分布简单的实物，只需3-5分钟便可绘画完毕；对于结构分布复杂的实物，只需10-15分钟便可绘画完毕。

相对于现有技术，本实用新型实施例提供的一种智能绘画装置的有益效果在于：该智能绘画装置，包括：画架1、摄像头2、控制主机3、水平滑轨4、垂直滑轨5、绘画组件6以及与所述控制主机3电连接的第一驱动件7；所述画架1包括用于固定画纸的画板11、底架12以及第一固定杆13，所述第一固定杆13安装在所述底架12的背面，所述画板11卡接在所述底架12和所述第一固定杆13之间；所述控制主机3设置在所述底架12上；所述摄像头2设置在所述第一固定杆13的顶端并与所述控制主机3电连接；所述水平滑轨4固定安装在所述底架12上；所述绘画组件6安装在所述垂直滑轨5的顶端；所述垂直滑轨5通过所述第一驱动件7可滑动地连接于所述水平滑轨4。该智能绘画装置结构简单、制造成本低，同时绘画耗时短，绘画效果好。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。