一种带有机载机械臂无人机的喷涂控制系统
阅读说明：本技术 一种带有机载机械臂无人机的喷涂控制系统 (Spraying control system with airborne mechanical arm unmanned aerial vehicle ) 是由 张森 冯振宗 庄智强 李晓强 黄怡航 王展 吕进锋 邵敬平 于 2020-12-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种带有机载机械臂无人机的喷涂控制系统,包括无人机本体、机载控制系统和地面控制平台；所述无人机本体包括机架和动力组件,在上中心板上端面设置有机载机械臂,机载机械臂自由端设置有电动喷枪对目标物体进行多角度喷涂；所述机载控制系统包括飞控模块和机械臂控制模块,所述飞控模块包括飞行控制器、薄膜压力传感器、飞行避障传感器和全景飞行摄像头；所述机械臂控制模块包括机械臂控制器、喷涂控制阀门、喷涂避障传感器和机载六维力传感器；本装置采用无人机机载机械臂的空中喷涂作业方式,代替人工进行空中的喷涂工作,有效的减少空中作业人员的伤亡及财产的损失。(The invention discloses a spraying control system with an airborne mechanical arm unmanned aerial vehicle, which comprises an unmanned aerial vehicle body, an airborne control system and a ground control platform, wherein the airborne control system comprises a main body, a first control platform and a second control platform; the unmanned aerial vehicle body comprises a rack and a power assembly, an airborne mechanical arm is arranged on the upper end face of the upper central plate, and an electric spray gun is arranged at the free end of the airborne mechanical arm to spray a target object in multiple angles; the airborne control system comprises a flight control module and a mechanical arm control module, wherein the flight control module comprises a flight controller, a film pressure sensor, a flight obstacle avoidance sensor and a panoramic flight camera; the mechanical arm control module comprises a mechanical arm controller, a spraying control valve, a spraying obstacle avoidance sensor and an airborne six-dimensional force sensor; this device adopts the aerial spraying operation mode of unmanned aerial vehicle machine arm, replaces the manual work to carry out aerial spraying work, and the loss of the injures and deaths and the property of effectual aerial operation personnel of reduction.)
技术领域
本发明属于高空喷涂技术领域，具体涉及一种带有机载机械臂无人机的喷涂控制系统。
背景技术
众所周知，随着社会的进步，建筑物的高度越来越高，因此空中喷涂工作的危险系数越来越高。目前，空中喷涂作业还是采用人工工作的方式，长时间的高度紧张及体力劳动会让人们更加疲惫，一不留神事故就有可能发生。尤其是人在空中活动时可以会不小心导致空中作业工具掉落，这对地面上的人员也是一个无法预判的危险。如果是炎热的夏季或者是喷涂一些特殊成分的涂料等工作场合，空中作业的危险性则更高。
随着工业生产和日常生活中高空作业的需求量逐年攀升，在大型船舶的清洗与防腐喷涂、建筑物的外墙喷涂、钢结构工业厂房喷涂、工业烟囱喷涂等领域急需大量的高空喷涂技术工人，然而我国有意愿从事高空作业的90后工人占比尚不足一成，明显难以满足实际工程需要。目前传统高空作业的解决方案为由人工主导并配合曲臂车、脚手架、升降机和吊装绳索等辅助设备完成，并且传统人工手动喷涂的方式存在用工量大、工作效率低、劳动强度大、易受环境干扰、安全事故率高、设备租赁成本高、作业质量一致性差等诸多难题。因此急需通过人工智能技术改变传统的人工劳动密集型作业方式，研发新型专用于高空喷涂的无人机，以实现“机器换人”。利用机械智能化喷涂代替人工手动喷涂将是未来高空喷涂行业发展的必然趋势。
无人机因其尺寸较小、重量较轻、能够携带一定的载荷，具备自主导航飞行能力，并且可以在复杂、危险的环境下完成特定的飞行任务。因此在军事、工业、农工业等都有着很多好的应用。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术上存在的问题，提供一种带有机载机械臂无人机的喷涂控制系统，本装置采用无人机机载机械臂的空中喷涂作业方式，代替人工进行空中的喷涂工作，有效的减少空中作业人员的伤亡及财产的损失。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种带有机载机械臂无人机的喷涂控制系统，包括无人机本体、机载控制系统和地面控制平台；所述无人机本体包括机架和动力组件，所述机架包括上中心板和下中心板，动力组件由多个围绕机架设置的旋翼部件组成，在动力组件的外侧设置有圆环形保险杠；在上中心板上端面设置有机载机械臂，机载机械臂自由端设置有电动喷枪，用于对目标物体进行多角度喷涂；所述机载控制系统包括飞控模块和机械臂控制模块，所述飞控模块包括飞行控制器、薄膜式压力传感器、飞行避障传感器和全景飞行摄像头，所述薄膜式压力传感器、飞行避障传感器和全景飞行摄像头的信号输出端与飞行控制器连接；所述薄膜式压力传感器设置在机载机械臂与上中心板的连接处；用于获取的机载机械臂对无人机本体的压力值，并将获取的压力值信息发送给飞行控制器；所述飞行控制器安装在上中心板和下中心板之间，用于通过薄膜式压力传感器的压力值变化，判断出机载机械臂底端对于无人机本体的反作用力大小和方向，以实现无人机稳定悬停；所述飞行避障传感器设置有若干个，且沿圆环形保险杠的环形长度方向均匀分布，用于采集周围环境的避障数据，并将避障数据发送给飞行控制器，所述飞行控制器；用于根据获取的避障数据计算出无人机需要进行的避障动作，以实现无人机飞行过程中的自动避障；所述机械臂控制模块包括机械臂控制器、喷涂控制阀门、喷涂避障传感器和机载六维力传感器；喷涂避障传感器和机载六维力传感器的信号输出端与机械臂控制器连接；所述喷涂控制阀门，设置在喷头尾端，用于接收来自机械臂控制器的控制信号，并通过阀门开度来控制喷头处的喷涂流量；所述喷涂避障传感器设置在电动喷枪的喷头下侧；用于防止喷涂作业时喷头与待喷涂物发生碰撞；所述机载六维力传感器设置在机载机械臂的关节处，用于获取机械臂关节位置的作用力大小和方向。
进一步改进本方案，所述机载控制系统还包括图像处理器和无线图传模块一，图像处理器和无线图传模块一均设置在上中心板和下中心板之间，所述图像处理器的信号输入端分别与全景飞行摄像头和喷涂摄像头信号连接；全景飞行摄像头分布于上中心板、下中心板和保险杠上，用于实现无人机飞行空间状态的全方位拍摄，并将获取到的飞行空间状态信息发送给图像处理器；所述喷涂摄像头，设置在喷头上侧；用于实时采集喷涂作业的画面，并将喷涂作业的画面发送给图像处理器；所述图像处理器的信号输出端与无线图传模块一连接，所述无线图传模块一与地面控制平台的无线图传模块二实现无线数据传输。
进一步改进本方案，所述地面控制平台上还设置有中央处理器、地面机械臂、语音采集单元、显示屏、无线数传模块二和地面六维力传感器，其中无线图传模块二、地面机械臂、语音采集单元和地面六维力传感器的信号输出端分别与中央处理器信号连接，中央处理器的信号输出端与显示屏连接，地面机械臂，与机载机械臂具有相同的自由度，用于根据地面机械臂控制机载机械臂同步进行相同的动作，以实现远程人工操控喷涂；语音采集单元，用于人控方式下将采集到的语音进行处理后，发送给中央处理器，中央处理器对接收到的语音进行识别，并转换成相应的操作指令，将这些指令传送给无人机的飞控模块进行相应的飞行动作；显示屏，用于显示无人机本体和机载机械臂的三维空间状态信息以及喷涂情况；地面六维力传感器，设置在地面机械臂的关节处，用于通过地面操作人员操作地面机械臂的动作进行记忆，将地面操作人员对地面机械臂的每个部位施加力的大小和方向，通过无线数传模块二发送给机械臂控制器，从而控制机载机械臂实现相同的喷涂动作；中央处理器；通过无线数传模块二、无线数传模块一分别与飞控模块和机械臂控制模块实现无线数据传输。
进一步改进本方案，所述上中心板上端面和下中心板下端面分别各设置有3个全景飞行摄像头，且呈60°上下交错分布；所述保险杠上设置有4个全景飞行摄像头，且每个全景飞行摄像头分别位于两个飞行避障传感器之间。
进一步改进本方案，所述机械臂还包括用于安装机械臂的旋转平台，所述旋转平台包括固定底座、平台电机和转盘，转盘设置在固定底座中心孔处，所述固定底座安装在上中心板上，平台电机设置在固定底座内，平台电机的动力输出轴与转盘的中心固定连接,用于驱动转盘相对固定底座发生转动，在上中心板、下中心板和转盘上形成有上下对应的弧形穿孔。
进一步改进本方案，所述机载机械臂包括由下至上顺次连接的机械臂组件一、机械臂组件二、机械臂组件三和机械臂组件四；在每个机械臂组件之间的关节处均设置有机载六维力传感器；所述机械臂组件一包括第Ⅰ俯仰臂和俯仰电机一；第Ⅰ俯仰臂的首端与俯仰电机一的动力输出轴固定连接，俯仰电机一固定安装在旋转平台中心处，俯仰电机一用于对于第Ⅰ俯仰臂进行俯仰调节；机械臂组件二包括第Ⅱ俯仰臂和俯仰电机二；第Ⅱ俯仰臂的首端与俯仰电机二的动力输出轴固定连接，所述俯仰电机二安装在第Ⅰ俯仰臂的尾端，用于对第Ⅱ俯仰臂进行俯仰调节；机械臂组件三包括旋转臂和旋转电机，旋转臂的首端与旋转电机的动力输出轴连接，所述旋转电机固定安装在第Ⅱ俯仰臂的尾端，旋转电机用于驱动旋转臂沿其动力输出轴轴线做360°的旋转运动，当旋转臂每转动90°，用于实现所述机械臂组件四在俯仰动作和左右摇摆动作之间的进行切换；机械臂组件四包括摇摆臂和摇摆电机，摇摆臂的首端与摇摆电机的动力输出轴固定连接；所述摇摆电机固定安装在旋转臂的尾端，摇摆电机，用于驱动摇摆臂进行上下俯仰动作或左右摇摆动作。
进一步改进本方案，所述电动喷枪还包括涂料输送管，涂料输送管沿机械臂的长度方向通过软管夹固定设置，所述涂料输送管的一端与喷头连通，涂料输送管穿过所述弧形穿孔与涂料供料装置连接，所述喷头固定夹装在摇摆臂的尾端，所述喷头为圆柱形中空腔体结构。
进一步改进本方案，所述喷头尾端一侧侧壁设置有涂料输入口，在喷头尾端设置有喷涂控制阀门；所述喷涂控制阀门包括喷涂电机、电机凸轮和顶杆组件，所述喷涂电机通过电机支撑架固定在喷头尾端的另一侧侧壁上；电机凸轮安装在喷涂电机的动力输出轴上，所述顶杆组件的动力输入一侧与电机凸轮接触，顶杆组件的动力输出一侧与喷枪柱塞铰接，喷枪柱塞由喷头的尾端伸入，用于推动涂料通过喷嘴喷出。
进一步改进本方案，在机架下方设置有环形支架，所述旋翼部件一侧通过第Ⅰ机臂与机架本体连接，另一侧通过第Ⅱ机臂和保险杠连接，所述环形支架通过机臂连接杆与第Ⅰ机臂的中段连接，所述环形支架通过保险杠连接杆与保险杠连接，所述机臂连接杆长度小于保险杠连接杆的长度。
进一步改进本方案，所述无人机本体采用双电源供电模式，包括机载备用电池和交流电源供电模块，所述机载备用电池设置在上中心板和下中心板之间，正常飞行和喷涂作业情况下，采用交流电源供电模块通过降压稳压单元转换成无人机所需要的供电电压，从而为无人机机载的锂电池供电，异常情况下，机载备用电池为无人机本体提供续航电量。
有益效果
1、本发明通过创新，采用无人机机载机械臂的空中喷涂作业方式，代替人工进行空中的喷涂工作，有效的减少空中作业人员的伤亡及财产的损失。其工作时，无人机载机械臂飞至工作场合，机械臂对其区域进行自动喷涂。无人机周围装有多个独立的摄像头，通过将摄像头拍摄的画面通过图像处理器拼接处理后，将无人机在空间中的整个三维状态显示地面站屏幕上，方便人们实时观测无人机及机械臂的工作状态。机械臂末端的喷涂装置上装有高清摄像头，将喷涂的情况实时显示在地面站屏幕上。对于比较复杂的情况可以通过人控飞行及人控机械臂的方式来完成喷涂工作。尤其是对于特殊涂料及喷涂工作现场条件比较严峻的情况下，本发明可以很好的代替作业人员高效的完成工作。
2、本发明，对无人机的结构进行改进，将机械臂技术和无人机技术进行有效结合，提高在高空喷涂作业的施工效率，同时提高了设备操作的安全性，具体分析如下：通过将无人机和机械臂进行有机结合分为四部分：机架部分、机械臂部分、电动喷枪部分以及位于地面的涂料供料装置四部分，通过机架部分提供动力，实现了涂料装置部分进行高空自动作业，而涂料供料装置在地面将混合好的涂料通过管道对涂料装置部分进行物料供应，能够有效减低无人机的承载重量，同时，考虑到高空作业环境的复杂程度，设置了五自由度的机械臂组件，其中第Ⅰ俯仰臂可以实现俯仰调节，当第Ⅰ俯仰臂的俯仰角度不能满足操作需求时，可以通过第Ⅱ俯仰臂进行俯仰调节，双重俯仰调节，能够增大俯仰臂的运动范围，提高喷枪的施工作业范围，其次考虑到喷枪需要进一步提升全方位的作业能力，设置旋转臂和俯仰摇摆臂，旋转臂能够进行360°转动，使得喷枪能够在俯仰动作和左右摇摆动作之间进行切换，俯仰摇摆臂，提高了喷枪操作的灵活性，能够根据需要进行左右摇摆动作和俯仰动作的施工。
附图说明
为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明喷涂控制系统的工作原理图；
图2为本发明喷涂控制系统的工作步骤流程图；
图3为本发明中无人机本体第一视角的结构图；
图4为本发明中无人机本体第二视角的结构图；
图5为本发明中无人机本体第三视角的结构图；
图6为本发明中机载机械臂的结构图；
图7为本发明中机载机械臂末端的结构图；
图8为本发明中夹爪机构的结构图；
图9为本发明中电动喷枪的结构图；
图10为本发明中地面操作平台的结构图；
图11为本发明中地面操作平台的人工操控示意图；
图中标记：1、无人机本体，1-1、机架，111、上中心板，112、下中心板，113、第Ⅰ机臂，114、第Ⅱ机臂，115、机臂连接杆，116、保险杠连接杆，117、电机机托；1-3、环形支架，1-4、保险杠，1-6、动力组件，2、机载机械臂，2-1、机械臂组件一，211、第Ⅰ俯仰臂，212、俯仰电机一，2-2、机械臂组件二，221、第Ⅱ俯仰臂,222、俯仰电机二，2-3、机械臂组件三，231、旋转臂，232、旋转电机，2-4、机械臂组件四，241、摇摆臂，242、摇摆电机，2-5、旋转平台，251、固定底座，252、平台电机，253、转盘，254、弧形穿孔2-6、夹爪机构，261、夹爪平台，262、夹爪电机，263、齿条导轨，264、齿条，265、夹爪一，266、夹爪二，267、驱动齿轮，3、电动喷枪，3-1、喷头，3-2、涂料输送管，3-3、软管夹；4、涂料供料装置，4-1、混料机，4-2、气压罐；5、储能设备；
100、飞控模块，101、飞行控制器，102、薄膜式压力传感器，103、飞行避障传感器，104、全景飞行摄像头，105、降压稳压单元，107、GPS模块，108、机载 IMU模块；
200、机械臂控制模块，201、机械臂控制器，202、喷涂避障传感器，203、喷涂摄像头，204、喷涂控制阀门, 2041、阀体，2042、喷枪柱塞，2043、顶板，2044、喷涂电机，2045、电机凸轮，2046、连接板，2047、顶杆，2048、端板，2049、支撑杆，205、机载六维力传感器；
301、图像处理器，302、无线图传模块一，303、无线数传模块一；
7、交流电源供电模块，8、机载备用电池，9、地面控制平台；
901、中央处理器，902、无线图传模块二，903、地面机械臂,904、语音采集单元，905、显示屏，906、无线数传模块二，907、地面六维力传感器。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图所示： 本实施例提供一种带有机载机械臂无人机的喷涂控制系统，包括无人机本体1、机载控制系统和地面控制平台9；所述无人机本体1包括机架1-1和动力组件6，所述机架1包括上中心板111和下中心板112，在动力组件6的外侧设置有圆环形保险杠1-4；动力组件6包括多个围绕机架1-1设置的动力组件1-6，动力组件1-6由多个围绕机架1-1设置的旋翼部件组成，在上中心板111上端面设置有机载机械臂2，机载机械臂2自由端用于抓取电动喷枪3对目标物体进行多角度喷涂。
本方案主要由多旋翼无人机、机载机械臂2、地面操作站9等三部分组成。
所述机载控制系统包括飞控模块100和机械臂控制模块200，具体分析如下：所述飞控模块100包括飞行控制器101、薄膜式压力传感器102、飞行避障传感器103、全景飞行摄像头104、动力组件1-6、GPS模块107、机载IMU模块108，其中飞行控制器101的接收端与薄膜式压力传感器102、飞行避障传感器103、GPS模块106和机载IMU模块107信号输出端相连。其中飞行避障传感器103为超声波传感器，动力组件1-6的信号输入端与飞行控制器101相连，用于接收控制信号。
所述圆环形保险杠1-4上沿其环形长度方向均匀设置有8个飞行避障传感器103和4个全景飞行摄像头104，在上中心板111上端面和下中心板112下端面上各分别设置有3个全景飞行摄像头104，全景飞行摄像头104呈60°上下交错分布。所述飞行控制器101安装在上中心板111和下中心板112之间，薄膜式压力传感器102设置在所述机载机械臂2与上中心板111的连接处；所述飞行避障传感器103用于采集周围环境的避障数据，并将避障数据发送给飞行控制器101，所述飞行控制器101用于根据获取的避障数据计算出无人机需要进行的避障动作，以实现无人机飞行过程中的自动避障；所述薄膜式压力传感器102，用于获取的机载机械臂2对无人机本体1的压力值，并将获取的压力值信息发送给飞行控制器101，所述飞行控制器101用于通过薄膜式压力传感器102的压力值变化，判断出机载机械臂2底端对于无人机本体1的反作用力方能行和大小，以实现无人机稳定悬停。
所述机械臂控制模块200包括五自由度机械臂、机械臂控制器201、喷涂控制阀门204、喷涂避障传感器202、机载六维力传感器205和喷涂摄像头203。喷涂避障传感器202、机载六维力传感器205的信号输出端分别与机械臂控制器201相连。喷涂避障传感器202为超声波传感器，机械臂控制器201的信号输出端与五自由度机械臂及喷涂控制阀门204相连，用于发出控制信号。自动阀门接收到来自机械臂控制系统的控制信号后通过控制阀门的开度来控制喷头处的流量。喷涂摄像头203和喷涂避障传感器202设置在电动喷枪3的喷头3-1上下两侧；所述喷涂控制阀门204，用于接收来自机械臂控制器201的控制信号，并通过阀门开度从而控制喷头3-1处的喷涂流量；所述喷头避障传感器202用于防止喷涂作业时喷头3-1与待喷涂物发生碰撞；机载六维力传感器205设置在机载机械臂2的关节处，用于获取所在位置机械臂的作用力大小和方向。
所述机载控制系统还包括图像处理器301和无线图传模块一302，图像处理器301和无线图传模块一302均设置在上中心板111和下中心板112之间，所述图像处理器301的信号输入端分别与全景飞行摄像头104和喷涂摄像头203信号连接；所述全景飞行摄像头104，用于实现无人机飞行空间状态的全方位拍摄，并将获取到的飞行空间状态信息发送给图像处理器301；所述喷涂摄像头203用于实时采集喷涂作业的画面，并将喷涂作业的画面发送给图像处理器301；所述图像处理器301的信号输出端与无线图传模块一302连接，所述无线图传模块一302与地面控制平台9的无线图传模块二902实现无线数据传输。
图像处理器301将喷头3-1处高清摄像头拍摄的画面处理之后通过无线图传模块一302传输给地面操作平台9。机载机械臂2与地面操作平台9之间的数据传输通过无线数传模块一303和无线数传模块二906完成。
地面控制平台9上包括有中央处理器901、无线图传模块二902、地面机械臂903、语音采集单元904、显示屏905、无线数传模块二906和地面六维力传感器907，中央处理器901对无线收发装置接收的信号处理之后显示在显示屏905上。小型五自由度机械臂及语音采集单元904的信号输出端与中央处理器901相连，中央处理器901将接受的数据分析处理后通过无线数传模块二906发出。
其中无线图传模块二902、地面机械臂903、语音采集单元904和地面六维力传感器907的信号输入端分别与中央处理器901信号连接，中央处理器901的信号输出端与显示屏905连接，地面机械臂903，与机载机械臂2具有相同的自由度，用于根据地面机械臂903控制机载机械臂2同步进行相同的动作，以实现远程人工操控喷涂；语音采集单元904，用于人控方式下将采集到的语音进行处理后，发送给中央处理器901，中央处理器901对接收到的语音进行识别，并转换成相应的操作指令，将这些指令传送给无人机的飞控模块100进行相应的飞行动作；显示屏905，用于显示无人机本体1和机载机械臂2的三维空间状态信息以及喷涂情况；地面六维力传感器907，设置在地面机械臂903的关节处，用于通过地面操作人员操作地面机械臂903的动作进行记忆，将地面操作人员对地面机械臂903的每个部位施加的力和方向，通过无线数传模块二906发送给机械臂控制器201，从而控制机载机械臂2实现相同的动作进行喷涂；中央处理器901；通过无线数传模块二906分别与飞控模块100和机械臂控制模块200实现无线数据传输。
所述无人机本体1采用双电源供电模式，包括机载备用电池8和交流电源供电模块7，所述机载备用电池8设置在上中心板111和下中心板112之间，正常飞行和喷涂作业情况下，采用交流电源供电模块7通过降压稳压单元105转换成无人机所需要的供电电压，从而为无人机机载的锂电池充电，异常情况下，机载备用电池8为无人机本体1提供续航电量。
地面控制平台9包括小型五自由度机械臂，中央处理器901是通过降压稳压单元105将220V交流电转化为它们所需电压的方式供电，而全景飞行摄像头104、喷涂摄像头203、飞控模块100及机械臂控制模块200是由专用锂电池供电。另外，多旋翼无人机还带有备用动力电池以应对突发情况。
机载机械臂2具有学习记忆功能，对于常见的喷涂空间及位置，通过操作员操作地面控制平台9的地面机械臂903同步控制机载机械臂2做出相同的动作进行喷涂，机载机械臂2的处理器，对喷涂摄像头203拍摄的喷涂过程中喷涂空间及位置特征进行记忆，并且对机械臂做出的喷涂动作进行学习，下次对于相同空间及相同位置进行自动喷涂。
无人机机载的全景飞行摄像头104拍摄的图像转换成数字图像信号。经过数字处理芯片处理之后，通过无线图传模块302以传输给地面操作平台9的图像处理单元。地面操作平台9的中央处理器901经过拼接、变形等处理后，形成无人机及机载机械臂2在空间中的整个状态信息，并将其显示在地面操作平台9的显示屏905的左边；显示屏905右上方是无人机飞行数据及机械臂工作状态数据，主要包括各超声波传感器测量数据、当前姿态数据、当前位置数据、当前飞行速度数据、飞行轨迹数据、当前机械臂关节运动数据、喷头流量数据；显示屏905右下方显示的则是当前喷涂画面。从而使操作员更加直观的看到整体喷涂情况及无人机及机载机械臂2的空间状态。保险杠1-4外侧装有超声波传感器，将超声波传感器测量的数据经过自身避障算法推断出应该做出的避障动作，从而形成一个全方位避障系统。机载机械臂2与无人机中心板中间装有薄膜式压力传感器102，压力传感器分布在机载机械臂2底盘底端的四周，通过压力传感器压力值的变化推断出机载机械臂2底端对无人机反作用力方向和大小，与机械臂底端的机载六维力传感器205的测量结果进行信息融合后得到更加准确的反作用力大小和方向。结合机载 IMU模块108测量得到的无人机姿态的变化情况。通过无人机的悬停算法调节飞行控制器的输出值，使无人机抵消记载机械臂动作时的反作用力稳定悬停。
对于自动喷涂处理不了的位置可以直接进行人控远程操作喷涂。人控操作时两个机械臂之间采用无线通讯的通讯方式。将地面操作员对地面操作平台9的地面机械臂903的每个部位施加的力和方向通过无线通讯模块发送给机载机械臂2的控制器，机械臂控制器201将其转换为控制量，控制机载机械臂2进行相同的喷涂动作。
本方案中，如图所示，本喷涂控制系统的操作步骤如下：S1、操作人员根据需要选择飞行控制模式；无人机飞控系统采用两种飞行控制方式，一种是基于地面站引导的自动飞行，将终点坐标标在地面控制平台9的地图上，利用无线通讯设备将规划好的路线转化成相应的指令传给飞行控制器101，飞控模块100按照设定好的任务控制飞行器自主飞行，一种是语音控制飞行的方式，通过语音采集单元904将采集到的语音进行处理后发送给地面站中央处理器901。地面站中央处理器901对接收到的语音进行识别并转换成相应的操作指令，将这些指令传输给无人机的飞控模块100进行相应的飞行动作。S2、确定飞行方式后，将机载机械臂2带至待喷涂位置，若到达预定位置，则机载机械臂2进行动作初始化，确定机械臂准备动作是否完成。S3、选择喷涂模式，本步骤采用两种喷涂方式，默认采用自动喷涂的方式，但是人控喷涂的优先级高于自动喷涂，即只要检测到人控喷涂指令便打断自动喷涂过程。S4、当前位置喷涂结束后，便前往下一个喷涂位置，直到该区域喷涂结束。
以下对无人机的机械结构进行详细分析：无人机具备机架1、机载机械臂2、电动喷枪3和涂料供料装置4，其中机架1包括机架本体1-1和六个旋翼部件，在机架本体1-1上方设置有机载机械臂2，在机架本体1-1下方设置有环形支架1-3，在旋翼部件的外侧设置有圆环形保险杠1-4；旋翼部件一侧通过第Ⅰ机臂113与机架本体1-1连接，另一侧通过第Ⅱ机臂114和保险杠1-4连接，第Ⅰ机臂113通过螺丝连接在机架本体1-1的8个连接点，第Ⅱ机臂114通过螺丝与保险杠1-4固定连接，第Ⅰ机臂113和第Ⅱ机臂114的连接处形成有用于盛装旋翼部件1-2的电机机托117，所述电机机托117为圆形凹槽结构，在电机机托117两侧侧壁形成有内螺纹，在第Ⅰ机臂113和第Ⅱ机臂114的末端均形成有与所述内螺纹匹配的外螺纹，以方便对接组装。环形支架1-3通过机臂连接杆115与第Ⅰ机臂113的中段连接，所述环形支架1-3通过保险杠连接杆116与保险杠1-4连接，所述机臂连接杆115长度小于保险杠连接杆116的长度。
涂料供料装置4，设置于地面，包括混料机4-1和气压罐4-2，所述混料机4-1通过管道与气压罐4-2的罐口连通，所述气压罐4-2的罐口与所述涂料输送管3-2连通。
机载机械臂2，包括多自由度机械臂和用于安装机械臂的旋转平台2-5，所述旋转平台2-5包括固定底座251、平台电机252和转盘253，转盘253设置在固定底座251上部中心处，所述固定底座通固定安装在机架本体1-1上，平台电机252设置在固定底座251内，平台电机252的动力输出轴与转盘253的中心连接；固定底座251由上下两个相对平行设置的环形盘和连接在两个环形盘之间的连接杆组成，在机架本体1-1、固定底座251和转盘253上对应形成有上下对应的呈180°角度的弧形穿孔254，也即为半圆弧形穿孔254。
本方案在机架本体1-1上部装有机械臂，所述机械臂可进行上下180°和左右270°的旋转。由于弧形穿孔254的设置，机械臂转动中不会造成对涂料输送管3-2挤压。平台电机253装在无人机机身上部中心处，由平台电机253带动转盘253绕转盘轴线进行旋转运动。
特别地，机载机械臂2包括由下至上顺次连接的机械臂组件一2-1、机械臂组件二2-2、机械臂组件三2-3和机械臂组件四2-4；机械臂组件一2-1设置在转盘253上，包括第Ⅰ俯仰臂211和俯仰电机一212；第Ⅰ俯仰臂211的首端与俯仰电机一212的动力输出轴固定连接，俯仰电机一212固定安装在旋转平台2-5中心处，俯仰电机一212用于对于第Ⅰ俯仰臂211进行俯仰调节；机械臂组件二2-2包括第Ⅱ俯仰臂221和俯仰电机二222；第Ⅱ俯仰臂221的首端与俯仰电机二222的动力输出轴固定连接，所述俯仰电机二222安装在第Ⅰ俯仰臂211的尾端，用于对第Ⅱ俯仰臂221进行俯仰调节；机械臂组件三2-3包括旋转臂231和旋转电机232，旋转臂231的首端与旋转电机232的动力输出轴连接，所述旋转电机232固定安装在第Ⅱ俯仰臂221的尾端，旋转电机232用于驱动旋转臂231沿其动力输出轴轴线做360°的旋转运动，当旋转臂231每转动90°，用于实现所述机械臂组件四2-4在俯仰动作和左右摇摆动作之间的进行切换；机械臂组件四2-4包括摇摆臂241和摇摆电机242，摇摆臂241的首端与摇摆电机242的动力输出轴固定连接；摇摆臂241尾端安装有固定电动喷枪3的夹爪平台,所述摇摆电机242固定安装在旋转臂231的尾端，摇摆电机242驱动摇摆臂241进行上下俯仰动作或左右摇摆动作。
本方案中，所述第Ⅰ俯仰臂211和第Ⅱ俯仰臂221的结构相同，均包括第一臂板、第二臂板和连接部，所述第一臂板和第二臂板长度相同且相对平行设置，连接部两端分别与第一臂板和第二臂板的中段连接，俯仰电机一212和俯仰电机二222均固定设置在第一臂板和第二臂板之间且位于机械臂端头。旋转臂231包括第一臂板、第二臂板和端部臂板，所述第一臂板和第二臂板长度相同且相对平行设置，端部臂板垂直连接在第一臂板和第二臂板的同侧端部，旋转电机232输出轴与端部臂板固定连接，用于驱动旋转臂231进行转动，以实现机械臂组件四2-4工作状态切换。
电动喷枪3包括喷头3-1、喷涂控制阀门204和涂料输送管3-2，涂料输送管3-2沿机械臂2的长度方向通过软管夹3-3固定设置，所述涂料输送管3-2的一端与喷头3-1连通，涂料输送管3-2穿过所述弧形穿孔254。所述喷头3-1安装在摇摆臂241的尾端，所述喷头3-1为圆柱形中空腔体结构，在喷头3-1尾端设置有喷涂控制阀门204，喷头3-1与阀体2041固定连接且内部连通，所述喷头3-1尾端一侧侧壁设置有涂料输入口，所述喷涂控制阀门204包括喷涂电机2044、电机凸轮2045和顶杆组件，所述喷涂电机2044通过电机支撑架固定在阀体2041另一侧侧壁上；电机凸轮2045安装在喷涂电机2044的动力输出轴上，所述顶杆组件的动力输入一侧与电机凸轮2045接触，顶杆组件的动力输出一侧与喷枪柱塞2042铰接，喷枪柱塞2042由阀体2041的尾端伸入，用于推动涂料通过喷嘴喷出。
顶杆组件包括连接板2046、顶杆2047、端板2048和支撑杆2049，顶杆2047和端板2048分别设置在连接板2046两端，并均垂直设置于连接板2046的同侧，顶杆2047的长度大于端板2048长度，在顶杆2047的端部设置有用于和电机凸轮2045接触的顶板2043，所述支撑杆2049固定设置在阀体2041尾端侧壁上，连接板2046的中段通过销轴与支撑杆2049端部铰接，以用于实现电机凸轮2045转动，从而推动顶板2043往复运动。电机凸轮2045以大头端与顶板2043接触为起点开始运动，顶板2043在电机凸轮2045的推动下，逐渐远离电机输出轴，当小头端与顶板2043接触时，是顶板2043与电机输出轴相距最远距离，随后，电机凸轮2045转动，顶板2043会逐渐靠近电机输出轴一侧，从而完成一个周期的喷涂动作。喷枪结构改进为三部分，形成有涂料输入口的阀体2041、安装在阀体2041上的驱动部件和顶杆组件，驱动部件包括喷涂电机2044和电机凸轮2045，电机凸轮2045绕电机轴旋转，从而带动顶杆组件进行周期性往复运动，电机凸轮2045结构外缘呈圆滑弧形曲线，包括大头端和凸起的小头端，电机凸轮2045每转动一周，由于其外缘始终与顶板2043接触，会带动顶板2043往复运动，该喷枪组件通过与气压罐4-2进行配合，实现了喷涂操作的可靠性。
由图可以看出，所述电机支撑架装在阀体2041上部，用于固定喷涂电机2044，当喷涂电机2044带动电机凸轮2045旋转，电机凸轮2045推动顶杆2047，连接板2046绕销轴转动从而驱动喷枪柱塞2042在阀体2041内往复运动，经连接板2046把力传给喷枪柱塞2042，喷枪柱塞2042挤压阀体2041内部涂料，涂料经喷嘴喷出，从而完成一次喷涂过程，从而完成一次喷涂过程。
为了使该装置具有更好的效果，进一步优化本方案，无人机供电线一端与地面的储能设备5相连，另一端与无人机主体内部的电能转换装置相连。通过电能转换装置为无人机供电，实现长久续航的能力。其次机械臂尾部设置有喷枪的安装结构，根据不同的喷涂需求和维修需要更换喷枪，适用范围广，通过进行喷枪快速拆卸更换，使得无人机和喷涂装置实现有机衔接，避免了由于喷枪型号与被喷涂物不匹配，造成的喷涂效率低下、喷涂效果不理想；为避免此情况发生，可设置如下结构：在机械臂的末端设置有夹爪机构2-6，夹爪机构2-6包括夹爪平台261，夹爪平台261的内侧要设置有两个上下相对的夹爪电机262，夹爪电机262的输出轴穿过夹爪平台261安装有驱动齿轮267，在两驱动齿轮267的内侧均水平设置有对应的相平行齿条导轨263，齿条导轨263固定在夹爪平台261上，在齿条导轨261内设置有可滑动的齿条264，驱动齿轮267与对应齿条264相啮合，其中上侧的齿条264与夹爪一265连接，下侧的齿条264的相反一侧和夹爪二266连接，当两台夹爪电机262同时顺时针旋转时，带动两个驱动齿轮267顺时针旋转，两个夹爪向内移动夹取喷枪，两台夹爪电机262同时逆时针旋转，带动两个驱动齿轮267逆时针旋转，两个夹爪向外移动松开喷枪，从而实现无人机喷枪的安装拆卸。
本装置带有机械臂，可抓取电动喷枪3对目标物体进行多角度喷涂；装置使用地面储能设备5供电，可实现长续航，保障工作时间；装置带有保险杠1-4，保障无人机主体在因故障落地时不受损害；装置带飞行避障传感器，也即超声波传感器，实现无人机的自动避障，可使无人机在复杂的环境下工作。装置带有全景飞行摄像头104和喷涂摄像头203，全景飞行摄像头104用于分析出各目标位置后结合总体规划的路径做适当修正，使无人机能够到达适合机械臂喷涂的位置，同时向机械臂控制模块200发送喷涂过程所需的目标详细位置与区域信息，到达目标位置后，装置带有电动喷枪3，减少涂料喷涂过程中的浪费，尽最大限度的保障涂料的利用率；位于机械臂末端的喷涂摄像头203根据目标信息调整电动喷枪3位置完成喷涂作业。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。