摘要：设计了一种新型的静电吸附式小型墙面彩绘机。通过合理的结构设计和智能化软件的配合应用，以改善传统彩绘机的性能，缩小彩绘机的体积，方便携带。
关键词：墙面彩绘；静电吸附；稳定
1 引言
当涂鸦风靡全球，成为一种时尚的时候，这股风潮开始席卷家居领域，比较常见的有手绘的家具、瓷砖、饰品、布艺等。但受限于人们自己绘画水平的限制，并不能亲自画出令人惊艳的作品来，由于墙画绘制要求比较高，过程比较繁琐，一般手绘墙画都由专业装饰公司和专业墙画师来完成的。市场上手绘墙画的收费标准由于画师水平和收费标准不一，差距也很大，因此市场上出现了各种各样的彩绘机。
但是，一般的彩绘机体积大，不方便携带；使用时需要先设计喷绘方案，再进行喷绘，操作复杂，费时费力。针对传统彩绘机的不足，拟设计一种新型的静电吸附式小型墙面彩绘机。通过合理的结构设计和智能化软件的配合应用，以改善传统彩绘机的性能，缩小彩绘机的体积，方便携带。
2系统结构
以往在设计会攀爬的机器人时，研究人员一般都是使用微纤维设计来模仿壁虎脚上的刚毛来产生黏着力。而新型爬墙机器人则是在墙面上诱发静电电荷，而机器人本身产生相反的电荷，以此形成机器人与墙面之间的吸附力，由于静电吸附稳定性更好，可以保证喷绘的精确性，使图案更加美观。本项目的静电吸附式小型墙面彩绘机正是利用静电吸附的原理进行设计改造，再通过一种新型XY轴传动机构，包括X轴、Y轴、沿X轴作直线运动的喷头组件和沿Y轴作直线运动的平台组件，最后由喷头完成喷绘工作。此外，设计过程中采用配套的电脑软件自动规划喷绘方案，再由喷绘机器人执行喷绘任务，使喷绘作业智能化，操作简单化。
3 整体设计
3.1静电吸附部分设计
静电吸附部分采用双履带式移动机构，按照模块化设计思想，左右对称式结构布局，用 Solid works 软件建模，机构主要由履带膜、主动轮、诱导轮、压紧轮，底盘、电极引导机构组成，如图 3所示。以柔性梳状电极制作的电极作为吸附装置的同时作为移动履带，既减轻机体重力，又能使吸附电极与表面直接接触，增大吸附力。整个机器人结构包络在履带之中，采用后驱方式，电机驱动主动轮转动，通过带传动带动诱导轮转动。在底盘设计上采用变中心距可调结构，由圆柱滑杆和相配合的滑套组成一移动副，并在配合圆柱孔内置弹簧，可以使机构自动调节主动轮、诱导轮间中心距，张紧履带。为使履带始终与壁面紧贴，底板上还配置有带弹簧的压紧轮，通过弹簧对履带施加压力。此外设计电刷结构将高压模块产生的静电施加到履带膜上，电刷由两片铝箔片构成，中间连接弱弹簧，使电刷始终与履带保持良好的接触。为防止在高压静电场中发生尖端放电等危险情况，机器人本体在靠近电极处应避免使用金属材料，适合采用 POM 塑料制作。
3.2 XY轴喷绘部分结构设计与元器件选择[5]
应用单片机AT89C51和脉冲分配器PMM8713， 步进电机驱动器，光电隔离器4N25等，构建了步进电机控制器和驱动器为一体的步进电机控制系统。通过AT89C51 和脉冲分配器PMM8713完成步进电机的各种运行控制方式，实现步进电机在3相6拍的工作方式下的正反转控制和加减速控制。并通过步进电机丝杠连动，带动XY喷头的直线运动，实现从起点A点到预定点B点的位移控制整个系统采用模块化设计，结构简单，可靠，通过人机交互换接口可实现各功能设置，操作简单，易于掌握。该系统可应用于步进电机在机电一体化控制等大多数场合。
4 静电吸附安全性分析
爬壁机器人的安全性能是指机器人在壁面移动过程中能够维持可靠吸附的性能指标，若移动时可能会出现沿壁面滑落和倾覆跌落等意外，即为吸附失效。滑落失效主要是由于机器人的重力沿壁面方向的分量大于机器人受到的摩擦力而导致的吸附失效; 倾覆失效主要是由于机器人的重力对瞬心产生的力矩大于吸附力对瞬心产生的力矩而导致的吸附失效。由此可知，在设计爬壁机器人时，应降低机构高度，加长履带，整体呈扁平狭长的形状。
5 结束语
现阶段的彩绘机多采用多轴电脑控制系统，机器直接连接电脑，只需将设计图片（照片）输入电脑，即可在墙面进行彩绘施工，但便利的同时也存在很多的缺点。其对墙面的要求高，如果是不平的墙面，喷头会损坏；墙体彩绘机价格成本高，整体质量太重；只适合宽度在一定尺寸和高度的平整墙面上进行操作，通常大型设备最多也不过宽度四米，高度不超过三米，且存在死角部位（边角）。墙面彩绘机的未来一定是为了更好的服务使用者，所以为了解决这些问题就必须采用一种全新的结构来进行墙面彩绘，静电吸附式小型墙面彩绘机正是为了解决这些问题而设计，其采用静电吸附原理吸附在墙面上，并加入喷头防护装置防止喷头损坏，又因其可以移动的特点实现任意墙面任意高度的粉刷效果。体积小，重量低，所以成本也相比于现阶段彩绘机更低，能够更好的服务于使用者。
参考文献:
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静电吸附式小型墙面彩绘机设计，本文受山东省大学生创新创业训练计划（编号S201913320012）支持。