仿手寫字體機器人的設計

北京聯(lián)合大學 肖昆全 高 生 張翠霞

1.總體設計方案

本設計研究的是平面X,Y兩垂直方向上運動的仿手寫字體機器人，上位機用PC機作為主機,通過Inkscape矢量圖像編輯軟件將輸入的文字轉(zhuǎn)換成坐標形式的數(shù)組代碼,采用PIC18F46J50為核心的微控制器構成主控系統(tǒng)作為從機，將數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送給下位機控制器,控制器解析指令與數(shù)據(jù)，根據(jù)矢量數(shù)據(jù)產(chǎn)生電脈沖信號由步進電機驅(qū)動控制電機的旋轉(zhuǎn)進而控制書寫筆到目標坐標位置，從而精確的實現(xiàn)筆畫的書寫，其整體設計方案如圖1.1所示。

圖1.1 仿手寫字體機器人整體設計方案

2.上位機結(jié)構設計

用PC機作為主機,通過Inkscape矢量圖像編輯軟件將輸入的文字轉(zhuǎn)換成坐標形式的數(shù)組代碼,其功能是將位圖轉(zhuǎn)換為矢量圖，以下主要介紹設計中要點：

單線條字體設計：設計研究中發(fā)現(xiàn)對于用矢量圖像編輯軟件將文字處理為矢量圖，處理完之后只有文字的輪廓如圖2.1所示，這樣就造成了下位機書寫出來的文字不是單線條文字，而是文字的輪廓。通過研究找到一種解決方法，即可采取首先在AutoCAD中構建的單線條圖形樣板，再在單線條圖形樣板下建立新文件，然后在文件中可以輸入想要書寫的文字，再通過用Txtexp命令將書寫的文字打散，這樣就能將文字處理為單線條字體如圖2.2所示。

圖2.1 未處理的輪廓文字

圖2.2 處理的單線條文字

3.下位機的設計

主控制電路的程序設計功能包括：舵機控制，步進電機控制，LED指示燈工作情況指示，按鍵控制可以選擇暫停工作及程序復位。主控電路控制程序設計模塊如圖3.1所示。

圖3.1 主控電路程序控制設計模塊圖

步進電機控制設計：此部分設計的程序是選取仿手寫字體機器人的X軸一端和Y軸的夾筆端交點為參考原點，此參考原點設定為每次寫字的出發(fā)點也是寫完字的歸位點。每次書寫開始X，Y軸需要首先運動到指定書寫區(qū)域內(nèi)（如圖3.2所示），然后開始根據(jù)軟件處理的矢量數(shù)據(jù)坐標完成文字書寫。

圖3.2 設計書寫區(qū)域圖

4.深度開發(fā)

設計中增加寫字機器人的繪畫功能，將寫字機器人擴展為具有寫字及繪畫功能的機器人。設計主要是針對素描畫，將圖畫導入到Inkscape矢量圖像編輯軟件，選擇臨摹位圖輪廓，主要是調(diào)節(jié)合適的亮度閾值參數(shù)，使得圖畫有比較好的線條感，有利于下一步仿手寫字體機器人的書寫，其中圖畫不同閾值下線條感對比如圖4.1所示。

圖4.1 不同閾值下圖畫線條感對比

[1]普雷迪科著,宗光華,李大寨譯.機器人控制器與程序設計[M].北京:科學出版社,2004.

[2]張培仁,楊興明.機器人系統(tǒng)設計與算法[M].北京:中國科學技術大學出版社,2008.

[3]張宏偉,汪洋,李新德.單片機應用技術[M].北京:北京理工大學出版社,2016.