CN107088882A - 机器人拟人笔迹书写***及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人拟人笔迹书写***及其控制方法。具体为一台智能仿生打印机设备及其配套的笔迹书写平台。计算机通过用户在软件平台上的书写过程获得用户笔迹的路径并建立专属字库。之后配合随机算法便可将任意字段，调取用户所选定的笔迹输出至书写***上，由硬件设备代替人力完成书写过程。本发明流程简单，结构紧凑，书写字迹和本人相近，书写质量效率高。
Description
技术领域
本发明涉及的是打印机技术领域，具体涉及一种机器人拟人笔迹书写***及其控制方法，即一种智能仿生打印机设备及其配套的笔迹书写平台。
背景技术
执笔书写时字迹风格往往因人而异，有些能迸发出磅礴大气的震撼，有些则蕴藏着巧夺天工的雅致。但它们无一不透露着协调的美感，仿佛从字迹本身就能看到风格迥异的世界。然而市面上琳琅满目的打印设备，不论其打印形式、原理各样，最终均只能是将内容苍白地印刷在媒介上。印刷字体虽然每个都工工整整且毫无差错，但是它没有生命，无法与人工手写稿件所拥有的字迹的表现力、精致感相提并论，以至于有许多领域仍保持着手写的要求以追求那电脑印刷无法做到的美感。
目前市面上的放生打印机如Evil Mad Science LLC 团队在 2016 年 3 月 9 日发布的产品画图机器 AxiDraw。AxiDraw 通过 USB 连接电脑控制，使用 Inkscape 向量图像软件，采用开源设计，可任意编辑修改。其虽然也能够写出简体中文和繁体中文，但是形式上则只能是轮廓描绘（写空心字），并且没有能够控制落笔力度，模仿用户笔迹等功能，这也是它存在的不足之处，同时也是 AxiDraw 被定义为画图机器的原因。同样是国外的类似课题还有名为 Bond 的手写机器人，它能够通过用户提交的手写范例，来自动分析出用户的书写特点，单仅限于 26 个英文字母，复杂的汉字没有涉猎。国内的市面上目前并没有与本设计相类似的课题，由此看出目前市面上与本设计相竞争的对手是相当少的，且当字库的建立模块逐渐成熟并投入使用的时候，这些竞争对手在字迹学习，原笔迹书写的面前是毫无竞争力的。而且市面上现有的仿生打印机成本比较高，结构比较复杂。
综上所述，本发明设计了一种成本低，结构紧凑，使用方便可靠的机器人拟人笔迹书写***及其控制方法。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种机器人拟人笔迹书写***及其控制方法，能够通过App 平台，智能学习并模仿用户的字迹，即使是机械所作出的产物也能拥有生命力。仿生打印机使用最原汁原味的书写工具，高效率地以仿生形式完成书写甚至是绘制作业，坚守汉字书写其独有的文化底蕴。与传统打印设备细分方向，差异化竞争，力争占据高端、个性化需求的打印市场。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：机器人拟人笔迹书写***，包括直线导轨滑块、主体框架、弹性绳、书写笔安装架、第一步进电机、电缆、第二步进电机、控制主板、线缆接插件、电机安装支架、书写笔、铝合金中空型材、主框架板、直线光轴加长滑块、导轨滑块安装板、镀铬光轴导轨、同步带轮、第三步进电机、书写纸张夹装底板、第一齿形同步带、第二齿形同步带、光轴支架和微型导轨，主体框架四周通过铝合金中空型材与书写纸张夹装底板相固定，主体框架内侧中心线上固定有主框架板，主框架板两端固定与直线光轴加长滑块，直线光轴加长滑块设置在镀铬光轴导轨上，镀铬光轴导轨两端通过光轴支架固定在主体框架的四角，主体框架的两角还固定有第一步进电机、第二步进电机，第一步进电机、第二步进电机均设置有同步带轮，同步带轮分别通过第一齿形同步带、第二齿形同步带与导轨滑块安装板相连，导轨滑块安装板内设置有直线导轨滑块，直线导轨滑块与微型导轨滑动配合，微型导轨两端固定在主框架板上，微型导轨上方通过电机安装支架安装有第三步进电机，第三步进电机的电机轴通过弹性绳与书写笔安装架相连，书写笔安装架上安装有书写笔，控制主板固定在主体框架上，控制主板上设置有三个线缆接插件，线缆接插件通过电缆分别与第一步进电机、第二步进电机和第三步进电机相连。
作为优选，所述的电缆外部设置有线缆导管。
作为优选，所述的控制主板与电脑端及WEB端软件控制连接。
作为优选，机器人拟人笔迹书写***的控制方法，包括如下步骤：首先，计算机通过用户在软件平台上的书写过程获得用户笔迹的路径并建立专属字库；然后配合随机算法便可将任意字段，调取用户所选定的笔迹输出至书写***上；最后由硬件设备（机器人拟人笔迹书写***）代替人力完成书写过程，硬件设备中的书写笔在XY平面内自由移动的同时，控制抬落笔以及力度。
本发明的有益效果：1、采用弹性绳来控制整个笔架的抬落，执行效率高，便于更换，方便可靠；
2、全面采用了由数控切割的不锈钢板材作为机身材料，由 GT2 同步带与步进电机组构成的走行部，以 CoreXY 的架构运行。同时采取了将开关电源外置、采用基于 Arduino（grbl 固件）的三轴一体化控制板等措施大幅降低了整机的体积以及重量。并且确保精度的情况下大幅提升了运行速率；
3、使用直线轴承，寿命更长保护性更好；
4、加大了行程使之适应 A4 画幅，采用了 6062 铝合金材质，使得机型更加轻量化，运行更加稳定。并且在笔架的起落上，加入了走线轴承实现了上下双向拉力的控制，输出更连绵细腻，拟真程度更高；
5、能够调用用户先前录入的字库，在工作介质上通过最常见的笔（铅笔、大部分滚珠水笔和钢笔，体型小的白板笔，粉笔，木炭，刷子）来模仿用户的字迹进行输出，当然它同时也支持电脑字体的书写。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的分解结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照图1，本具体实施方式采用以下技术方案：机器人拟人笔迹书写***，包括机器人拟人笔迹书写***及其控制方法，包括直线导轨滑块1、主体框架2、弹性绳3、书写笔安装架4、第一步进电机6、电缆7、第二步进电机8、控制主板9、线缆接插件10、电机安装支架11、书写笔12、铝合金中空型材13、主框架板14、直线光轴加长滑块15、导轨滑块安装板16、镀铬光轴导轨17、同步带轮18、第三步进电机19、书写纸张夹装底板20、第一齿形同步带21、第二齿形同步带22、光轴支架23和微型导轨24，主体框架2四周通过铝合金中空型材13与书写纸张夹装底板20相固定，主体框架2内侧中心线上固定有主框架板14，主框架板14两端固定与直线光轴加长滑块15，直线光轴加长滑块15设置在镀铬光轴导轨17上，镀铬光轴导轨17两端通过光轴支架23固定在主体框架2的四角，主体框架2的两角还固定有第一步进电机6、第二步进电机8，第一步进电机6、第二步进电机8均设置有同步带轮18，同步带轮18分别通过第一齿形同步带21、第二齿形同步带22与导轨滑块安装板16相连，导轨滑块安装板16内设置有直线导轨滑块1，直线导轨滑块1与微型导轨24滑动配合，微型导轨24两端固定在主框架板14上，微型导轨24上方通过电机安装支架11安装有第三步进电机19，第三步进电机19的电机轴通过弹性绳3与书写笔安装架4相连，书写笔安装架4上安装有书写笔12，控制主板9固定在主体框架2上，控制主板9上设置有三个线缆接插件10，线缆接插件10通过电缆7分别与第一步进电机6、第二步进电机8和第三步进电机19相连。
值得注意的是，所述的电缆7外部设置有线缆导管5。
此外，所述的控制主板9与电脑端及WEB端软件控制连接。
本具体实施方式采用直角坐标机械臂结构，设计有X,Y,Z 三轴的控制。X,Y 水平两轴负责完成内容在平面上作业路径的输出，而 Z 轴则起到对书写工具抬落笔、落笔力度的控制，将原本平面的路径三维化以达到更好的仿人手书写效果。通过 App 平台搭建字库建立平台，其记录的本质是用户书写的路径以及每个点对应的落笔力度，储存形式为数控领域广泛采用的 G 代码。在完成对用户常用汉字与符号的逐一多重采样后，设备可以实现根据实际文本内容分别随机调用并逆向（相较于字库录入）还原出用户本身的字迹，完成整个作业流程。并且预装了几款字形供用户使用，变相降低了字库建立录入的门槛。
本具体实施方式的控制软件部分如下：
1、上位机部分：由于采用了基于 grbl 开源固件方案的控制板，机器本身即是一台接受G代码的数控设备。本打印机采用了Grbl Controller软件，只需进行相关的参数设置，便可实现向指定 COM 口发送指令（内容所生成 G 代码）的过程。
2、内容生成部分：
基于 HTML5+JavaScript的 Web 端平台，这样一方面是绝大部分用户都可以使用上配套软件，另一方面，支持用户有偿公开其笔迹字库供他人使用，营造生态链。流程上，用户在得到邀请码进入 Web 端注册登录后，开始创建前需要手动选择创建的版本，分别为英文字体 178 个、中文常用字体3700 个、中文全字体 6965 个。其相互为母集子集关系，可从小容量增添至全容量版本。其中每个独立字至少录入一个版本以上，在这样的多重采样后***便可以对其进行随机调用。笔迹的录入部分主要通过导入一块写字板，并根据书写的速度来控制笔画的粗细，最终，用户将需要输出的字段复制进网页对话框，设定字号与行距、间距，便可以生成一份处理好的G代码文件，发送至设备便可以开始书写，写字板的下方设有多个按钮分别对应不同的功能。
通过上述方案，最终可以得到实际的拟人笔迹书写效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.机器人拟人笔迹书写***，其特征在于，包括直线导轨滑块(1)、主体框架(2)、弹性绳(3)、书写笔安装架(4)、第一步进电机(6)、电缆(7)、第二步进电机(8)、控制主板(9)、线缆接插件(10)、电机安装支架(11)、书写笔(12)、铝合金中空型材(13)、主框架板(14)、直线光轴加长滑块(15)、导轨滑块安装板(16)、镀铬光轴导轨(17)、同步带轮(18)、第三步进电机(19)、书写纸张夹装底板(20)、第一齿形同步带(21)、第二齿形同步带(22)、光轴支架(23)和微型导轨(24)，主体框架(2)四周通过铝合金中空型材(13)与书写纸张夹装底板(20)相固定，主体框架(2)内侧中心线上固定有主框架板(14)，主框架板(14)两端固定与直线光轴加长滑块(15)，直线光轴加长滑块(15)设置在镀铬光轴导轨(17)上，镀铬光轴导轨(17)两端通过光轴支架(23)固定在主体框架(2)的四角，主体框架(2)的两角还固定有第一步进电机(6)、第二步进电机(8)，第一步进电机(6)、第二步进电机(8)均设置有同步带轮(18)，同步带轮(18)分别通过第一齿形同步带(21)、第二齿形同步带(22)与导轨滑块安装板(16)相连，导轨滑块安装板(16)内设置有直线导轨滑块(1)，直线导轨滑块(1)与微型导轨(24)滑动配合，微型导轨(24)两端固定在主框架板(14)上，微型导轨(24)上方通过电机安装支架(11)安装有第三步进电机(19)，第三步进电机(19)的电机轴通过弹性绳(3)与书写笔安装架(4)相连，书写笔安装架(4)上安装有书写笔(12)，控制主板(9)固定在主体框架(2)上，控制主板(9)上设置有三个线缆接插件(10)，线缆接插件(10)通过电缆(7)分别与第一步进电机(6)、第二步进电机(8)和第三步进电机(19)相连；所述的打印机还包括软件部分。
2.根据权利要求1所述的机器人拟人笔迹书写***，其特征在于，所述的电缆(7)外部设置有线缆导管(5)。
3.根据权利要求1所述的机器人拟人笔迹书写***，其特征在于，所述的控制主板(9)与电脑端及WEB端软件控制连接。
4.机器人拟人笔迹书写***的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：首先，计算机通过用户在软件平台上的书写过程获得用户笔迹的路径并建立专属字库；然后配合随机算法便可将任意字段，调取用户所选定的笔迹输出至书写***上；最后由硬件设备代替人力完成书写过程，硬件设备中的书写笔在XY平面内自由移动的同时，控制抬落笔以及力度。
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