仿手写字体机器人的设计

北京联合大学 肖昆全 高 生 张翠霞

1.总体设计方案

本设计研究的是平面X,Y两垂直方向上运动的仿手写字体机器人，上位机用PC机作为主机,通过Inkscape矢量图像编辑软件将输入的文字转换成坐标形式的数组代码,采用PIC18F46J50为核心的微控制器构成主控系统作为从机，将数据传输发送给下位机控制器,控制器解析指令与数据，根据矢量数据产生电脉冲信号由步进电机驱动控制电机的旋转进而控制书写笔到目标坐标位置，从而精确的实现笔画的书写，其整体设计方案如图1.1所示。

图1.1 仿手写字体机器人整体设计方案

2.上位机结构设计

用PC机作为主机,通过Inkscape矢量图像编辑软件将输入的文字转换成坐标形式的数组代码,其功能是将位图转换为矢量图，以下主要介绍设计中要点：

单线条字体设计：设计研究中发现对于用矢量图像编辑软件将文字处理为矢量图，处理完之后只有文字的轮廓如图2.1所示，这样就造成了下位机书写出来的文字不是单线条文字，而是文字的轮廓。通过研究找到一种解决方法，即可采取首先在AutoCAD中构建的单线条图形样板，再在单线条图形样板下建立新文件，然后在文件中可以输入想要书写的文字，再通过用Txtexp命令将书写的文字打散，这样就能将文字处理为单线条字体如图2.2所示。

图2.1 未处理的轮廓文字

图2.2 处理的单线条文字

3.下位机的设计

主控制电路的程序设计功能包括：舵机控制，步进电机控制，LED指示灯工作情况指示，按键控制可以选择暂停工作及程序复位。主控电路控制程序设计模块如图3.1所示。

图3.1 主控电路程序控制设计模块图

步进电机控制设计：此部分设计的程序是选取仿手写字体机器人的X轴一端和Y轴的夹笔端交点为参考原点，此参考原点设定为每次写字的出发点也是写完字的归位点。每次书写开始X，Y轴需要首先运动到指定书写区域内（如图3.2所示），然后开始根据软件处理的矢量数据坐标完成文字书写。

图3.2 设计书写区域图

4.深度开发

设计中增加写字机器人的绘画功能，将写字机器人扩展为具有写字及绘画功能的机器人。设计主要是针对素描画，将图画导入到Inkscape矢量图像编辑软件，选择临摹位图轮廓，主要是调节合适的亮度阈值参数，使得图画有比较好的线条感，有利于下一步仿手写字体机器人的书写，其中图画不同阈值下线条感对比如图4.1所示。

图4.1 不同阈值下图画线条感对比

[1]普雷迪科著,宗光华,李大寨译.机器人控制器与程序设计[M].北京:科学出版社,2004.

[2]张培仁,杨兴明.机器人系统设计与算法[M].北京:中国科学技术大学出版社,2008.

[3]张宏伟,汪洋,李新德.单片机应用技术[M].北京:北京理工大学出版社,2016.