[发明专利]一种基于脱机文字识别的仿生写字机械手书写汉字系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种写字机械手，具体涉及一种仿生写字机械手书写汉字系统。

背景技术

目前的教育机器人主要集中在教学培训成品&套件、遥控车&平台车、服务机器人、二次开发线路板等等，其开发主要集中在智能软件的开发上，硬件开发较少，进而导致教育机器人存在较差的改造环境的能力，而写字机械手作为教育机器人的一个重要研究方向，由于传统的X-Y坐标写字机械手或六自由度的机械臂写字机械手构造复杂，造价高昂，不利于教育机器人的推广应用。

发明内容

本发明旨在提供一种基于脱机文字识别的仿生写字机械手书写汉字系统，该系统通过对人书写方式的抽象和简化，得到一个结构简单的、能实现写字功能的机械手。

本发明目的通过下述技术方案来实现：一种基于脱机文字识别的仿生写字机械手书写汉字系统，包括汉字输入装置、汉字笔画信息提取和处理装置、写字机械手，所述汉字笔画信息提取和处理装置分别与汉字输入装置和写字机械手相连，所述汉字输入装置将由人工输入的汉字传送给汉字笔画信息提取和处理系统，所述写字机械手由汉字笔画提取和处理系统控制。

所述的汉字输入装置为触摸屏，所述触摸屏与汉字笔画信息提取和处理装置相连，用于人机交互，完成汉字的输入，供汉字笔画信息提取和处理装置进行信息处理。

所述的汉字笔画提取和处理装置包括：STM32单片机，电机驱动硬件电路模块，左、右编码盘；所述电机驱动硬件电路模块分别与STM32单片机和写字机械手的两驱动电机相连；所述STM32单片机通过应用程序获得汉字的点阵序列，由点阵序列根据脱机文字识别技术提取出汉字笔画，并生成汉字笔画的书写顺序，最终转换成写字机械手的控制信号，经电机驱动硬件电路模块放大，驱动写字机械手完成汉字的书写，并通过左、右编码盘完成笔画的实时反馈校正。

所述的写字机械手包括：支撑平板，约束连杆系统，由主支撑台和电机支撑板组成的机械手支撑台，左、右驱动系统，左、右编码盘传感器，由左、右传动部分与末端平行臂相连接组成的传动机构，抬笔驱动电机、抬笔机构、写字笔；所述约束连杆系统，左、右驱动系统，左、右编码盘传感器及传动机构以抬笔驱动电机、抬笔机构和写字笔为中心对称布置；所述主支撑台分别与支撑平板和电机支撑板固接，所述电机支撑板同时也与左、右驱动系统的左、右驱动电机固连；所述左、右编码盘传感器分别与左、右驱动电机的转轴固连，用于检测驱动电机转角，并通过相应的检测电路将所测信号传送给控制系统；所述约束连杆系统固定在支撑平板上，用于对传动机构进行一个自由度的约束，进而实现末端平行臂的姿态固定；所述抬笔机构与传动机构相连，用于支撑抬笔驱动电机，进而实现写字笔的收放运动。

所述约束连杆系统包括：固定约束连杆，约束连杆支撑台，左、右约束连架杆，左、右等边三角架，左、右约束连杆；所述约束连杆支撑台分别与固定约束连杆和支撑平板固定连接，所述固定约束连杆一端通过转动副与左约束连架杆相连，所述左约束连架杆通过转动副与左等边三角架的一个端点相连，所述左等边三角架的又一个端点通过转动副与左约束连杆相连，所述左约束连杆通过转动副与末端平行臂的一端相连，所述固定约束连杆另一端通过转动副与右约束连架杆相连，所述右约束连架杆通过转动副与右等边三角架的一个端点相连；所述右等边三角架的又一个端点通过转动副与右约束连杆相连；所述右约束连杆通过转动副与末端平行臂的另一端相连。

所述左驱动系统是一个开式双转动副运动链，其包括：左驱动步进电机、左驱动联轴器、左驱动连架杆、左驱动连杆，所述左驱动步进电机的轴与左驱动联轴器固接，所述左驱动联轴器与左驱动连架杆固接，所述左驱动连架杆与左驱动连杆通过转动副连接；所述右驱动系统与左驱动系统的类似。

所述左传动部分包括：左大臂、左小臂，所述右传动部分包括：右大臂、右小臂，所述左、右大臂，左、右小臂与末端平行臂及电机支撑板共同组成一个六杆机构，所述左传动部分的左大臂一端通过转动副与电机支撑板相连接且该转动副的轴线与左驱动联轴器的轴线重合，但不固接，另一端通过转动副与左小臂相连，所述左小臂是一个三转动副连杆，所述末端平行臂的一端通过转动副与左小臂相连接，所述驱动连杆通过转动副与左小臂相连接，进而向传动机构提供一个驱动力；所述右传动部分的连接与左传动部分的类似。

本发明根据方向特征识别笔画的技术提取出汉字笔画，并生成汉字笔画的书写顺序，最终转换成写字机械手的控制信号，驱动写字机械手完成汉字的书写，并通过编码盘完成笔画的实时反馈校正。