内容提要：本文主要叙述了机器人拟人写字的过程，特别是机械手动作和6B字模的定义及意义，写字的实现过程。

　　Abstract: This article mainly narrated the process which the robot personification writes, specially the manipulator acts and the 6B matrix definition and the significance, writes realizes the process.

　　关键字：机器人、6B字模、单片机、机械臂、机械手

　　Key word: Robot 6B matrix monolithic integrated circuit mechanical arm manipulator

　　概述：随着计算机科学的不断发展，机器人研究也已经取得了可喜进步，机器人唱歌、机器人跳舞、机器人摔脚、等，而计算机写字主要是打印机为主，本文介绍是写汉字的机器人，以6B语言为思维的输入方法，按照人的规范笔画顺序，进行汉字的书写。它是机器人看、听、说、写、做不可缺少的部分，它的到来使机器人的功能更加完备。

　　1、机器人写字总体结构

　　机器人由移动底盘、身驱、机械手臂等组成。移动底盘由四个轮子支撑。两个导向轮，两个驱动轮。四个轮的动作均由直流电机控制控制。电机功率分别为10W和60W，内有减速器。机器人可以通过控制两导向轮和两主轮的不同转速比实现不同的曲线运动。

　　机器人着笔按正常人的笔划规则写字，O’为移动平台中心位置;X’为平台移动的正方向;0’为字体的中心位置;XOY面为写字动作面;X方向的运动通过平台运动来实现：ΔX’=ΔX;Y方向的移动通过机械臂、手的摆动来实现。

　　通过控制平台和臂的不同速度和不同位移量来实现在地平面上写字的各种笔划。 根据笔划的实/虚来控制“墨水”的有无。

　　2、手臂的设计

　　图1 机械手结构原理图

　　手臂是分两部分设计的，可分为大手臂和小手臂两部分，两手臂之间用手臂联接器联接，其选用的材料是3mm的钢板，以期能够达到使用强度的要求，在小手臂的转动过程中，力的传递是通过齿轮和V带传动传递实现的，手臂联接器只起连接作用，两个齿轮的转速比为1：2.5，共一套，V带带轮两套轴的两端各一套，其中主动带轮与从动齿轮同轴。

　　手臂主动轮一个： 从动齿轮一个:

　　材料：尼龙 材料:尼龙66

　　模数m: 1.5 模数:1.5

　　齿数z: 24 齿数:60

　　齿形角α:20度

　　3、机械手设计

　　机械手设计采用丝杆滑块(或称螺母)的螺纹传动方法。其结构原理简图如下所示：

　　固定于小手臂端部的驱动电机带动丝杆转动，螺母就会沿丝杆平移，(螺母上有铰链)由螺母带动连杆2平动，连杆2平动使连杆1(就是机械手手指)张开或合拢。

　　4、机器人写字过程

　　开始→调入字模→驱动软件→寻位→笔水控制→写

　　机器人通过机械手所控制的“水笔”在地上写字，字体大小为0.64m2 ,笔划是先左后右，

　　先上后下，先里后外。写字速度平均每分钟写5个汉字。

　　机器人写字预先存储的“字模”;将“字模”变成实体汉字的驱动软件。

　　5、6B字模

　　汉字可看成由一组笔划构成。每个笔划具备下列要素：笔划的长度，笔划的方向，笔划的空间位置。另外，还有一些特殊笔划-----虚笔划(或叫空笔划)，即两笔划之间的过渡和回笔动作。我们把两笔之间的过渡记做“虚笔划”，用0表示;而实笔划用1描述;用X、Y表示两个垂直坐标方向来描述。一个笔画用6个字节(Byte)，称6B格式。

　　具体6B格式的定义：内容如下：

　　第一个字节：描述笔划的X步数;

　　第二个字节：描述X走向;

　　第三个字节：描述笔划的Y步数;

　　第四个字节：描述Y走向;

　　第五个字节：描述直线/凸线/凹线;

　　第六个字节：描述写/回笔;(实/虚)。

　　6、电源设计：把220交流电处理成12V和5V直流电源，供直流电机和单片机系统用。

　　7、控制电路：选择PHILIPS公司生产的80C552单片机。它属8位机，68个管脚。实

　　图2 操作电机的单片机引脚

　　现了对直流电动机调速能进行有效控制的PWM端口，信号捕捉端口(共4个)及自动复位的看门狗功能。

　　直流电机驱动接口电路为单片机80C552定频调宽信号输出端。在设计中PWM0的频率为1200Hz。Pc0、Pc1为输出扩展芯片8255C口的第0位和第1位。它们与PWM0相或后，通过光电隔离控制两个场效应管。直流电机在两个固态继电器和两个场效应管控制下实现正反转。

　　步进电动机驱动接口电路

　　机器人写字时，X方向靠机器人的移动实现，即两个直流电动机的正反转实现。而Y方向靠机器人手臂上的步进电机实现。步进电机转动带动80mm长的手臂作圆弧运动，在程序控制下进行书写动作。L1、L2、L3为步进电机的三相电枢，通过三个场效应管REFP150的通断实现三相六位方式运动。再通过4︰1减速器后，在80mm长的手臂端形成的弧线移动，其移动步长为5毫米。

　　7、机器人字模驱动软件

　　图3、给出机器人书写驱动程序框图。为了能执行用6B语言编写的字模首先要建立6字节公用暂存区，将不同的字转换成同一个处理模式。

　　将文字的笔划调

入6字节暂存区 是回笔吗? 空笔划走完此笔划 笔划调完吗 调下一笔划 是斜线吗? 计算斜率 直线写笔划 斜线写笔划 写一个字 开始 图3 机器人书写驱动程序框图

　　8、去抖动支持软件

　　为了能使机器人可靠的工作，除了需要可靠的主程序和驱动程序支持外，对外来信号的处理也很关键，如测量速度、位移等的脉冲信号，这些信号都带有干扰性的抖动，必须加以处理。这些任务都交给主控机(80C552)完成，则主机负担太大，主程序也很难设计。对此，我们专门设计了一个去抖动接口，由单片机89C51实现，其程序框图如图如下所示。

　　结束语：本文对机械臂和机械手、6B字模作了较祥细的研究，但对臂和手的形体来说还是太粗笨，字模工作只作了部分，还需要投入大量时间和精力进一步研究。

　　参考资料

　　1、李泉溪，机器人快速曲线移动解决方案、焦作工学院学报 2004年第4期

　　2、日本机械学会 机器人技术手册 北京：科学出版 1996

　　3、李庆中等。移动机器人路径的智能预瞄控制方法研究.机器人。2002，24(2)

　　4、田淑抗等，移动机器人运动控制器的设计。电子设计应用。2004，15(3)

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