论文部分内容阅读
随着信息化的不断发展,毛笔书法作为中国传统艺术急需被继承与弘扬。越来越多的人形机器人书法吸引了公众的眼球,人形机器人已成为服务机器人领域的重要研究方向。本文以NAO机器人为研究对象,从机器人运动学、汉字信息提取以及书写控制方法三方面,对机器人的软笔书法书写进行了研究。全文研究的主要内容如下:(1)采用了D-H参数建模法对NAO机器人右臂进行建模,接着对其进行正逆运动学分析,求解出右臂握笔时的位姿矩阵以及各关节角的解,利用MATLAB软件中的Robotics Toolbox工具箱对右臂握笔仿真验证,同时进行了逆运动学分析。采用MonteCarlo方法求解NAO机器人右臂握笔工作空间,并通过MATLAB仿真获得右臂握笔工作空间点云图以及右臂握笔书写桌面空间点云图,确定了单个汉字书写位置及区域大小。(2)分别对NAO机器人的关节空间和笛卡尔空间进行了轨迹规划,详细讨论了NAO机器人右臂握笔在工作空间内笛卡尔坐标系上的轨迹规划问题,阐述了直线和圆弧两种曲线运动的位置和姿态插补方法,并采用MATLAB软件仿真验证。其姿态插补采用单位四元数法算法进行分析,将两种曲线运动过程分成加加速、减加速、匀速、加减速和减减速五段进行分析,采用五段S型速度曲线控制算法对加减速进行规划,使得插补运动平滑连续。(3)研究了汉字结构以及楷体笔画特征,对NAO机器人识别的文字图片进行图像预处理,采用中值滤波对图像进行平滑滤波处理,利用最大类间方差法(OTSU)进行二值化,为细化处理做准备工作,采用Hilditch细化算法提取汉字骨架信息,并基于改进的最大圆算法对骨架进行优化,通过该优化算法和Freeman方向链码方法提取笔画宽度和笔顺等信息,获得了稳定清晰的汉字信息。(4)对毛笔的书写行为及其特征进行了分析,并提出了一种机器人毛笔书写的控制方法,最后通过与传统示教NAO机器人书写楷体汉字进行了对比演示实验,实验结果表明书写效果较好。本文研究方案有望被推广至各种机器人书写不同的字体。