基于arduino系统的智能写字机器人(附件)【字数：9494】
摘 要以CNC数控技术为基础，通过控制步进电机的运动轨迹，实现写字功能。传统的写字机器人中，只对运动轨迹有大致的判断，且绘制出的字体，图形都不尽人意。此次写字机器人系统由arduino控制板，金属传感器，舵机，步进电机等组成。本文以探索为青少年学习写字机器人，进一步学习操作机器人以及学习编程指令，深入研究基于CNC数控技术的机械臂书写绘画技术。为了解决传统的DOODLE BOT小车式写字机器人写字不流畅问题，本文通过文字图片处理然后将处理后的结果传到下位机，机器便会在下位机的控制下完成书写或绘画。此次硬件上选用arduino为控制核心，软件利inkscape将图片转换成矢量图，然后通过GrblController生成相应的G代码，下传到下位机，控制步进电机带动签字笔写字。此次方案对青少年编程能力要求不高，简单易操作，降低了机器人硬件要求，可以达到一定的绘制精度。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 论文研究的背景与意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 写字机器人的研究现状 1
1.2.2 我国写字机器人发展现状 2
1.3本文主要研究内容 2
第二章 系统结构设计 3
2.1机械书写控制理论基础 3
2.1.1舵机工作原理及控制方式 3
2.1.2系统控制框图 5
2.2系统硬件设计 5
2.2.1机械结构的选择 5
2.2.2控制器的选择 8
2.2.3电机驱动电路 9
2.2.4传感器的选择 11
2.2.4电机初步调试 12
第三章 软件编程 14
3.1 图像处理及技术分析 14
3.1.1位图矢量化 14
3.2 arduino概述 15
3.2.1 arduino的发展现状及优点 15
3.2.2 arduino硬件及软件开发环境 16
第四章 实验验证 18
4.1实例图片处理 18
4.1.1 inkscape转换矢量图 18
4.1.2 GrblContro *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
ller驱动 19
4.2实例G代码分析 20
第五章 总结与展望 22
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1 论文研究的背景与意义
随着科学技术的不断发展，机器人不断在各个行业蓬勃发展，也不断在各个领域打破与刷新人类的记录，这也标志着机器人技术朝着智能化方向发展。上世纪机器人从发明一直到现在，经过科学家们不断地探索和发展，机器人技术也获得极大的进步，从而到如今机器人已经渗透到各行各业，到现在机器人已经经历三代变化：由最初仅用来研究和军事的机器人，由于控制器和传感器的不断创新，机器人变得视觉和触觉，一直到现在第三代机器人已经发展到智能化的水平。
人类通过眼睛直接获取外界感知信息，通过肌肉感知外接的触觉信息，所以视觉和触觉对于我们的是十分重要的，在没有视觉和触觉的世界里我们根本无法想象我们该如何生存下去。对于机器人来讲视觉和触觉也是非常重要的一部分，所以机器人的发展也离不开传感器技术的发展，两者技术相辅相成共同发展。
当今世界衡量一个国家的工业化水平的标准就是看该国的机器人研究水平，国家之间的工业化竞争就是机器人技术的竞争，当今不管是发达国家还是发展中国家都把机器人发展作为工业发展的重中之重。在新一轮的全球产业升级中，机器人已经成为科技创新的主力。从我国的中国智能制造2025到德国工业4.0概念都是以机器人为主题的计划，在国家的支持下，机器人已经进军各行各业，成为行业中不可缺少的一部分。儿童机器人教育就是一个全新领域，随着国民收入的不断提高，父母对孩子的教育已经不再是单一化，而是更加多样化和科学化，机器人教育无疑是符合时代的潮流。儿童机器人教育的前景是十分宽广的。但是这个领域处于起步阶段，市场上相关产品匮乏，实用性不高，有的机器人构造复杂，造价高昂无法大规模推广。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 写字机器人的研究现状
人工智能似乎让我们对未来有着无限的希望，那些只能做着简单重复性的机器人已经远远不能满足我们的需求，对于智能机器人已经不再是遐想，技术的不断进步已经让机器人可以适应不同环境能处理各式各样的问题。
写字机器人的发展已经有三十多年的历史，从一开始机器人的诞生，到如今机器人技术的成熟稳定，研究最多技术最成熟的也就数工业机器人了，相比之下写字绘画机器人技术就不是那么完善。但是20世纪80年代，人工智能发展呈壮大之势。美国人工智能协会的第一次年会在80年代初召开，几年后人们见证了艺术机器人AARON的诞生。AARON能够创作抽象派画作，其作品还在泰特画廊和旧金山现代艺术博物馆进行了展出。
1.2.2 我国写字机器人发展现状
当前我国的写字机器人主要通过矢量化算法和自由度算法实现机器人运动路径的控制或者图片处理。
我国的绘画机器人当属美图秀秀的绘画机器人Andy莫属，Andy的成长历程与此前的AlphaGo颇有些相似。对于人类来说，要达到Andy现在的水平，至少需要学习五、六年。而Andy只用了半年的时间。绘画机器人之所以拥有如此彪悍的学习能力， 依靠的是美图影像实验室(MTlab)强大的人工智能技术。据了解，绘画机器人Andy运用了MTlab最新研发的影像生成技术(MTgeneration)。MTgeneration的核心是基于MTlab自主研发搭建的生成网络Draw Net，通过深度学习技术对大量图像数据进行精准分析与学习，不断增强机器人的绘画能力。也就是说，Andy画的越多，她的绘画能力就越强。
1.3本文主要研究内容
本文以探索为青少年学习写字机器人，进一步学习操作机器人。学习数控相关指令，以及编程的整体构架。此次硬件上选用arduino为控制核心，软件利inkscape将图片转换成矢量图，然后通过GrblController生成相应的G代码，下传到下位机，控制步进电机带动签字笔写字。文字处理的核心就是将待处理文字的边缘利用极限的思想将菱角分明的字体利用一小节一小节直线和圆弧来代替，从而进行绘制。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 论文研究的背景与意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 写字机器人的研究现状 1
1.2.2 我国写字机器人发展现状 2
1.3本文主要研究内容 2
第二章 系统结构设计 3
2.1机械书写控制理论基础 3
2.1.1舵机工作原理及控制方式 3
2.1.2系统控制框图 5
2.2系统硬件设计 5
2.2.1机械结构的选择 5
2.2.2控制器的选择 8
2.2.3电机驱动电路 9
2.2.4传感器的选择 11
2.2.4电机初步调试 12
第三章 软件编程 14
3.1 图像处理及技术分析 14
3.1.1位图矢量化 14
3.2 arduino概述 15
3.2.1 arduino的发展现状及优点 15
3.2.2 arduino硬件及软件开发环境 16
第四章 实验验证 18
4.1实例图片处理 18
4.1.1 inkscape转换矢量图 18
4.1.2 GrblContro *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
ller驱动 19
4.2实例G代码分析 20
第五章 总结与展望 22
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1 论文研究的背景与意义
随着科学技术的不断发展，机器人不断在各个行业蓬勃发展，也不断在各个领域打破与刷新人类的记录，这也标志着机器人技术朝着智能化方向发展。上世纪机器人从发明一直到现在，经过科学家们不断地探索和发展，机器人技术也获得极大的进步，从而到如今机器人已经渗透到各行各业，到现在机器人已经经历三代变化：由最初仅用来研究和军事的机器人，由于控制器和传感器的不断创新，机器人变得视觉和触觉，一直到现在第三代机器人已经发展到智能化的水平。
人类通过眼睛直接获取外界感知信息，通过肌肉感知外接的触觉信息，所以视觉和触觉对于我们的是十分重要的，在没有视觉和触觉的世界里我们根本无法想象我们该如何生存下去。对于机器人来讲视觉和触觉也是非常重要的一部分，所以机器人的发展也离不开传感器技术的发展，两者技术相辅相成共同发展。
当今世界衡量一个国家的工业化水平的标准就是看该国的机器人研究水平，国家之间的工业化竞争就是机器人技术的竞争，当今不管是发达国家还是发展中国家都把机器人发展作为工业发展的重中之重。在新一轮的全球产业升级中，机器人已经成为科技创新的主力。从我国的中国智能制造2025到德国工业4.0概念都是以机器人为主题的计划，在国家的支持下，机器人已经进军各行各业，成为行业中不可缺少的一部分。儿童机器人教育就是一个全新领域，随着国民收入的不断提高，父母对孩子的教育已经不再是单一化，而是更加多样化和科学化，机器人教育无疑是符合时代的潮流。儿童机器人教育的前景是十分宽广的。但是这个领域处于起步阶段，市场上相关产品匮乏，实用性不高，有的机器人构造复杂，造价高昂无法大规模推广。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 写字机器人的研究现状
人工智能似乎让我们对未来有着无限的希望，那些只能做着简单重复性的机器人已经远远不能满足我们的需求，对于智能机器人已经不再是遐想，技术的不断进步已经让机器人可以适应不同环境能处理各式各样的问题。
写字机器人的发展已经有三十多年的历史，从一开始机器人的诞生，到如今机器人技术的成熟稳定，研究最多技术最成熟的也就数工业机器人了，相比之下写字绘画机器人技术就不是那么完善。但是20世纪80年代，人工智能发展呈壮大之势。美国人工智能协会的第一次年会在80年代初召开，几年后人们见证了艺术机器人AARON的诞生。AARON能够创作抽象派画作，其作品还在泰特画廊和旧金山现代艺术博物馆进行了展出。
1.2.2 我国写字机器人发展现状
当前我国的写字机器人主要通过矢量化算法和自由度算法实现机器人运动路径的控制或者图片处理。
我国的绘画机器人当属美图秀秀的绘画机器人Andy莫属，Andy的成长历程与此前的AlphaGo颇有些相似。对于人类来说，要达到Andy现在的水平，至少需要学习五、六年。而Andy只用了半年的时间。绘画机器人之所以拥有如此彪悍的学习能力， 依靠的是美图影像实验室(MTlab)强大的人工智能技术。据了解，绘画机器人Andy运用了MTlab最新研发的影像生成技术(MTgeneration)。MTgeneration的核心是基于MTlab自主研发搭建的生成网络Draw Net，通过深度学习技术对大量图像数据进行精准分析与学习，不断增强机器人的绘画能力。也就是说，Andy画的越多，她的绘画能力就越强。
1.3本文主要研究内容
本文以探索为青少年学习写字机器人，进一步学习操作机器人。学习数控相关指令，以及编程的整体构架。此次硬件上选用arduino为控制核心，软件利inkscape将图片转换成矢量图，然后通过GrblController生成相应的G代码，下传到下位机，控制步进电机带动签字笔写字。文字处理的核心就是将待处理文字的边缘利用极限的思想将菱角分明的字体利用一小节一小节直线和圆弧来代替，从而进行绘制。
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