写字机器人的控制方法【资讯】
毛笔字书写机器人的控制方式可分为以下3类:使用坐标计算的控制方法;使用机器人运动学及动力学的控制方法和智能控制方法。在机器人手臂运动控制问题中，主要的挑战在于动力学和不确定性带来的复杂性。动力学的挑战是由机器人机械臂中的非线性和耦合引起的，而不确定性则可能是动力学参数的不精确性和关节的柔性、驱动动力学、摩擦、传感噪声等的原因所引起的。使用坐标计算轨迹控制绘制汉字这种类型的书写机器人按照预先设定的轨迹、行为、顺序和速度重复进行动作，完成书写。景兴碧的软笔书法机器人控制系统根据书法机器人的系统要求，编制了大量基于VB、VC、PEWIN和EXCEL的应用软件。研究者首先对汉字的结构进行分析分类，对汉字中常用的部首通过编程构建出若干子程序，然后针对某一汉字调用函数并进行参数调整。这种书写方法比较简单，通过坐标计算和计算机编程就能够让机器人实现毛笔字书写，但是书写效果不佳，当书写大量汉字时，会使程序冗杂。利用数学几何算法进行运动学分析，基于AutoCAD和VB设计了MOTOMAN-UP6机器人写字功能，使系统能够在水平面内任意角度实现文字的书写。针对工作面为平面或球面的不同情况，分别使用插补算法和结合三维坐标系旋转变换的姿态插补方法，在给定平面以及给定曲面上以较好的效果完成了汉字的绘制。国外的研究者们也在不同的机器人平台上实现了机械手臂的汉字书写。设计的一种书法机器人主要采用插值算法和坐标变换进行书写，该书法机器人有3个自由度的伺服系统，使用开环伺服系统来解决毛笔书写过程中出现的小半径旋转和笔迹控制中的问题，通过控制伺服电机的转矩、速度和角度来完成机械手的书写动作。使用机器人动力学控制绘制汉字这种类型的书写机器人通过控制机械手臂在已知的运动轨迹条件下运动，反过来求解对应机械臂关节间的角度以达到控制的目的。本节根据机器人控制中使用的理论不同，将从运动学和动力学两方面进行介绍。采用运动学的控制方法，有相当一部分研究者是通过解运动学方程对机械手臂进行控制的。使用了具有类似人类关节的机械臂来模拟人类手臂动作，进而模仿人类的书写能力，通过末端执笔的机械臂，将从汉字中提取出来的信息通过运动学方程来控制机械臂的动作。使用智能控制书写汉字以上所述的机器人书写动作控制方法，大部分都是纯工程学上的方法，智能机器人的发展和应用更需要关注，即机器人具有可以发现自身问题，并且自主决定自身行为的能力。这一节从反馈控制和学习算法控制两方面来介绍不同的智能控制模型。前一类书写机器人通过反馈控制来自动适应外部环境变化，从而修正书写的内容，将外部干扰产生的影响降到最小。后者采用了隐马尔可夫模型、神经络、强化学习等方法来控制机器人对人类行为的模仿学习。