[发明专利]笔势模仿机器人

说明书

本发明提供一种笔势模仿机器人，主要由机架、笔桥、笔座、平移机构和笔势控制机构组成，其中平移机构用于带动笔座在三维直角坐标系的XY方向位移形成笔迹，笔势控制机构安装在笔桥上，包括框体和球体，球体安装在框体内，框体上安装有用于带动球体旋转的滚轴，并在滚轴上安装有电机和滚动编码器，在球体中心穿设有钢笔，钢笔与球体内壁之间具有用于控制钢笔进给的丝杆与螺母；平移机构包括四个动轮、四个定轮和一条封闭的同步带，动轮安装于工字型笔桥的四个角上，定轮安装于机架的四个角上，同步带呈H形绕制在动轮与定轮上；使用时，向两个定轮分别输入变化的转矩，带动同步带及笔桥形成预设的轨迹，同时笔势控制机构按照预设的压感控制书写压力，实现自动化的签名。

技术领域

本发明涉及一种使用书写工具批量生成笔迹的机器人，具体涉及笔势模仿机器人。

背景技术

钢笔由于笔尖具备的特殊结构，在不同笔势下的书写效果/笔迹完全不同，而现有签名机受限于结构设计，往往采用竖直持笔的方式书写，无法对真人书写的笔势力/笔锋进行模仿。设计一种具备笔势模仿功能的签名机器人，提高机器签名的复现程度，就成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，设计一种笔势模仿机器人。

为解决上述技术问题而提出的技术方案是，笔势模仿机器人，包括机架、笔桥、平移机构和笔势控制机构，

所述平移机构用于带动钢笔在三维直角坐标系的XY方向位移形成笔迹，所述笔势控制机构用于带动钢笔与Z轴形成所需夹角；

所述平移机构包括四个动轮、四个定轮和一条封闭的同步带，动轮安装在工字型笔桥的四个角上，定轮安装在机架的四个角上，同步带呈H形绕制在动轮与定轮上；

所述笔势控制机构安装在笔桥上，包括框体和球体，所述球体安装在框体内，所述框体上安装有用于带动球体旋转的滚轴，所述滚轴上安装有电机和滚动编码器，所述球体中心穿设有钢笔，所述钢笔与球体内壁之间具有用于控制钢笔进给的丝杆与螺母，所述丝杆螺母与压力传感器联接。

具体地，所述滚轴包括控制球体沿X轴旋转的第一滚轴，沿Y轴旋转的第二滚轴，以及沿Z轴旋转的第三滚轴。

具体地，所述第一滚轴与X坐标轴平行，所述第二滚轴与Y轴平行，所述第三滚轴与Z轴平行。

具体地，定轮包括第一定轮、第二定轮、第三定轮和第四定轮，其中第一定轮和第三定轮位于第一直线上，第二定轮与第四定轮位于第二直线上，所述笔桥连接于第一直线和第二直线之间，其中第一定轮由第一电机驱动，所述第三定轮与第一编码器联接，所述第二定轮由第二电机驱动，所述第四定轮与第二编码器联接。

具体地，所述第一电机选用伺服电机或步进电机，所述第二电机选用伺服电机或步进电机。

具体地，所述机架的外部罩设透明壳体，所述透明壳体的顶部设有图形用户界面。

上述的笔势模仿机器人的自动书写方法，是向两个定轮分别输入不同的扭矩，带动同步带及笔桥形成预设的轨迹，同时笔势控制机构按照预设的笔势调整钢笔与Z轴夹角以及距离纸张距离。另外两个定轮的编码器采集转动角速度，对两个定轮输入扭矩进行反馈控制；滚动编码器采集滚轴的运动角度，对笔势控制进行反馈。

使用时，第一电机和第二电机输出变化转矩，输出实现等效于XY轴的插补运算，形成书写轨迹；同时笔势控制控制钢笔的进给量和空间角度，完全模仿书法的模式形成书法作品。

有益效果：本发明使用同步带驱动的平移机构和笔势控制机构进行书写，使用六个输入自由度模仿人执笔书法时的复杂动作，简化了控制程序，降低了硬件的成本，具备显著的进步。由于机架机构简单，对运动的钢笔的遮挡可忽略不计，配合透明壳体，方便实时报道/见证自动签名笔迹的生成过程。

附图说明