針對近年來機器人模仿類似人類筆跡的紙筆書寫面臨的反應速度慢、精度低及交互繁瑣的問題,提出并實現了由4個舵機驅動的四自由度機械臂關節(jié)結構,設計了根據書寫筆畫通過自學習完成的包括舵機編號、角度、動作運行時間等信息構成的動作代碼,實現了機械臂書寫的毫米級穩(wěn)定控制。在此基礎上,設計實現了一套基于語音控制的智能書寫機器人系統(tǒng),即通過語音控制小型機械臂完成文字書寫。該系統(tǒng)采用樹莓派3B為主控與32路伺服舵機控制板相結合構成控制平臺,實現了語音識別、發(fā)音比對糾錯、語音文本轉換、即時語音書寫、書寫字體切換、書寫精度控制等模塊和功能,系統(tǒng)中精密細小部件利用3DSMAX繪圖3D打印制成。系統(tǒng)測試結果表明,所設計系統(tǒng)的語音平均識別反饋文本時間為2.36 s,單字平均書寫時間為2.12 s,與一般情況下人手書寫速度持平。 

【文章來源】：計算機應用. 2020,40(S1)北大核心

【文章頁數】：5 頁

【部分圖文】：

系統(tǒng)內硬件模塊連接圖

樹莓派通過外接高質量語音接收設備，如麥克風，實現高質量的語音收集錄入，并利用ARM處理能力實現語音識別、語音-文本轉換、以及相應的反饋處理。通過應用界面模塊實現用戶交互，顯示所識別的語音內容，如果用戶因讀音不準導致顯示的內容不準確，用戶可以選擇重新輸入；對于成語、古詩詞內容等，系統(tǒng)可以做到糾正讀音錯誤，直至用戶確認內容正確。系統(tǒng)還建立并存儲了包含多種字體的漢字、英文等的書寫動作庫，包括筆畫順序、書寫軌跡等，以保障準確控制伺服舵機完成書寫功能。樹莓派將識別正確的語音轉化為書寫命令發(fā)送給舵機總線控制器。為保障書寫品質，即保證書寫無滯后的同時控制書寫精度達到毫米級，提出了書寫機械臂的臂軸由四個串行總線伺服舵機LX5D聯動構成并實現四自由度軌跡規(guī)劃的方法。其中，機械臂內部筆架部分零件使用3DSMAX繪圖軟件繪制并利用3D打印制作而成，如圖3所示。由于筆架部分拆卸頻繁易損耗，且結構特殊精巧，因此，使用3D打印技術可以根據需求自主設計并高效再生損耗零部件。

為保障書寫品質，即保證書寫無滯后的同時控制書寫精度達到毫米級，提出了書寫機械臂的臂軸由四個串行總線伺服舵機LX5D聯動構成并實現四自由度軌跡規(guī)劃的方法。其中，機械臂內部筆架部分零件使用3DSMAX繪圖軟件繪制并利用3D打印制作而成，如圖3所示。由于筆架部分拆卸頻繁易損耗，且結構特殊精巧，因此，使用3D打印技術可以根據需求自主設計并高效再生損耗零部件。在用戶交互上，圖形用戶界面（Graphical User Interface,GUI）利用Python平臺下Pyqt工具包編寫完成。具體搭建基于操作系統(tǒng)Raspbian，采用Pyhon3.7+Pyqt4+Eric4為開發(fā)平臺，其中Eric4是一個基于Python平臺的圖形化界面集成開發(fā)環(huán)境（Integrated Development Environment,IDE），集成了多種功能的標準化代碼塊，且包含一個插件系統(tǒng)，允許從網上下載插件擴展IDE功能，以輔助開發(fā)者高效完成界面設計與實現。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]基于Google Speech-API的簡單語音對話系統(tǒng)的實現[D]. 于雷.華南理工大學 2012
[2]五自由度寫字機器人系統(tǒng)研究[D]. 類延超.山東大學 2012



本文編號：2981793