基于语音控制的四自由度轨迹规划书写机器人系统
发布时间：2021-01-17 00:03
针对近年来机器人模仿类似人类笔迹的纸笔书写面临的反应速度慢、精度低及交互繁琐的问题,提出并实现了由4个舵机驱动的四自由度机械臂关节结构,设计了根据书写笔画通过自学习完成的包括舵机编号、角度、动作运行时间等信息构成的动作代码,实现了机械臂书写的毫米级稳定控制。在此基础上,设计实现了一套基于语音控制的智能书写机器人系统,即通过语音控制小型机械臂完成文字书写。该系统采用树莓派3B为主控与32路伺服舵机控制板相结合构成控制平台,实现了语音识别、发音比对纠错、语音文本转换、即时语音书写、书写字体切换、书写精度控制等模块和功能,系统中精密细小部件利用3DSMAX绘图3D打印制成。系统测试结果表明,所设计系统的语音平均识别反馈文本时间为2.36 s,单字平均书写时间为2.12 s,与一般情况下人手书写速度持平。
【文章来源】：计算机应用. 2020,40(S1)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
系统内硬件模块连接图
树莓派通过外接高质量语音接收设备，如麦克风，实现高质量的语音收集录入，并利用ARM处理能力实现语音识别、语音-文本转换、以及相应的反馈处理。通过应用界面模块实现用户交互，显示所识别的语音内容，如果用户因读音不准导致显示的内容不准确，用户可以选择重新输入；对于成语、古诗词内容等，系统可以做到纠正读音错误，直至用户确认内容正确。系统还建立并存储了包含多种字体的汉字、英文等的书写动作库，包括笔画顺序、书写轨迹等，以保障准确控制伺服舵机完成书写功能。树莓派将识别正确的语音转化为书写命令发送给舵机总线控制器。为保障书写品质，即保证书写无滞后的同时控制书写精度达到毫米级，提出了书写机械臂的臂轴由四个串行总线伺服舵机LX5D联动构成并实现四自由度轨迹规划的方法。其中，机械臂内部笔架部分零件使用3DSMAX绘图软件绘制并利用3D打印制作而成，如图3所示。由于笔架部分拆卸频繁易损耗，且结构特殊精巧，因此，使用3D打印技术可以根据需求自主设计并高效再生损耗零部件。
为保障书写品质，即保证书写无滞后的同时控制书写精度达到毫米级，提出了书写机械臂的臂轴由四个串行总线伺服舵机LX5D联动构成并实现四自由度轨迹规划的方法。其中，机械臂内部笔架部分零件使用3DSMAX绘图软件绘制并利用3D打印制作而成，如图3所示。由于笔架部分拆卸频繁易损耗，且结构特殊精巧，因此，使用3D打印技术可以根据需求自主设计并高效再生损耗零部件。在用户交互上，图形用户界面（Graphical User Interface,GUI）利用Python平台下Pyqt工具包编写完成。具体搭建基于操作系统Raspbian，采用Pyhon3.7+Pyqt4+Eric4为开发平台，其中Eric4是一个基于Python平台的图形化界面集成开发环境（Integrated Development Environment,IDE），集成了多种功能的标准化代码块，且包含一个插件系统，允许从网上下载插件扩展IDE功能，以辅助开发者高效完成界面设计与实现。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于矢量图的绘图写字机器人解决方案[J]. 余萍萍,闫芮铭,叶江南. 科技经济导刊. 2019(12)
[2]基于树莓派及串行舵机控制技术的人形机器人控制系统的设计及实现[J]. 周雅静,彭熙,张翠翠,王寅霄,郑世珏. 电子世界. 2019(02)
[3]共融机器人的基础理论和关键技术[J]. 丁汉. 机器人产业. 2016(06)
[4]写字机器人运动学分析及仿真[J]. 张学文,陈小安,梁锡昌. 现代制造工程. 2009(10)
[5]BM算法的研究与改进[J]. 闵联营,赵婷婷. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2006(03)
硕士论文
[1]基于Google Speech-API的简单语音对话系统的实现[D]. 于雷.华南理工大学 2012
[2]五自由度写字机器人系统研究[D]. 类延超.山东大学 2012
本文编号：2981793
【文章来源】：计算机应用. 2020,40(S1)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
系统内硬件模块连接图
树莓派通过外接高质量语音接收设备，如麦克风，实现高质量的语音收集录入，并利用ARM处理能力实现语音识别、语音-文本转换、以及相应的反馈处理。通过应用界面模块实现用户交互，显示所识别的语音内容，如果用户因读音不准导致显示的内容不准确，用户可以选择重新输入；对于成语、古诗词内容等，系统可以做到纠正读音错误，直至用户确认内容正确。系统还建立并存储了包含多种字体的汉字、英文等的书写动作库，包括笔画顺序、书写轨迹等，以保障准确控制伺服舵机完成书写功能。树莓派将识别正确的语音转化为书写命令发送给舵机总线控制器。为保障书写品质，即保证书写无滞后的同时控制书写精度达到毫米级，提出了书写机械臂的臂轴由四个串行总线伺服舵机LX5D联动构成并实现四自由度轨迹规划的方法。其中，机械臂内部笔架部分零件使用3DSMAX绘图软件绘制并利用3D打印制作而成，如图3所示。由于笔架部分拆卸频繁易损耗，且结构特殊精巧，因此，使用3D打印技术可以根据需求自主设计并高效再生损耗零部件。
为保障书写品质，即保证书写无滞后的同时控制书写精度达到毫米级，提出了书写机械臂的臂轴由四个串行总线伺服舵机LX5D联动构成并实现四自由度轨迹规划的方法。其中，机械臂内部笔架部分零件使用3DSMAX绘图软件绘制并利用3D打印制作而成，如图3所示。由于笔架部分拆卸频繁易损耗，且结构特殊精巧，因此，使用3D打印技术可以根据需求自主设计并高效再生损耗零部件。在用户交互上，图形用户界面（Graphical User Interface,GUI）利用Python平台下Pyqt工具包编写完成。具体搭建基于操作系统Raspbian，采用Pyhon3.7+Pyqt4+Eric4为开发平台，其中Eric4是一个基于Python平台的图形化界面集成开发环境（Integrated Development Environment,IDE），集成了多种功能的标准化代码块，且包含一个插件系统，允许从网上下载插件扩展IDE功能，以辅助开发者高效完成界面设计与实现。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于矢量图的绘图写字机器人解决方案[J]. 余萍萍,闫芮铭,叶江南. 科技经济导刊. 2019(12)
[2]基于树莓派及串行舵机控制技术的人形机器人控制系统的设计及实现[J]. 周雅静,彭熙,张翠翠,王寅霄,郑世珏. 电子世界. 2019(02)
[3]共融机器人的基础理论和关键技术[J]. 丁汉. 机器人产业. 2016(06)
[4]写字机器人运动学分析及仿真[J]. 张学文,陈小安,梁锡昌. 现代制造工程. 2009(10)
[5]BM算法的研究与改进[J]. 闵联营,赵婷婷. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2006(03)
硕士论文
[1]基于Google Speech-API的简单语音对话系统的实现[D]. 于雷.华南理工大学 2012
[2]五自由度写字机器人系统研究[D]. 类延超.山东大学 2012
本文编号：2981793
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