可替代人工书写的装置制造方法
【专利摘要】本发明的可替代人工书写的装置，由书写笔、机械臂和控制终端构成；机械臂包括夹持书写笔的手部、与手部连接的臂部以及安置臂部的基体；基体还设置通信模块和控制模块，基体接收控制终端的指令，由控制模块控制臂部以及手部完成书写。本装置，可以将控制终端发出的命令、书写行为或内容，传输到机械臂，再由机械臂执行或同步，书写在黑板上，产品体积小、性能稳定、可靠性高、书写速度快。应用本装置可减少粉尘对人的危害，降低教师的工作强度。由于控制终端与机械臂离开足够的距离，该装置还可以应用在诸如高大壁画、天花板作画及雕刻等不方便进行操作的场合，也可以对其功能进行有效拓展后用于代替人工刷漆、高楼清洗和脏污清理等。
【专利说明】可替代人工书写的装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机器人，尤其涉及一种可替代人工书写的装置。
【背景技术】
[0002] 教学实践领域，在以多媒体教学为主流的环境下，传统的黑板板书教学方式仍占 有举足轻重的地位。该教学方式生动形象，灵活性和可操作性强，能起到很好的教学目的。
[0003] 可板书教学过程中，授课者要利用粉笔手动书写，幅面切换时需用黑板刷手动擦 除，费时费力，且粉笔落下的粉尘对人的身体健康有害；现有的研究皆是通过改良擦除黑板 的方式或者提高擦除效率以及使用新材料黑白（如磁性黑板）等来减少粉尘对老师的危害。 这类改进起到了一定的作用，但是还是存在以下两点主要问题。第一，黑板擦除装置结构复 杂，操作繁琐，很多授课者都不愿意使用；第二，授课者仍然还得手动进行书写，工作强度依 旧很大。
【发明内容】
[0004] 为了减少粉尘对人体的危害，也为了减轻教师的工作强度和黑板书写量，本发明 提供一种可替代人工书写的装置。
[0005] 本发明的可替代人工书写的装置，由书写笔、机械臂和控制终端构成；机械臂包括 夹持书写笔的手部、与手部连接的臂部以及安置臂部的基体； 基体还设置通信模块和控制模块，基体接收控制终端的指令，由控制模块控制臂部以 及手部完成书写。
[0006] 为便于在立面进行书写，本发明的装置，在基体底部还设置吸盘。吸盘可将机械臂 吸附固定在立面黑板(包括各种各样的坚直的或倾斜的黑板和白板等）上完成书写，同时对 机械臂定位。
[0007] 作为一种实施方式，本发明的吸盘为一个或多个电磁吸盘。这种情况下，被书写的 板面需要为磁体或可被磁化体，也可以在被书写的板面的背后设置磁体或可被磁化体。
[0008] 此外，本发明的装置，在基体底部还设置用于行走的轮子，以实现机械臂移动，调 整书写位置。
[0009] 所述的书写笔的一头为书写端，另一头为擦除端，以实现既能书写又能擦除。
[0010] 本发明中，控制终端与基体实行有线连接通信或者无线连接通信。有线连接通信 可以采用并口或者串口，这种方式适合距离较近的场合。无线连接通信包括蓝牙、红外或无 线电，这种方式适合距离较远且连线不方便的场合，而且无线连接通信更加方便灵活。
[0011] 本发明中的控制终端包括通信部分、操作按键部分和触摸屏部分。
[0012] 为使得夹持更加稳固，本发明手部的夹持部位呈锯齿形。
[0013] 同时为使得夹持更加灵活和可靠可控，本发明还在手部设置有一活动片，活动片 在电机的带动下实现与固定片之间的夹紧和放松。
[0014] 本发明的装置中的机械臂的臂部包括舵机一、连接座一、舵机二、连接座二、舵机 三、连接座三、舵机四和舵机五；舵机一和舵机二之间由连接座一过渡联接，舵机二和舵机 三之间由连接座二过渡联接，舵机三和舵机四之间由连接座三过渡联接，舵机四和舵机五 直接相连；舵机一安置在基体中并受基体中的控制模块驱动，舵机五另外一端与手部相连。
[0015] 为了更好地驱动轮子行走，本发明的方案中，是给轮子直接配置驱动电机，轮子在 驱动电机作用下实现机械臂的前进、后退和转向行走。这样的方式简单、直接、可靠。
[0016] 本发明的装置，可以将控制终端命令、书写行为或内容，传输到机械臂，再由机械 臂执行或同步，书写在黑板(包括白板）上，减少粉尘对老师的危害，减少教师的工作强度和 减轻书写工作量。产品体积小、性能稳定、可靠性高、书写速度媲美人工手动书写速度。
[0017] 由于控制终端可以与机械臂离开足够的距离，在进行教学、上课时，控制终端可以 安置在教室的任何地方，特别是如果采用手持终端并且无线连接通信，那么老师就可以不 必站在讲台上授课，而是可以站在学生中间，既能使全体学生听到老师的声音，也便于老师 观察学生情况，在课堂形成良好互动，取得讲台上课无法获得的效果。
[0018] 本发明的可替代人工书写的装置，还可以可在诸如高大壁画、天花板作画及雕刻 等人不方便进行操作的场合完成自动模仿创作，为人们的工作提供了极大的便利。也可广 泛运用在教学实践，创作辅助，科技展览及活动会场设备支持等领域，不仅具有一定的趣味 性，而且具有高效性和精确性。
[0019] 本发明的可替代人工书写的装置，除了主要应用于教学书写方面，还可以根据实 际情况对其功能进行有效拓展，譬如可代替人工刷漆，不仅可以降低毒性物质对人体的伤 害，而且可使刷漆质量得到保障。由于该机械臂的灵活性极强，该机器人亦可以应用于高楼 清洗、脏污清理等方面。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1是本发明的可替代人工书写的装置中机械臂的结构图。
[0021] 图2是图1所示的机械臂另一个角度的结构图。
[0022] 图3是书写笔示意图。
[0023]
【具体实施方式】： 一种可替代人工书写的装置，由书写笔、机械臂和控制终端构成。
[0024] 见图1、2。机械臂包括夹持书写笔的手部(活动片5和电机4所在的部分)、与手部 连接的臂部(从舵机一 9到舵机五16所在的部分）以及安置臂部的基体（电源开关1、启动 按钮2、电磁铁3、驱动电机7和轮子8所在的部分）； 基体还设置通信模块和控制模块（图中未画出），基体接收控制终端的指令，由控制模 块控制臂部以及手部完成书写。
[0025] 基体外壳由钛合金板铆接而成，结构呈方形。主要承载整个机械臂的重量。基体 底部有四个电磁吸盘3,均匀布置在机械臂基体上，其使得整个机械臂能够吸附在黑板上。
[0026] 基体底部有四个轮子8,两个前轮两个后轮，两两对称布置在基体上，各轮外圈由 橡胶包覆，每个轮子均配置驱动电机7,四个驱动电机7有两个前置、两个后置，单独驱动每 一个轮子转动和转向，实现前进、后退和转向行走，实现机械臂在黑板上的自由运动。
[0027] 基体中的通信模块接收控制终端以蓝牙方式发送的命令数据。
[0028] 基体中的控制模块将接收到的命令数据解析生成各类操作指令，包括命令写字、 触屏跟随写字、抬起笔、放下笔、擦除、移动调整书写位置等指令。
[0029] 臂部包括舵机一 9、连接座一 10、舵机二11、连接座二12、舵机三13、连接座三14、 舵机四15和舵机五16 ;舵机一 9和舵机二11之间由连接座一 10过渡联接，舵机二11和 舵机三13之间由连接座二12过渡联接，舵机三13和舵机四15之间由连接座三14过渡联 接，舵机四15和舵机五16直接相连；舵机一 9安置在基体中并受基体中的控制模块驱动， 舵机五16d另外一端与手部相连。
[0030] 手部的夹持部位呈锯齿形，手部有一活动片5,活动片5在电机4的带动下实现与 固定片之间的夹紧和放松。
[0031] 见图3。书写笔6的一头为书写端17,另一头为擦除端18,以实现既能书写又能擦 除。
[0032] 控制终端与基体实行蓝牙通信。
[0033] 可手持控制终端：主要包括控制通信部分、操作按键部分和触摸屏部分，其小巧轻 便，可由教师手持使用。
[0034] 该可替代人工书写的装置根据控制终端不同的命令方式，可以以不同的方式完成 替代书写。下面例举两种。
[0035] 一、命令书写方式： 首先打开电源开关1和启动按钮2,给电磁铁3上电，利用磁力将整个机械臂吸附在黑 板(黑板材质为铁磁性材料)）上；手部电机4带动活动片5松开，将书写笔6放入，把书写 笔6的书写端17正对黑板，然后手部电机4带动活动片5夹紧书写笔6 ;之后，控制驱动电 机7带动轮子8使机械臂行走至预定的书写位置； 教师在可手持控制终端上选定所需书写的文字，控制终端将所选定的文字在字库中的 序数编码发送至机械臂，机械臂的控制模块将序数编码解析生成字模编码，并对书写笔画 进行扫描分析，计算出笔画所有点的坐标和对应舵机的角度，再计算得出相应书写控制参 数后驱动各个舵机动作。然后，舵机一 9通过与之相连接的连接座一 10带动舵机二11动 作，同理，舵机二通过与之相连接的连接座二12带动舵机三13,舵机三通过与之相连接的 连接座三14带动舵机四15,舵机四带动舵机五16,舵机五带动与之相连接的手部运动，书 写笔即可完成相应的书写工作。
[0036] 二、触屏跟随书写方式： 教师在可手持控制终端上触屏书写或画图，可手持控制终端能够及时将触屏书写或画 图操作中点的坐标数据发送至机械臂，机械臂的控制模块根据坐标数据计算舵机角度，驱 动舵机定位到书写位置，并跟随控制终端进行跟随写字，其书写速度与教师在触屏上书写 的速度同步。
[〇〇37] 其余功能："擦除黑板功能"与"触屏跟随书写"原理一致，在"擦除黑板功能"命令 下，控制舵机五16驱动手部旋转180度，使擦除端18正对黑板，即可擦除黑板上的书写痕 迹。
【权利要求】
1. 可替代人工书写的装置，其特征在于：由书写笔、机械臂和控制终端构成；机械臂包 括夹持书写笔的手部、与手部连接的臂部以及安置臂部的基体； 基体还设置通信模块和控制模块，基体接收控制终端的指令，由控制模块控制臂部以 及手部完成书写。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：基体底部还设置吸盘和用于行走的轮子， 以实现控制和调整书写位置。
3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：书写笔的一头为书写端，另一头为擦除 端，以实现既能书写又能擦除。
4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：控制终端与基体实行有线连接通信或者 无线连接通信。
5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于：无线连接通信包括蓝牙、红外或无线电。
6. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：控制终端包括通信部分、操作按键部分和 触摸屏部分。
7. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于：吸盘为一个或多个电磁吸盘。
8. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：手部的夹持部位呈锯齿形，手部有一活动 片，活动片在电机的带动下实现与固定片之间的夹紧和放松。
9. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：臂部包括舵机一、连接座一、舵机二、连接 座二、舵机三、连接座三、舵机四和舵机五；舵机一和舵机二之间由连接座一过渡联接，舵机 二和舵机三之间由连接座二过渡联接，舵机三和舵机四之间由连接座三过渡联接，舵机四 和舵机五直接相连；舵机一安置在基体中并受基体中的控制模块驱动，舵机五另外一端与 手部相连。
10. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于：轮子配置驱动电机，轮子在驱动电机作 用下实现机械臂的前进、后退和转向行走。
【文档编号】B25J9/16GK104108100SQ201410366735
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】唐宁, 叶海波, 卢健, 容达樑, 隋欣梦 申请人:桂林电子科技大学