本发明涉及智能设备领域，具体而言，涉及一种书写装置及控制系统。
背景技术：
一般情况下，由于多数民众不擅长传统书法，无法写得一手好字，但是有时候又需要写字，例如，春联，传统节日或者庆典时，在醒目的位置张贴春联，已经成为华夏民族的一直延续的传统习惯。其张贴的春联多来自于厂家的批量印刷。然而，批量印刷的春联印刷木纳，缺乏书写灵气，作为为新年新岁的美好向往和祝福而使用的春联，民众更喜欢人工手写的春联。相比之下，手写春联，特别是书法大家亲笔书写，春联字体有灵气，可感觉出一种视觉冲击，笔划走势可与阅读人内心产生共鸣，此外，书法大家的字体在一定程度上也存在收藏价值。但是，并非所有人都能写出一手好字，且书法无法速成，练习书法不仅耗费大量的时间，且没有较好的指导老师的情况下学习质量和效果大打折扣，无法书写出与书法大家形神相似的字体春联。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种书写装置及控制系统，其能够改善上述问题。
本发明的实施例是这样实现的：
一种书写装置，所述书写装置包括工作台、书写笔运动机构以及传送机构，所述书写笔运动机构与所述工作台连接，所述书写笔运动机构上设置有用于固定书写笔的书写笔夹持机构，所述工作台上设置所述传送机构，所述传送机构用于承载书写纸，在所述书写装置处于工作状态时，在所述书写笔运动机构的运动下带动所述书写笔夹持机构运动，以使所述书写笔在所述书写纸上进行书写。
在本发明较佳的实施例中，所述书写笔运动机构包括x轴运动机构及y轴运动机构，所述x轴运动机构与所述工作台垂直连接且设置在所述工作台的两端，所述y轴运动机构与所述x轴运动机构连接且与所述工作台平行设置，所述y轴运动机构上设有所述书写笔夹持机构，所述书写笔夹持机构与所述y轴运动机构滑动连接。
在本发明较佳的实施例中，所述书写笔夹持机构上设有书写笔夹持件，用于固定所述书写笔。
在本发明较佳的实施例中，所述书写笔夹持机构上还设有定位装置，所述定位装置用于检测所述书写纸在所述工作台上的位置。
在本发明较佳的实施例中，所述定位装置为互补金属氧化物半导体cmos视频传感器。
在本发明较佳的实施例中，所述书写笔夹持机构上还设有切纸刀以及用于固定所述切纸刀的切纸刀运动机构。
在本发明较佳的实施例中，所述传送机构包括进料卷筒、进料辊、传送轮毂以及传送带，所述传送轮毂设置在所述工作台的两端，所述传送轮毂用于带动所述传送带移动，所述书写纸均与所述进料卷筒、所述进料辊、所述传送轮毂的外周面相切，所述书写纸随着所述传送带的移动而移动。
在本发明较佳的实施例中，所述传送带包括编码区域和阵列电极吸附区域，所述定位装置用于对所述编码区域进行识别，以检测所述书写纸在所述传送带上的位置。
在本发明较佳的实施例中，所述工作台还设置有工作台转台，所述工作台转台用于调整所述工作台的位置。
一种书写装置控制系统，包括控制终端及上述的书写装置，所述控制终端与所述书写装置连接。
本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例提供一种书写装置及控制系统，所述书写装置包括工作台、书写笔运动机构以及传送机构，所述书写笔运动机构与所述工作台连接，所述书写笔运动机构上设置有用于固定书写笔的书写笔夹持机构，所述工作台上设置所述传送机构，所述传送机构用于承载书写纸，在所述书写装置处于工作状态时，在所述书写笔运动机构的运动下带动所述书写笔夹持机构运动，以使所述书写笔在所述书写纸上进行书写，该书写装置可模仿人工进行书写，用户无需学习书法，即可在书写装置上进行操作，自动进行书写，写出与书法大家形似的字体，从而实现书写的自动化及智能化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的一种书写装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种书写装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种书写装置的功能模块图；
图4为本发明实施例提供的一种传送机构的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种传送带的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种书写装置控制系统的结构框图；
图7为本发明实施例提供的一种传送带传送示意图；
图8为本发明实施例提供的一种书写纸存在偏斜时定位装置视场示意图。
图标：100-书写装置；10-书写纸；20-书写笔；110-工作台；120-书写笔运动机构；121-书写笔夹持机构；1211-书写笔夹持件；1212-定位装置；1213-切纸刀；1214-切纸刀运动机构；122-x轴运动机构；1221-x轴导轨；1222-x轴框架；123-y轴运动机构；1231-y轴导轨；130-传送机构；131-进料卷筒；132-进料辊；133-传送轮毂；134-传送带；1341-编码区域；1342-阵列电极吸附区域；140-支撑架；150-工作台转台；300-书写装置控制系统；200-控制终端。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种书写装置100的结构示意图，所述书写装置100包括工作台110、书写笔运动机构120以及传送机构130，所述书写笔运动机构120与所述工作台110连接，所述书写笔运动机构120上设置有用于固定书写笔20的书写笔夹持机构121，所述工作台110上设置所述传送机构130，所述传送机构130用于承载书写纸10，在所述书写装置100处于工作状态时，在所述书写笔运动机构120的运动下带动所述书写笔夹持机构121运动，以使所述书写笔20在所述书写纸10上进行书写。
具体地，工作台110用于承载传送机构130，工作台110两边可用支撑架进行支撑。书写装置100上可设置有开关按钮，用于启动该书写装置100，例如，启动开关按钮开启该书写装置100后，使得该书写装置100处于工作状态，书写笔运动机构120和传送机构130可以采用步进电机进行控制从而实现运动。
传送机构130设置在工作台110上，用于承载书写纸10，在传送机构130的移动中带动书写纸10进行移动，书写笔运动机构120可设置在工作台110的上方，与工作台110之间可通过一支架进行滑动连接，书写笔运动机构120上设置的书写笔夹持机构121用于固定书写笔20，书写笔运动机构120可相对于工作台110进行移动。例如，在用户需要进行书写时，可开启该书写装置100，通过自定义的书写模式，例如预先定义的汉字及书法，控制书写笔运动机构120进行运动，并带动书写笔夹持机构121运动，从而使得书写笔20也跟着运动，按照自定义的书写模式使得书写笔20在所述书写纸10上进行书写。
在书写装置100进行书写时，将书写纸10放置于传送机构130的指定位置，然后在书写装置100处于工作状态时，传送机构130进行运动，将书写纸10传送至书写位置，然后书写笔20根据预先设定的运动轨迹(即书写模式)进行运动，带动书写笔20在书写纸10上完成书写。
其中，常用的汉子信息等可以预先集成在书写装置100中，用于可在书写装置100上进行自动设置书写模式，例如，书写纸10的长度、字页边距、书写字数、分布情况、书写字体的大小及种类等信息，在开启书写装置100后，选择相应的书写模式，然后使得书写笔运动机构120带动书写笔夹持机构121运动，从而使得书写笔20完成书写操作，以模拟并带动人工书写。
特别地，对于春联来说，目前大多春联都采用印刷，手写的春联因为其字体具体灵气深受大家的喜爱，但是现在目前越来越少的人采用手写春联，不是所有人都能写出一手好字，且书法无法速成，练习书法不仅耗费大量的时间，且没有较好的指导老师的情况下学习质量和效果大打折扣，无法书写出与书法大家形神相似的字体春联，所以，采用上述的书写装置100进行春联的书写，并且可以设定多种书写模式，即采用多种书法，可以使得用户无需学习书法，只需在书写装置100上进行操作后即可写出与书法大家形神相似的春联字体，达到较好的视觉效果。
其中，作为一种实施方式，传送机构130可以采用传送带以及传送带电机构成，传送带电机可以采用57byg250b步进电机，扭矩1.2n.m，配套有最大256细分的电机驱动器以及步进电机控制器，可实现传送带134微米级的微量运动。传送带采用纯透明pvc材料，书写纸10放置于传送带上进行传送。
作为一种实施方式，请参照图2和图3，所述书写笔运动机构120包括x轴运动机构122和y轴运动机构123，所述x轴运动机构122与所述工作台110垂直连接且设置在所述工作台110的两端，所述y轴运动机构123与所述x轴运动机构122连接且与所述工作台110平行设置，所述y轴运动机构123上设有所述书写笔夹持机构121，所述书写笔夹持机构121与所述y轴运动机构123滑动连接。
具体地，y轴运动机构123上设置有y轴导轨1231，x轴运动机构122设置有x轴导轨1221及x轴框架1222，书写笔夹持机构121可沿y轴导轨1231滑动，为了实现书写笔夹持机构121的高度可调，y轴运动机构123可沿x轴框架1222滑动，也就是如图2所示，y轴导轨1231可沿x轴框架1222上下滑动，书写笔夹持机构121沿y轴导轨1231滑动，x轴框架1222可沿x轴导轨1221滑动，即书写笔夹持机构121可以相对于工作台110进行上下左右前后滑动，即沿xyz方向滑动，从而带动书写笔20运动，以在书写纸10上可以书写出各种不同书法的汉字。
当然，y轴运动机构123可由y轴电机进行驱动，x轴运动机构122可由x轴电机进行驱动，传送机构130的驱动电机、y轴电机以及x轴电机均可由一控制模块进行控制，以驱动电机工作，该控制模块可设置在书写装置100上，也可设置在书写装置100外。
x轴导轨1221可通过一支撑架140进行支撑固定，支撑架140可设置于地面，用于支撑整个书写笔运动机构120，x轴导轨1221与y轴导轨1231设置为相互垂直，从而在电机的驱动下，可以进行滑动。x轴电机以及y轴电机均可以采用80st-m02430交流伺服电机，并配套有相应的电机驱动器与控制模块连接，可以实现长宽750×1025mm平面运动，精度可达0.01mm，重复定位精度可达±0.05mm，能够实现低速平稳、准确的运动控制。
传送机构130可采用步进电机进行驱动，配备最高512细分数的细分驱动器，可实现秒级的转角精度控制。
书写笔运动机构120可采用丝杠步进电机，同时配备最高512细分驱动器，可以实现长宽200mm的上下运动，精度可达0.01mm。
另外，所述书写笔夹持机构121上设有书写笔夹持件1211，用于固定所述书写笔20。
书写笔夹持机构121上还设有定位装置1212，所述定位装置1212用于检测所述书写纸10在所述工作台110上的位置。
作为一种实施方式，定位装置1212为互补金属氧化物半导体cmos视频传感器，即采用高分辨率高像素的面阵cmos相机，其可以检测书写纸10在移动过程中是否发生倾斜，以及实现书写过程中的视频监控。例如，若在发现书写纸10发生倾斜时，可进行调整，使得书写纸10处于合适书写位置，避免由于位置发生倾斜造成书写效果不理想的情况。
作为一种实施方式，所述书写笔夹持机构121上设有切纸刀1213以及用于固定所述切纸刀1213的切纸刀运动机构1214，切纸刀运动机构1214可以沿y轴方向上下运动，从而完成切割动作，在书写完成后，再进行切割，即可将书写完成的书写纸10切割下来。
所述切纸刀运动机构1214的驱动可以采用丝杠步进电机，所以电机均配置最高512细分的细分驱动器，从而实现y轴以及z轴运动的准确控制。
作为一种实施方式，所述工作台110还设置有工作台转台150，所述工作台转台150用于调整所述工作台110的位置，工作台110用于为整个书写装置100的书写、传送和切割提供支撑，传送机构130连接在工作台110上，工作台110下方设置有工作台转台150，在工作台转台150的带动下，整个工作台110连带传送机构130可进行±25°的旋转运动，以满足在书写纸10发生倾斜时，可通过工作台转台150进行旋转校正。
所述工作台转台150采用步进电机进行驱动，采用涡轮蜗杆传动，通过精密轴系设计，驱动采用最高512细分驱动器，可实现秒级转动角度精度。
请参照图4，图4为本发明实施例提供的一种传送机构130的结构示意图，作为一种实施方式，所述传送机构130包括进料卷筒131、进料辊132、传送轮毂133以及传送带134，所述传送轮毂133设置在所述工作台110的两端，所述传送轮毂133用于带动所述传送带134移动，所述书写纸10均与所述进料卷筒131、所述进料辊132、所述传送轮毂133的外周面相切，所述书写纸10随着所述传送带134的移动而移动。
其中，如图5所示，传送带134可以采用长度约3072mm长的pvc传送带134，所述传送带134包括编码区域1341和阵列电极吸附区域1342，所述定位装置1212用于对所述编码区域1341进行识别，以检测所述书写纸10在所述传送带134上的位置，阵列电极吸附区域1342用于设置吸附电极，从而通过吸附电极来吸附书写纸10。
编码采用8位二进制条形码(以条形码的粗细标识0和1，每一个编码位均采用8个粗细条纹组成的条形码)，可实现256的细分分辨率，也就是可在传送带134实现3072/256＝12mm长的细分分辨率，从而意味着传送带134上每隔12mm均会存在二进制条形码以及与之对应的独立吸附电极，每个吸附电极均可独立控制，实现上电和掉电动作，以控制其是否能进行吸附。
定位装置1212对编码区域1341进行识别，从而可对传送带134进行定位，以此对传送带134上的书写纸10进行定位。
定位装置1212可以采用mv-ce100-30gm/c工业相机，1000万像素，1/2.3窗口，千兆以太网工业相机，并采用宽视场镜头，用于书写纸10定位传感以及传送带134编码定位。
阵列电极吸附区域1342可采用柔性pcb印刷工艺，将电极形状转印在柔性的pi(聚酰亚胺)薄膜上从而形成电极阵列，每个电极可独立控制上电或掉电。
请参照图6，图6为本发明实施例提供的一种书写装置控制系统300的结构框图，该书写装置控制系统300包括控制终端200以及上述的书写装置100，控制终端200可与书写装置100通信连接。
控制终端200可以采用独立的电子设备实现，例如pc机，也可以采用嵌入式的方式实现，例如，单片机，控制设备具有人机交互界面，方便用户对书写装置100进行控制以及管理。
例如，常用汉字的书写信息已经集成在控制终端200软件中，操作人员通过控制终端200设置书写纸10的长度、字页边距、书写字数及分布情况、书写字体的大小及种类等信息后，操作人员在控制终端200输入控制指令，即控制书写装置100开始运行，书写装置100实时调用控制终端200汉字信息库的汉字信息，并通过驱动x轴运动机构122和y轴运动机构123以及书写笔运动机构120，按照设定完成所需书写内容的书写操作，以模拟并替代人工书写，同时，在书写完成，控制切纸刀运动机构1214进行切割。如果书写纸10存在偏斜时，书写装置100通过定位装置1212采集书写纸10图像，进而采取边缘检测、直线检测等算法计算出倾斜的角度，最后进行偏转运动，直到书写纸10与书写装置100中的x轴导轨1221平行。
书写装置100上可设置有控制模块，用于实时接收来自控制终端200的命令数据，从而实现各种字体的模拟书写。整个书写纸10采用卷装，挂载在进料卷筒131上，另外一头经过进料辊132后铺在传送带134上，控制终端200控制传送带134上的吸附电极可以紧紧地吸附书写纸10，并通过传送带134的运动实现书写纸10的传动。待书写完成后，由定位装置1212识别出待切割处所对应的传送带134编码以计算切割点的物理坐标，从而驱动x轴运动机构122、y轴运动机构123以及切纸刀运动机构1214实现书写纸10的完整切割。整个系统只需要在控制终端200进行相关设置后，即可完成自动书写与自动切割，从而实现书写的自动化。
书写装置100进行书写的具体过程如下：
第一步：设置及准备工作。
(1)操作人员在控制终端200上输入工作台110书写区书写纸10尺寸(长、宽)及书写内容(内容相同或者具有周期相同性)。此时书写装置100会自动匹配书写纸10，生成书写纸10页边距、书写字体、书写字号、书写字体间间隔等内容，操作人员可直接使用生成信息，也可另行设置。
(2)在控制终端200设置书写速度、书写笔20空闲时的跳转速度、蘸取墨水的时间间隔、蘸取墨水的时间等信息，也可默认系统初始设定值。
(3)复位x轴运动机构122和y轴运动机构123，调整定位装置1212的镜头焦距，设置曝光参数等相关参数，从而使采集的图像中书写纸10边缘清晰可见。
(4)对进料卷筒131进行装料，并设置传送机构130动作顺序以及尝试传送效果。由操作人员将成书写纸10安装在进料卷筒131上，将空白的书写纸10绕过进料辊132，经过工作台110拉直后，平铺在工作台110上。之后在控制终端200上启动吸附电极，小幅度驱动传送带134移动(mm级的移动步距)，从而使书写纸10拉紧(防止书写纸10断裂)。设置一次传送的距离(工作台110书写纸10的长度尺寸)，进行传送效果尝试，并观察书写纸10在传送过程中的顺序是否正确且是否存在发生断裂等问题，确认效果后，由人工操作传送机构130进行归零。
(5)在控制终端200上设置一幅需书写内容的字体，从而为书写纸10切割提供数据；同时操作使切纸刀1213下移到切割位，观察刀头是否与切割区台面贴合。
第二步：传送机构130传送一次，从而完成当前书写区域的一次传送。
在完成上述步骤后，进入书写装置100的自动运行中，如：
在传送轮毂133、进料轮毂以及进料辊132同步一致的情况下驱动传送机构130，完成一次书写纸10的传送(原则上可填满整个工作台110)。其详细传送过程及关键点示意图如图7所示，共分为a-e五个关键步骤，示意如下：
图7(a)—刚刚装料，且未传送至书写位；
图7(b)—空白书写纸10已经传送到位(还未进行第一次书写)，可以进行书写；
图7(c)—已经针对当前工作台110上的书写纸10完成书写；
图7(d)—完成一次书写后将写完的书写纸10向右传送，此时也为后一次的书写传送新的书写纸10；
图7(e)—书写后的书写纸10已传送完毕，且完成切割，此时新的待写书写纸10已经处于等待状态；
传送过程中，由定位装置1212实时采集空白书写纸10在整个工作台110的图像，通过对关键点位进行识别判断，为装置的传送动作及状态提供信息反馈。
第三步：给予处于传送带134上方的书写纸10加电，从而形成吸附。
控制终端200实时采集定位装置1212的图像，并对传送的状态进行识别，同时与传送带134静电吸附控制器进行通信，以针对处于传送带134上的春联书写纸10进行吸附。随着空白春联书写纸10的一步步右移(从左向右传送)，在传送带134静电吸附控制器的控制下，传送带134上阵列吸附电极逐步进行通电吸附。
第四步：书写纸10自动倾斜检测并根据情况调整工作台110。
控制终端200自动调取定位装置1212，针对该图像进行预滤波、边缘检测和直线检测算法后，检测出书写纸10边缘直线，并计算出该直线相对于定位装置1212视场y轴(即本发明实施例的x轴导轨1221)的夹角β。如图8所示，若|β|≤0.5°，则认为书写纸10不存在偏斜，否则，启动工作台转台150电机，进行反向的角度调整，直至书写纸10边缘直线与定位装置1212视场y轴近乎平行，且满足夹角要求，则可进行下一步。
第五步：驱动x轴运动机构122和y轴运动机构123，以及书写笔运动机构120运动，完成书写模拟操作。
控制终端200实时调取所需书写汉字的信息，并通过xy轴与z轴运动机构相互配合，实现在书写纸10平面上的汉字书写，z轴运动在一定程度上代表了书写力信息，在控制终端200的自动控制下，所需汉字得到了逐个的书写，直至完成。
同时，系统会自动预判出料卷筒传送出的书写纸10是否完整，如果不是，则继续转第二步运行，否则进入第六步运行。
第六步：驱动切纸刀运动机构1214运动，完成书写纸10的切割。
系统首先对切纸刀1213进行复位，驱动x轴运动机构122下移刀头，并驱动y轴运动机构123进行一次切割。
第七步：卸料、重新上料并返回。
预判整卷书写纸10书写是否完成，如果完成，则待所有汉字书写完成之后，自动切断静电吸附电极电源，并复位设备，取下进料辊132、书写台面以及出料辊上的书写纸10。同时，如果需要继续书写，则重新上料返回至第一步开始执行。
综上所述，本发明实施例提供一种书写装置100及控制系统，所述书写装置100包括工作台110、书写笔运动机构120以及传送机构130，所述书写笔运动机构120与所述工作台110连接，所述书写笔运动机构120上设置有用于固定书写笔20的书写笔夹持机构121，所述工作台110上设置所述传送机构130，所述传送机构130用于承载书写纸10，在所述书写装置100处于工作状态时，在所述书写笔运动机构120的运动下带动所述书写笔夹持机构121运动，以使所述书写笔20在所述书写纸10上进行书写，该书写装置100可模仿人工进行书写，用户无需学习书法，即可在书写装置100上进行操作，自动进行书写，写出与书法大家形似的字体，从而实现书写的自动化及智能化。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。