第1期 曾华琳，等：书写机器人研究综述 ·23 5结束语 些新的动作时，可以通过模仿能力来学习康复医师 的新动作。这些能力正是机器人通过模仿来学习书 通过对该领域已有文献的阅读和思考，按照毛 写所需要的，或者说是书写机器人所具备的。 笔字书写机器人的硬件构造、书写动作控制方法和 机器人书写对机械手臂灵巧性的高要求可以被 书写机器人的实现方式进行了分类，对目前毛笔字 应用到有机器人操作的外科手术中去。外科手术需 书写机器人的研究现状和特点做了研究。本文还对 要控制器械在较小的活动空间中进行精确的定位和 比了各个研究的特点和优势，并在机器人书写动作 运动，能达到较好书写效果的机器人也是可以实现 控制与实现方式方面做了一些思考。机器人通过不 这一功能的。但是，从目前的研究现状来看，还没有 断学习来完成写字复杂工作，其重点在于学习，能够 能达到这样要求的书写机器人。因此，需要加强对 让机器人通过学习来完成复杂书写动作的控制是近 采用智能控制方法的机器人书写能力的研究。 年来的研究热点，也是机器人手眼协调发展的一个 重要分支。在研究方面，汉字书写机器人更着重于 参考文献： 对机器人手臂的控制，这样更接近人们对于智能机 [1]周远清，张再青.智能机器人系统[M].北京：清华大学 器人的控制期望。当然，机器人手眼协调的发展一 出版社，1989：17-22 直伴随着智能机器人的发展，在尝试对机器人写毛 [2]曾庆军，黄惟一.智能遥控作业器—下一代机器人发 笔字改进和提高的过程中，也会促进智能机器人的 展的重要生长点[J].机器人技术与应用，1998，(3)： 7-10 发展和研究。另外，汉字书写过程中的重复动作，也 [3]方建军，何广平.智能机器人[M.北京：化学化工出版 为机器学习方法的实践和提高提供了一种方法。 社，2004：1-14 对书写机器人输入方式的加强方面，由于汉字 [4]CHAO Fei,ZHANG Xin,LIN Haixiong,et al.Learning ro- 的结构特点和文化底蕴，毛笔字书写机器人的研究 botic hand-eye coordination through a developmental con- 也将在一定程度上为“脑机接口”技术应用的拓展 straint driven approach[].Intemational journal of automa- 打下了前期基础列。并且，随着计算机技术和人工 tion and computing,2013,10(5):414-424. 智能理论的发展，更加高效、智能的发展型机器人将 [5]SICILIANO B,KHATIB O.机器人手册[M.北京：机械 成为研究的重点。在以后的科研工作中，可以关注 工业出版社，2013：196-211. 人工智能学习理论与模仿学习在机器人写毛笔字中 SICILIANO B,KHATIB O.Springer Handbook of Roboties 的实现和改进，并将发展型机器人的思想引入机器 [M].Beijing:China Machine Press,2013:196-211. 人书写动作的控制中，让智能机器人的动作控制更 [6 MAN Yongkui,BIAN Chunyuan,ZHAO Hongbin,et al.A 加贴近人们的期望。 kind of calligraphy robot[C]//Proceedings of the 3"Inter- national Conference on Information Sciences and Interaction 为了强调书写机器人的未来的研究方向以及可 Sciences (ICIS).Chengdu,China,2010:635-638 以预见的规模化应用领域，在本文的最后从如下3 [7]WAI KK,YAM Y,WAH LO K.Vision system and projec- 个方面进行了展望。 tive rectification for a robot drawing platform[C]//Proceed- 机器人书写功能最直接的应用是个性化的艺术 ings of IEEE International Conference on Control and Auto- 喷涂，特别是在一些危险的外墙上进行书写甚至作 mation.Budapest,2005:691-696. 画，都非常适合机器人去实现：另一方面，在一些高 [8]LAM J H M,YAM Y.Stroke trajectory generation experi- 毒、高污染环境下的汽车整体喷漆以及个性化图盘 ment for a robotic Chinese calligrapher using a geometric 的喷漆工作，也非常适合大量的具有书写能力的机 brush footprint model[C]//Proceedings of IEEE/RSJ Inter- 器人去胜任。这两种方式都可以根据人工设计好的 national Conference on Intelligent Robots and Systems.St. Louis,M0,2009:2315-2320. 或者机器人自己创作的艺术效果进行。由于喷涂与 [9]MATSUI A,KATSURA S.A method of motion reproduction 书写能力可以直接转化，因此在市场有需求的情况 for calligraphy education[C]//IEEE International Confer- 下，可以马上就转化为企业的实际应用。 ence on Mechatronics,2013,307(9):452-457. 机器人的书写能力还可以应用在康复锻炼活动 [10]何薇，钱增磊，唐超，等.基于机器视觉的机器人写字 中。机器人可以托起或者拉动需要康复的肢体，来 技术的设计[J].江南大学学报：自然科学版，2011,10 进行一些基本恢复动作，运动范围可以逐渐从小到 (5):513-517 大，运动速度可以从慢到快。并且机器人需要做一 HE Wei,QIAN Zenglei,TANG Chao,et al.Design of５ 结束语 通过对该领域已有文献的阅读和思考，按照毛 笔字书写机器人的硬件构造、书写动作控制方法和 书写机器人的实现方式进行了分类，对目前毛笔字 书写机器人的研究现状和特点做了研究。 本文还对 比了各个研究的特点和优势，并在机器人书写动作 控制与实现方式方面做了一些思考。 机器人通过不 断学习来完成写字复杂工作，其重点在于学习，能够 让机器人通过学习来完成复杂书写动作的控制是近 年来的研究热点，也是机器人手眼协调发展的一个 重要分支。 在研究方面，汉字书写机器人更着重于 对机器人手臂的控制，这样更接近人们对于智能机 器人的控制期望。 当然，机器人手眼协调的发展一 直伴随着智能机器人的发展，在尝试对机器人写毛 笔字改进和提高的过程中，也会促进智能机器人的 发展和研究。 另外，汉字书写过程中的重复动作，也 为机器学习方法的实践和提高提供了一种方法。 对书写机器人输入方式的加强方面，由于汉字 的结构特点和文化底蕴，毛笔字书写机器人的研究 也将在一定程度上为“脑机接口”技术应用的拓展 打下了前期基础［５７］ 。 并且，随着计算机技术和人工 智能理论的发展，更加高效、智能的发展型机器人将 成为研究的重点。 在以后的科研工作中，可以关注 人工智能学习理论与模仿学习在机器人写毛笔字中 的实现和改进，并将发展型机器人的思想引入机器 人书写动作的控制中，让智能机器人的动作控制更 加贴近人们的期望。 为了强调书写机器人的未来的研究方向以及可 以预见的规模化应用领域，在本文的最后从如下 ３ 个方面进行了展望。 机器人书写功能最直接的应用是个性化的艺术 喷涂，特别是在一些危险的外墙上进行书写甚至作 画，都非常适合机器人去实现；另一方面，在一些高 毒、高污染环境下的汽车整体喷漆以及个性化图盘 的喷漆工作，也非常适合大量的具有书写能力的机 器人去胜任。 这两种方式都可以根据人工设计好的 或者机器人自己创作的艺术效果进行。 由于喷涂与 书写能力可以直接转化，因此在市场有需求的情况 下，可以马上就转化为企业的实际应用。 机器人的书写能力还可以应用在康复锻炼活动 中。 机器人可以托起或者拉动需要康复的肢体，来 进行一些基本恢复动作，运动范围可以逐渐从小到 大，运动速度可以从慢到快。 并且机器人需要做一 些新的动作时，可以通过模仿能力来学习康复医师 的新动作。 这些能力正是机器人通过模仿来学习书 写所需要的，或者说是书写机器人所具备的。 机器人书写对机械手臂灵巧性的高要求可以被 应用到有机器人操作的外科手术中去。 外科手术需 要控制器械在较小的活动空间中进行精确的定位和 运动，能达到较好书写效果的机器人也是可以实现 这一功能的。 但是，从目前的研究现状来看，还没有 能达到这样要求的书写机器人。 因此，需要加强对 采用智能控制方法的机器人书写能力的研究。 参考文献： ［１］周远清， 张再青． 智能机器人系统［Ｍ］． 北京： 清华大学 出版社， １９８９： １７⁃２２． ［２］曾庆军， 黄惟一． 智能遥控作业器———下一代机器人发 展的重要生长点［ Ｊ］． 机器人技术与应用， １９９８， （３）： ７⁃１０． ［３］方建军， 何广平． 智能机器人［Ｍ］． 北京： 化学化工出版 社， ２００４： １⁃１４． ［４］ＣＨＡＯ Ｆｅｉ， ＺＨＡＮＧ Ｘｉｎ， ＬＩＮ Ｈａｉｘｉｏｎｇ， ｅｔ ａｌ． Ｌｅａｒｎｉｎｇ ｒｏ⁃ ｂｏｔｉｃ ｈａｎｄ⁃ｅｙｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｌ ｃｏｎ⁃ ｓｔｒａｉｎｔ ｄｒｉｖｅｎ ａｐｐｒｏａｃｈ［Ｊ］． Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ａｕｔｏｍａ⁃ ｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ， ２０１３， １０（５）： ４１４⁃４２４． ［５］ＳＩＣＩＬＩＡＮＯ Ｂ， ＫＨＡＴＩＢ Ｏ． 机器人手册［Ｍ］． 北京： 机械 工业出版社， ２０１３： １９６⁃２１１． ＳＩＣＩＬＩＡＮＯ Ｂ， ＫＨＡＴＩＢ Ｏ． Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ［Ｍ］． Ｂｅｉｊｉｎｇ： Ｃｈｉｎａ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｐｒｅｓｓ， ２０１３： １９６⁃２１１． ［６］ＭＡＮ Ｙｏｎｇｋｕｉ， ＢＩＡＮ Ｃｈｕｎｙｕａｎ， ＺＨＡＯ Ｈｏｎｇｂｉｎ， ｅｔ ａｌ． Ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｃａｌｌｉｇｒａｐｈｙ ｒｏｂｏｔ［Ｃ］ ／ ／ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ３ ｒｄ Ｉｎｔｅｒ⁃ ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ （ＩＣＩＳ）． Ｃｈｅｎｇｄｕ， Ｃｈｉｎａ， ２０１０： ６３５⁃６３８． ［７］ＷＡＩ Ｋ Ｋ， ＹＡＭ Ｙ， ＷＡＨ ＬＯ Ｋ． Ｖｉｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｐｒｏｊｅｃ⁃ ｔｉｖｅ ｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ａ ｒｏｂｏｔ ｄｒａｗｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ［Ｃ］ ／ ／ Ｐｒｏｃｅｅｄ⁃ ｉｎｇｓ ｏｆ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ａｕｔｏ⁃ ｍａｔｉｏｎ． Ｂｕｄａｐｅｓｔ， ２００５： ６９１⁃６９６． ［８］ ＬＡＭ Ｊ Ｈ Ｍ， ＹＡＭ Ｙ． Ｓｔｒｏｋｅ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉ⁃ ｍｅｎｔ ｆｏｒ ａ ｒｏｂｏｔｉｃ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｃａｌｌｉｇｒａｐｈｅｒ ｕｓｉｎｇ ａ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｂｒｕｓｈ ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ ｍｏｄｅｌ［Ｃ］ ／ ／ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＥＥＥ／ ＲＳＪ Ｉｎｔｅｒ⁃ ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｒｏｂｏｔｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｓｔ． Ｌｏｕｉｓ， ＭＯ， ２００９： ２３１５⁃２３２０． ［９］ＭＡＴＳＵＩ Ａ， ＫＡＴＳＵＲＡ Ｓ．Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｍｏｔｉｏｎ ｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃａｌｌｉｇｒａｐｈｙ ｅｄｕｃａｔｉｏｎ［Ｃ］ ／ ／ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒ⁃ ｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ， ２０１３， ３０７（９）： ４５２⁃４５７． ［１０］何薇， 钱增磊， 唐超， 等． 基于机器视觉的机器人写字 技术的设计［Ｊ］． 江南大学学报：自然科学版， ２０１１， １０ （５）： ５１３⁃５１７． ＨＥ Ｗｅｉ， ＱＩＡＮ Ｚｅｎｇｌｅｉ， ＴＡＮＧ Ｃｈａｏ， ｅｔ ａｌ． Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ 第 １ 期 曾华琳，等：书写机器人研究综述 ·２３·