随着计算机科学的高速发展,电脑、智能手机等快速打字设备的普及,人们用笔手写字体的机会日益减少,而身为中华艺术文化的瑰宝,毛笔书法也能非常轻易地被计算机复制模仿出来,这将导致学习毛笔书法的人越来越少,非常不利于书法文化的教育和传承。针对上述问题,本文将中国传统书法艺术与当今高科技智能化机器人进行结合,通过机器人完成书法的临摹创作。所设计出的书法机器人能够代替人类书法教师,从书写字体最原始的握笔书写毛笔字的角度进行书法文化的教育和传承。具体研究内容如下:(1)对本文所采用的五自由度机械手进行运动学分析。首先对书法机器人连杆进行具体分析,建立连杆D-H参数,以实现书法机器人连杆坐标系之间的坐标变换。然后通过连杆D-H参数和坐标变换矩阵求取机械手运动学的正逆解。最后通过MATLAB对机械手进行建模仿真分析和正逆解的验证。(2)对本文所采用的五自由度机械手进行工作空间分析。首先使用蒙特卡罗法在MATLAB中通过该机械手的正运动学方程对书法机器人末端毛笔笔尖位置进行工作空间的求解,得到其工作空间点云图。接着对其实际工作的XOY平面通过按行划分法进行工作平面边界点的提取,得到机械手的工作边界。最后对提取到的工作平面边界点进行曲线拟合,得到曲线拟合函数。(3)对所要临摹的书法字体图像信息进行深入地研究提取。首先对要临摹的书法字体图像进行预处理操作,接着对书法字体图像的外形轮廓边界进行提取。然后通过Hilditch字体细化算法提取出书法字体图像的骨架,接着将该字体骨架拆分成一个个独立的笔画,并对这些组成字体的基本笔画骨架坐标进行提取,根据这些笔画坐标提取出字体笔画的书写顺序。最后通过逆用最大圆盘法对字体笔画的宽度进行提取,解决字体笔画在书写时的宽度问题。(4)对本文书法机器人在书写字体时的控制问题进行详细讨论,并完成轨迹规划和整字书写实验。具体是首先对实验平台进行搭建,然后对字体字迹宽度和字体外形尺寸方面进行理论研究和实验验证,得到字体字迹宽度和运笔深度的函数关系,并完成像素与长度单位下的坐标匹配。接着是对书法机器人进行书写轨迹规划,主要包括起笔的轨迹规划、笔画书写时的轨迹规划、笔画衔接之间的轨迹规划和收笔的轨迹规划等四个方面。最后完成整字的临摹书写实验。