笔书法作为一种重要的信息记录手段,在长达数千年的中国传统文化的传承与发展中发挥着巨大的作用。

21世纪初,毛笔书法被联合国列入代表各国文化特色的《人类非物质文化遗产代表作名录》,也表明了毛笔书法是中国传统文化的重要组成部分。在网络时代下,毛笔书法越来越不被重视,继承与弘扬迫在眉睫,当下推广毛笔书法普及教育乃是关键。然而当前毛笔书法的师资严重匮乏,已成为毛笔书法普及的瓶颈之一。

工业机器人能模仿人做各种工作,甚至精细的手部动作,有很大的潜力用于毛笔书法的教学。本文着重以图像处理手段研究机器人毛笔书法。

ABB IRB120

研究的工作与成果如下：

(1)研究了毛笔书法的参数化描述,并设计了书法参数的图像识别算法。其中,毛笔书法汉字拆分为笔画和文字两个层次来进行参数化描述。根据描述参数特点,设计图像识别算法。“点”采用“水滴”模型来描述。笔画分简单笔画和组合笔画,涉及笔画轨迹、宽度、长度等。文字主要由笔画数量、相交位置和相交角度等参数来描述。

(2)通过实验建立了机器书写控制参数与点和笔画外观之间的关系模型。这里点书写模型建立的是点的“水滴”参数与毛笔的运笔深度之间的回归模型；笔画的书写模型建立的是笔画宽度与机器人的书写速度、运笔深度的回归模型。同时给出笔画的相似性分析方法,用于修正模型参数。

(3)基于ABB IRB120机器人搭建了机器人书法系统,研发了机器人书法软件。该软件能从书法图像中识别出书法描述参数并控制机器人书写。完成了机器人书法临摹和创作实验,验证了本文所提出方法的有效性。