关于书写机器人的研究一直以来都是个热门研究的领域，特别是今年近些年来人工智能的迅速发展。传统的书写机器人大致有两种模式，一种就是类似模仿人类的手臂，通过一个机械臂来实现字迹的书写；另外一种，就是最近比较火热的“十字型”书写机器人，这种机器人采用的是两个相互垂直的杠杆来控制x轴和y轴的方向。本文采用的是一种基于乐高玩具的双臂型写字机器人，这种机器人通过两个舵机控制两个机械臂，通过模仿人手的食指和拇指的运动，来实当前时间数字的书写。这种机器人的核心算法就是要将字符的轨迹的笛卡尔坐标转换成极坐标，进一步转换成舵机的角度，从而实现相关字符的书写。相对于传统写字机器人，这种机器人的设计简单、容易上手、成本低廉等优点。
目录
1．绪论 1
1.1 课题的研究背景及意义 1
1.2 课题研究现状 1
1.3 本文的工作及章节安排 2
2．设计方案 3
2.1 Arduino平台介绍 3
2.1.1 Arduino软件平台介绍 3
2.1.2 Arduino硬件平台介绍 3
2.2 系统功能描述即设计原则 4
2.2.1 主控制模块选择 4
2.2.2 时钟模块选择 5
2.2.3 液晶模块选择 6
2.2.4 舵机控制模块选择 8
2.2.5 机械爪臂的选择 8
2.2.6 系统总体方案 12
3．硬件设计 13
3.1 Arduino Uno最小系统设计 13
3.1.1 核心电路设计 13
3.1.2 时钟电路设计 14
3.1.3 下载电路设计 14
3.2 时钟模块 15
3.3 显示模块 15
3.4 舵机爪臂系统 16
3.5 整体结构设计 16
4．软件设计 18
4.1 主程序模块 18
4.2 时钟模块 19
4.3 液晶显示模块 21
5．系统调试 22
5.1 硬件调试 22
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.2 软件调试 23
6．总结与展望 26
参考文献 27
附录 28
附录一 核心源码 28
致谢 36
1．绪论
1.1 课题的研究背景及意义
随着今年来人工智能的快速发展，许多相关产业也是得到迅速发展。可以说今年来科技节一次意义重大的革新。如今，各行各业，都或多或少的与人工智能，大数据，云计算等有着密切的联系。尤其是机器人产业的迅速发展，让我们整个社会的劳动结构都发生了翻天覆地的变化。“机器能否取代人类？”也变成一个热议的话题。随之而来的，就是出现了很多人工智能的产品。
随后，其中运用人工智能的写字机器人也是实现在各大舞台之上。从外国的能够自由书写各种英文单词的机器人到国内能够写汉字，绘画甚至是模仿各大书法家字体的机器人。越来越体现了机器人已经在模仿人类书写这么精确细微的动作上面有一定的造诣。
可是，世界上第一款的写字机器人竟然采用的是完全机械设计的方法。这个机器人叫做“笔者”，是现存最古老的机器人之一。这个机器人是有生于瑞士的钟表匠皮埃尔贾奎特道兹在18世纪70年代制造而成。“笔者”是一个手握羽毛笔，端坐在木制书桌面前的赤脚小男孩。这个“小男孩’内部约由6000个零件组成。当上足发条时，它就会移动手臂，把羽毛笔蘸到墨水瓶中，然后书写一个最多40字符的句子[1][15]。
随着机器人的不断发展，一些人类能够完成的精细动作，机器人也是可以同样完成。机器人在取代人类成为主要劳动力方面也是指日可待。
1.2 课题研究现状
如今，机器人书写技术也是在不断的发展。机器人已经不经能够实现简单的字符书写和绘画功能，并且能够模仿书法大家的字体，写出“以假乱真”的字体。
目前，市面上常见的写字机器人多为“十字型”结构，这种机器人有两个左右底座，然后在两个左右底座之间安装有一个横向光杆，在横向光干上面有一个可以活动的运动中枢，运动中枢上面安装有一个与横向光杆垂直的纵向光杆。左右两侧的电机能够驱动笔架模组，运动中枢以及纵向光杆在横向光杆上面做X轴运动，也可以让纵向光杆和笔架模组相对于运动中枢做Y轴运动，从而实现写字的功能。这种写字机器人的结构设计紧密，动作的灵敏度和运动位移的精确度都是相当的高，在一些重复性比较高的工作场合得到广泛应用。
其次，就是一种简单的双臂型写字机器人[2]。这种机器人书写结构是一种双臂持笔的书写结构，类似写字的时候类似人类的食指和拇指的运动，从而达到书写的效果。这个机器人的结构包括书写台面支座，左右两个爪臂和笔座。在运行的时候，控制左右两个爪臂的舵机能够控制在书写台面上自由的移动，从而实现比划的书写功能。而在底部的一个舵机控制的是这两个爪臂的高度，从而实现抬笔，落笔的效果。通过这三个舵机的相互配合，从而实现模仿人类书写的功能。
当然，还有一种最传统的写字机器人，类似人的手臂结构[3]。这种写字的机械结构是最和人手相似。当然，这种机器人的造价也很是昂贵，在结构的设计方面也是相当的复杂。
本课题的设计，就是采用双臂型机器人的类似结构，通过Arduino单片机去控制显示模块和相应的舵机从而实现显示和书写当前时间的功能，并能能够实现简单的英文字母的书写，而从能够体现机器人在幼儿教育方面的一些帮助作用。
1.3 本文的工作及章节安排
第一章是绪论，主要介绍写字机器人的历史背景以及相关国内国外的发展情况。
第二章主要是介绍系统的总体设计方案，对Arduino核心板和相应的功能模块进行选择和介绍。
第三章主要是单片机的硬件结构设计，包括核心板的电路的设计，时钟模块，显示模块，舵机控制系统以及机械爪臂的设计。
第四章组要是软件结构的设计，包括程序设计的总体框架，已经相应的子程序框架。

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