[發明專利]一種基于軌跡模仿的機器人漢字書寫和學習的方法

在審

• 申請號: 201810438828.3
• 申請日: 2018-05-09
• 公開（公告）號: CN110465952A
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 齊仁龍;張玉華
• 申請（專利權）人: 鄭州科技學院
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J9/16;B25J19/00;G09B11/00
• 代理公司: 11543 北京八月瓜知識產權代理有限公司
• 代理人: 路小龍<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明提供了一種基于軌跡模仿的機器人漢字書寫和學習的方法，屬于智能機器人領域。機器人的機構和組成：機器人本體，機器人本田內部設置有嵌入式系統；機器人的文字識別程序：首先通過與嵌入式系統連接的攝像裝置實時捕捉機器人面前圖像，并實時監測當前圖像中是否存在你書寫了文字的紙張；軌跡模仿的方式：基于軌跡匹配的模仿學習可用于復雜軌跡的表征泛化，建立感知和運動信息的非線性映射；漢字書寫學習方法的流程：首先獲取二維示教數據，然后基于高斯混合模型對示教數據進行彪馬學習，實現軌跡表征；機器人的表象操作：用戶在白紙上書寫的漢字筆跡與白紙背景的灰度差比較明顯，通過對捕捉到的圖像進行直方圖均衡。

技術領域

本發明涉及一種智能機器人使用的方法，具體是一種基于軌跡模仿的機器人漢字書寫和學習的方法。

背景技術

目前在漢字書寫教學的過程中，漢字書寫的質量評判通常都是由人工完成的用戶尤其是小孩在書寫漢字以后，需要有人及時的進行書寫評價來對其書寫漢字的方法進行糾正或者評判，隨著機器人研究的不斷發展，其運動行為越來越復雜，對于運動規律不易獲取的復雜運動，比如漢字書寫任務，傳統的算法很難實現，因此這就需要一個能夠書寫漢字的智能機器人來解決這類問題。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明要解決的技術問題是提供一種智能機器人領域的一種基于軌跡模仿的機器人漢字書寫和學習的方法。

為解決上述技術問題，本發明提供了如下技術方案：

一種基于軌跡模仿的機器人漢字書寫和學習的方法，具體培養方法如下：

(1)機器人的機構和組成：機器人本體，機器人本田內部設置有嵌入式系統，機器人本體的外表面設置有分別與嵌入式系統連接的可攝取書寫文字材料的圖像的攝像裝置和顯示嵌入式系統所識別出的圖像中所包含的文字以及起正確書寫步驟的顯示屏。

(2)機器人的文字識別程序：首先通過與嵌入式系統連接的攝像裝置實時捕捉機器人面前圖像，并實時監測當前圖像中是否存在你書寫了文字的紙張，然后當檢測到含有文字的圖像時，將圖像中書寫的文字檢測與切分出來；然后采用梯度特征是別脫機文字的方法對切分出來的漢字圖像進行文字識別，然后將識別的出來的漢字在顯示屏上顯示出來，并實時地在按筆順動畫顯示出該漢字的正確書寫方法。同時將識別出來的漢字通過揚聲器朗讀出來。

(3)軌跡模仿的方式：基于軌跡匹配的模仿學習可用于復雜軌跡的表征泛化，建立感知和運動信息的非線性映射，進而實現復雜運動技能的學習，書寫是復雜軌跡的運動，其學習過程存在如下兩個問題：連續性復雜軌跡的表征或者離散軌跡的生成。

(4)漢字書寫學習方法的流程：首先獲取二維示教數據，然后基于高斯混合模型對示教數據進行彪馬學習，實現軌跡表征，然后基于高斯混合回歸對高斯混合模型學習的示教的數據進行重構，得到泛化輸出，然后獲取書寫的示教數據，將基于高斯混合模型的模仿學習應用于書寫技能的學習之中，通過高斯混合回歸得到泛化的輸出，實現軌跡可連續漢字書寫，然后對高斯混合模型進行多任務擴展，針對復雜運動軌跡進行分解，通過多任務學習實現軌跡不可連續漢字書寫模仿，多任務學習是對不同運動軌跡進行同時編碼學習，與多次示教不同，多次示教是對同一運動的多次相似軌跡進行同時編碼學習，然后由軌跡表征和泛化得到書寫軌跡的一般輸出，經逆運動學轉化，映射到機器人的執行器空間，得到機器人節點角的信息，獲得控制策略，進而實現機器人書寫技能的學習。

(5)機器人的表象操作：用戶在白紙上書寫的漢字筆跡與白紙背景的灰度差比較明顯，通過對捕捉到的圖像進行直方圖均衡，二值化處理以后，筆跡即變成黑色像素，再通過水平與垂直方向的黑色像素投影，找出筆跡的矩形范圍，將書寫筆跡切分出來，然后通過評價其在液晶顯示屏顯示出評價結果，并顯示出正確的書寫方法，通過揚聲器通知用戶評價結果和改善措施。