中国书法艺术与机器人技术的结合：数字化书法机器人的发展与应用

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迄今为止，中国书法艺术的传播、继承和发展主要是通过学习和模仿前人的笔迹（通常是碑刻）来实现的。在这个学习和模仿的过程中，面对同一个临摹对象，由于每个人的写作水平往往存在差异，所以临摹的效果也不同。

通过分析可以发现，不同字体（如楷书、行楷、魏碑等）的书写手法都有其内在的可遵循的规律。在数字技术飞速发展的今天，完全可以对书法书写技巧进行适当的数字化处理，将中国古代书法艺术与能够体现现代高科技产品——机器人的机电一体化产品完美结合，利用机器人控制。毛笔的空间运动使机器人能够书写中国书法。

已开发的书法机器人系统主要由以下部分组成：(1)机器人本体； (2)机器人控制器； (3)几种不同型号的毛笔、连续打印纸、墨水、印垫、印章等配件； (4)装纸、裁切机构； (5)机器人书写平台； (6)电源。

该书法机器人系统的计算机采用98操作系统，主要是利用其易用性，方便普通用户或参观者操作机器人。另外，根据系统的需要，编写了大量基于VB、VC、PEWIN、EXCEL的应用软件。

该书法机器人系统具有非常友好的用户界面，用VB实现，使参观者，特别是中小学生，可以顺利地进入和操作书写系统。用户界面不仅有非常清晰的界面，而且还有语音提示。

对于书法机器人系统来说，书法字体的建立是一项非常关键的软件任务，直接影响机器人书写的质量。中国常用汉字有近万个。在建立字库时，不可能对每个字符、每个字体分别进行编程。否则，既浪费时间又浪费人力，而且也是极不现实的。

为此，研究人员首先对汉字结构进行分析和分类，将常见汉字拆分为基本笔画和基本部首，然后针对每个具体笔画和不同字体编写出标准大小的机器人书写笔画。程序并存储为笔划类模块或子例程。笔划类模块或子程序具有调整字体大小的参数或成员函数，使其能够根据不同的大小要求自动缩放。

其次，根据已编写好的相应笔画程序，将某种字形的常用部首构造成独立的部首模块或子程序，方便后续对整个汉字的编程。同样，部首模块或子程序也具有调整字体大小的成员函数或参数。

最后，对于某种字形的特定汉字，可以通过调用已经编译好的相应笔画部首模块或子程序来构造该汉字。字符的大小仍然是通过成员函数或者参数来调整的。

通过这种编程方式，可以大大减少编程工作量，并且可以实现单词组合的灵活性。要添加新字，只需使用已知的笔画和部首适当地组合它即可。

书法机器人系统的工作流程及功能如下：

书法机器人系统启动后，参观者可以在语音提示下通过电脑屏幕选择需要机器人书写的内容（该内容必须是机器人书写库中的文字）。这时，参观者可以选择不同的文字或诗词，同样的文字可以选择不同的字体，如楷书、隶书、草书等。

按“确定”后，机器人会根据访客选择的字数自动确定字体大小和格式（横向或纵向），使所选文字能够完整、合理、美观地书写。然后，机器人根据字体的大小从笔架中选择相应类型的毛笔，蘸上墨水，润湿笔。

同时，装纸输送系统自动装纸并将白纸输送到书写位置。

然后，机器人模仿人类的书写方式并开始书写。在书写过程中的适当时机，机器人可以自动完成触笔等动作。

书写完成后，机器人收笔并将毛笔放回笔架，然后抓取印章，在书写的作品上盖章。送纸系统自动送纸、烘干油墨、裁切纸张，并将作品从出纸口送出。整个表演过程中机器人自动运行，无需其他人员干预。