CN116852334A - 一种双臂书写机器人及其书写方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉一种双臂书写机器人，特别涉及一种双臂书写机器人及其书写方法，双臂书写机器人包括基座、曲关节机械臂组、控制器、翻页装置。曲关节机械臂组包含两个机械臂；翻页装置设置于基座上；基座上开有两列导向槽，该两列导向槽之间的区域书写区。翻页装置包含两个翻页单元；翻页单元包含支撑架和静电发生部，以吸附待翻动纸张。支撑架具有上支架和下支架，上支架的下端通过铰链与下支架连接，用于带动铰链执行摆动动作。本双臂书写机器人，不易在纸张上因局部应力集中留下因为吸力或夹持力留下压痕，并且利用上述的上支架和下支架的铰接，在翻页后，直接利用本两个静电发生部在书本的中缝位置处进行向两侧纸张的按压工作。

Description

一种双臂书写机器人及其书写方法

技术领域

本发明涉一种双臂书写机器人，特别涉及一种双臂书写机器人及其书写方法。

背景技术

曲关节型写字机器人也称为关节手臂机器人或关节机械手臂，这个名称的由来也是因为机械臂可以像手臂一样灵活自由移动，根据机械臂的不同自由度，其应用范围也大不相同，是现在应用最为广泛的机器人。曲关节型写字机器人和人的手臂关节十分相似，在实际工作过程中能更为出色地完成各种工作。曲关节型写字机器人的硬件部分主要是由控制器和机械臂组成，在空间上形成x轴、y轴、z轴。x轴完成横笔画的书写，y轴完成竖笔画的书写，z轴完成书写动作的起收笔。写字机器人通过上位机软件绘制图形的矢量图，根据矢量图提供的坐标信息控制机械臂在纸上书写文字。

双臂的曲关节型写字机器人在进行书写任务上，相较于单臂机械人具有一定优势，如双臂机器人可以同时使用两个机械臂进行书写，实现并行书写的能力，可以在更短的时间内完成书写任务，提高书写效率。但是目前采用双臂的曲关节型写字机器人要进行协调、可靠双页书写工作，即首先得完成可靠的翻页工作。

目前执行翻页工作的常见方法有机械臂夹持翻页和采用空气吸盘翻页。空气吸盘系统是使用空气吸盘来吸起需要翻页的一页，并将其翻过去。装置包括以下组件，一个或多个空气吸盘，安装在装置上方的机械臂上，能够产生足够的吸力来吸起一页纸。设置传感器用于检测当前页面的位置和状态，以确定何时触发翻页操作。空气吸盘安装在机械臂上，通过控制机械臂的移动，使吸盘移动到需要翻页的页面上，并将其吸起，然后将其翻过去。

机械指臂系统是使用机械指臂夹住纸张以进行翻页。装置包括一个或多个机械指臂，利用传感器用于检测当前页面的位置和状态，以确定何时触发翻页操作，且该系统在夹持待翻页纸张时，因为模仿人类翻页动作，夹住纸张时，还可能会出现夹持多页的情况，如何准确地抽取纸张，其设计还会越发复杂。还例如，采用双臂机器人完成翻页，势必导致其中一个机械臂既要有书写功能，也要同时具备翻页功能，这使得机械指臂系统的设计复杂和制造成本的升高。

然后无论是上述的空气吸盘翻页还是机械指臂翻页，因采用机械指臂夹持或空气吸盘吸住纸张，其可能因为夹持力或吸附力集中在较小的区域，过大的压力可能导致纸张的损坏的可能，以至于翻页可能造成的纸张凹凸不平，同时，翻页后为了保证双页同步书写，对翻页后的书本的书写面也需要有更高的要求，无论是目前的翻页方式导致可能出现的纸张损坏，还是翻页后书本的书写面的平整度无法得到较好的保障，都限制了目前采用双臂机械人协同进行同步书写的输出质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双臂书写机器人及其书写方法，本双臂书写机器人相比于传统的空气吸盘或机械指臂翻页的方式，采用了静电吸附的方式进行吸附纸张以进行翻页，同时还可利用本翻页装置在翻页后对被书写物进行按压，而无需再设置其他按压设备来保持双臂机械人同步书写时的书写面平整、可靠。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明的第一方面提供了一种双臂书写机器人，包括基座、曲关节机械臂组、控制器、翻页装置。曲关节机械臂组包含两个用于根据指令执行书写任务的机械臂，该两个机械臂并列布置于基座上；上述机械臂的指端设置有用于夹持书写工具的装夹部；控制器与上述机械臂通信连接，用于控制机械臂执行预设指令；翻页装置设置于基座上，该翻页装置与控制器通信连接，用于控制该翻页装置执行翻页动作；基座上开有两列导向槽，该两列导向槽平行且间隔设置，该两列导向槽之间的区域为用于方式待书写物的书写区。

上述翻页装置包含两个翻页单元；上述翻页单元包含支撑架和静电发生部。支撑架的下部设置有位于导向槽内的驱动部，用于根据接收信号带动该支撑架沿该导向槽运动；静电发生部设置于上述支撑架上，该静电发生部与控制器电连接，用于根据接收的信号于预设位置生成静电场以吸附待翻动纸张。

支撑架具有上支架和下支架，上支架的下端通过铰链与下支架的上端活动连接，该铰链传动连接有用于带动该铰链做摆动动作的第一电机，该第一电机与控制器通信连接，用于响应于控制器所发信号而带动上述铰链执行摆动动作；静电发生部连接于上支架且靠近书写区的一侧；下支架的下端连接于上述驱动部上。

本双臂书写机器人，相比于目前的产品采用空气吸盘或机械指臂的方式，不易在纸张上留下因为吸力或夹持力留下的压痕，从而减少了损坏纸张的风险，并且利用上述的上支架和下支架的铰接，在翻页后，直接利用本两个静电发生部在书本的中缝位置处进行向两侧纸张的按压工作。即采用本双臂书写机械人，不仅可以进行翻页工作，且在翻页过程中，较好的保障纸张的完整性和原貌，在翻页后直接利用本静电发生部完成双页的按压工作，通过该两个过程，较好的保障了纸面的平整和纸张的原貌，使两个机械臂进行同步书写任务时，可以在较好的纸面平整度的情况下完成书写任务，保障了输出的书写作品拥有较高、较稳定的质量。

在一些可行的实施例中，静电发生部为一横架在支撑架上的筒状部件，该静电发生部的轴向方向与导向槽延伸方向垂直；静电发生部可自转的设置于上述支撑架的上部；静电发生部的一端传动连接有第二电机，该第二电机与控制器通信连接，用于响应于控制器所发信号而带动上述静电发生部自转。

本筒状的静电发生部，全程只需完成沿导向槽运动和自转工作，运动设计简单可靠，可十分巧妙的完成翻页动作而不对纸张造成较为明显的压痕和折痕。

在一些可行的实施例中，上述静电发生部包括基材部，导电层和电极。基材部为筒状，该基材部两端分别连接一支撑架且与上述第二电机传动连接；导电层覆盖于上述基材部上；导电层通过该电极与控制器控制的静电发生器连接。

使用时，将电荷输送到导电层上，以产生静电场。可通过控制器控制的静电发生器和在导电层上配置电极，具体的将电极连接到导电层上，通过静电发生器施加电压，从而在辊子表面产生静电场。

在一些可行的实施例中，上述基材部上开有分割槽，该分割槽长度方向沿基材部的轴向方向延伸，用于使上述基材部的外侧表面分割为若干条形部分；上述导电层覆盖于上述条形部分上。

将本静电发生部分割为多个条形部分，这样只需要对其中一个或部分条形部分进行施加电荷即可，保障在吸附纸张时不会在整个筒状表面都产生对纸张较强的吸附力，不仅能将有效静电场更聚集于某一条或多条的条形部分上，保障吸引纸张的条形部分与纸张的边沿部分能较为单一，不会出现较多的线接触部位过多的情况，保障吸引纸张时，能在静电发生部自转卷边时，不会有多余的吸附接触面，以减少或避免翻转卷边工作对纸张的产生翻卷后的塑型现象的出现，这样即可大大减少翻边、卷边塑型对纸张的影响，可较好的保障翻页后纸张的原貌。

在一些可行的实施例中，上述静电发生部一端活动连接于上支架上；两个上述翻页单元的静电发生部的自由端之间留有间隙；自由端上套设有绝缘套。

两个静电发生部所产生的静电场，距离靠近时其静电场具有相互作用的特性，当两个静电发生器的静电场相互接近时，可能导致电场分布的改变。这可能会影响静电发生器的工作效果，降低静电的产生或影响静电的分布均匀性，本方案在其自由端上套设有绝缘套，以降低两静电场的相互干扰，保障静电的分布均匀性。

在一些可行的实施例中，上述书写区上设置有写字板；上述写字板为透明或部分透明的板体；写字板下方开有位于基座上的内槽；内槽内布置有发射端朝向写字板的摄像头阵列；控制器包括中央处理模块、与该中央处理模块连接的反馈模块；上述反馈模块与摄像头阵列中的摄像头单元连接，中央处理模块用于根据摄像头单元拍摄的图形数据控制上述驱动部。

设置上述透明或部分透明的写字板，将待书写物如书本、堆叠的纸张等等放置于写字板上，通过在写字板下方布置摄像头阵列和与之连接的反馈模块，可以实现实时的位置检测和反馈。

在一些可行的实施例中，上述基座上可活动的设置有机械臂基板；在上述曲关节机械臂组中，靠近基座中部位置的机械臂的底座与上述机械臂基板固定连接。

通过采用直接将其中一个机械臂的底座固定在基座可活动的机械臂基板上，通过调整上述的机械臂基板，以灵活方式确定两机械臂之间的相对位置，以适应不同书本尺寸，更加方便调整机械臂的书写起始位置，以方便进行书写任务。

在一些可行的实施例中，上述基座上设置有与导向槽的延伸方向平行的滑槽；上述机械臂基板可活动的设置于上述滑槽中；机械臂基板具有锁紧机构，该锁紧机构可选择的与基座连接，用于机械臂基板确定滑槽中的位置后固定该机械臂基板与基座的相对位置。

上述的锁紧机构可以是顶紧螺栓，例如在基座上横向排列多个与机械臂基板同水平位置的螺孔，设置顶紧螺栓适配在螺孔中，该顶紧螺栓一端伸出在底座外，另一端顶紧机械臂基板，还可以是在基座上开设置通槽，在机械臂基板上设置螺柱传设该通槽并伸出基座外，该螺柱可沿通槽随机械臂基板的滑动而移动，在该螺柱伸出基座外的端头设置螺母，通过拧紧螺母，锁紧机械臂基板在滑槽中的位置，等等。

本发明的第二方面，还提供了一种双臂书写机器人的书写方法，用于根据接收的指令或预设的程序，使两个机械臂在对应的上述两页纸张执行书写任务，上述书写方法还包括采用上述第一方面及其改进方案的一种双臂书写机器人；上述书写方法包括以下操作：

采集书写区上待书写物的尺寸信息；

根据上述尺寸信息确定待书写物边沿的位置数据和中缝的位置数据；

执行翻页，包括运行驱动部，以带动静电发生部至待书写物一侧沿，吸附该被书写物的可翻动边沿部分，使被书写物距离静电发生部最近的纸张边沿吸附在静电发生部上后回撤至待书写物另一侧或另一侧外，使纸张落下；

执行双页按压，包括：

根据获取的待书写物的中缝位置数据，运行两导向槽中的驱动部；

使两驱动部运行至与上述中缝所对应位置，或者分别使两驱动部运行至中缝的非同侧位置；

使两个解除静电场的两个静电发生部向相反位置摆动，按压位于中缝两侧的两页纸张，以至两个机械臂分别在按压后的两页纸张上执行书写任务。

通过采用本书写方法，利用静电吸附的方式进行吸附纸张以进行翻页，同时还可利用本翻页装置在翻页后对被书写物进行按压，而无需再设置其他按压设备来保持双臂机械人同步书写时的书写面平整、可靠。

在一些可行的实施例中，执行翻页还包括：

在回撤翻页时，使静电发生部自转，使静电发生部回撤的过程中，将吸附的纸张边沿翻卷至静电发生部上方后停止自转并继续回撤至指定位置；达到指定位置后，使静电发生部解除静电场，将该纸张边沿落于静电发生部下方。

本方法在进行翻页动作时，在吸附纸张后无需再进行多余的提升动作，只需要进行翻边、卷边操作，使吸附的纸张部分翻转至上方，并继续进行回撤动作，执行翻页动作。相比与目前的写字机器人，在翻页时无需占用过多的高度方向空间，采用的各个运动元件只需要进行水平方向动作即可完成翻页工作，并且相比于采用空气吸盘和机械指臂翻页，操作更为简单、可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：

图1为用于说明实施例中一种双臂书写机器人的结构示意图；

图2为用于说明实施例中一种双臂书写机器人的单个翻页单元的结构示意图；

图3为用于说明实施例中一种双臂书写机器人的静电发生部横截面的示意图；

图4为用于说明实施例中一种双臂书写机器人的吸附纸张边沿时的示意图；

图5为图4中的翻页单元吸附纸张时的示意图；

图6为用于说明实施例中一种双臂书写机器人的吸附纸张后将纸张边沿翻转至上侧并处于回撤状态时的示意图；

图7为图6中的翻页单元将纸张边沿翻转至上侧的示意图；

图8为用于说明实施例中一种双臂书写机器人的即将解除静电场时的示意图；

图9为用于说明实施例中一种双臂书写机器人的将纸张落下时的示意图；

图10为用于说明实施例中一种双臂书写机器人的移动至中缝位置时的示意图；

图11为用于说明实施例中一种双臂书写机器人的在中缝位置单独控制两个单轴机器人交错侧移后进行双页按压时的示意图；

图12为用于说明处于双面按压状态下的翻页单元的示意图；

图13为用于说明实施例中一种双臂书写机器人采用摄像头捕捉被书写物轮廓的情况下控制器与各执行部件的连接示意图；

图14为用于说明实施例中一种双臂书写机器人采用光电传感器整列时的示意图；

图15为用于说明实施例中一种双臂书写机器人采用光电传感器整列捕捉被书写物轮廓的情况下控制器与各执行部件的连接示意图；

附图中标记及对应的零部件名称：

1-基座；110-导向槽；120-滑槽；130-通槽；2-控制器；210-第二电机控制模块；220-静电发生模块；230-驱动部控制模块；240-反馈模块；250-第一电机控制模块；3-翻页装置；300-翻页单元；310-支撑架；311-上支架；312-下支架；313-销轴；320-静电发生部；321-基材部；322-导电层；323-分割槽；330-驱动部；340-第二电机；350-第一电机；4-机械臂；5-写字板；6-摄像头单元；6a-光电传感器单元；7-夹持件；8-机械臂基板；9-螺母；10-被书写物；11-绝缘套。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

参照图1至图15，一种双臂书写机器人，包括基座1、曲关节机械臂组、控制器2、翻页装置3。曲关节机械臂组包含两个用于根据指令执行书写任务的机械臂4，该两个机械臂4并列布置于基座1上；上述机械臂4的指端设置有用于夹持书写工具的装夹部；控制器2与上述机械臂4通信连接，用于控制机械臂4执行预设指令；翻页装置3设置于基座1上，该翻页装置3与控制器2通信连接，用于控制该翻页装置3执行翻页动作；基座1上开有两列导向槽110，该两列导向槽110平行且间隔设置，该两列导向槽110之间的区域为用于方式待书写物的书写区。

上述翻页装置3包含两个翻页单元300；上述翻页单元300包含支撑架310和静电发生部320。支撑架310的下部设置有位于导向槽110内的驱动部330，用于根据接收信号带动该支撑架310沿该导向槽110运动；静电发生部320设置于上述支撑架310上，该静电发生部320与控制器2电连接，用于根据接收的信号于预设位置生成静电场以吸附待翻动纸张。

支撑架310具有上支架311和下支架312，上支架311的下端通过铰链与下支架312的上端活动连接，该铰链传动连接有用于带动该铰链做摆动动作的第一电机350，该第一电机350与控制器2通信连接，用于响应于控制器2所发信号而带动上述铰链执行摆动动作；静电发生部320连接于上支架311且靠近书写区的一侧；下支架312的下端连接于上述驱动部330上。

上述的上支架311的下端通过铰链与下支架312的上端活动连接，具体可以是在下支架312上设置向上凸起的两间隔凸板，上支架311下端延伸出延伸板，该延伸板伸入两凸板之间的空隙中，通过设置传设凸板和延伸板的销轴313与第一电机350的主轴通过联轴器连接，销轴313与上支架311的延伸板固定连接，销轴313与凸板通过轴承活动套接。在第一电机350接收到控制器2所发信号后，通过将扭矩输出到销轴313上以带动上支架311的摆动。

使用时，在完成本页书写后，驱动上述的驱动部330使支撑架310移动至被书写物10位置，此时启动静电发生部320产生静电场，吸附被书写物10待翻页纸张的边沿位置，让该纸张贴合在静电发生部320上，然后回撤静电发生部320以带动该纸张翻页。达到预设位置后，解除静电场，使该页纸张落下。

导向槽110可以方形截面的直槽，方便布置内导轨和布置驱动部330，本驱动部330可以采用单轴机器人。当然导向槽110还可采用U型槽的形式，使支撑架310的底部驱动部330嵌入其中，以提供稳定的导向作用。还可以设计成V型槽的形式，使得支撑架310底部的驱动部330能够在V型槽内沿着指定方向移动，以保持纸张的准确定位。导向槽110可设置一列，也可以设置两列或多列。

上述的下支架312可以是滑轨式，即下支架312可以设计成与导向槽110相配合的滑轨结构，以实现平稳的运动，并确保下支架312沿着导向槽110准确移动。

本实施例中的曲关节机械臂组包含两个六轴机械臂4，进行工作时，首先对机械臂4进行初始化，即机械臂4开始时处于初始位置，所有关节角度设定为初始值。本方案可通过图像处理或其他定位系统，确定书写任务的目标位置和轨迹。可基于预先定义的坐标系或参考点进行计算。然后使用运动规划算法，如逆运动学算法，将目标位置转化为机械臂4的关节角度和轨迹路径，以确保机械臂4能够准确到达书写区域。

然后根据规划的关节角度和轨迹，控制机械臂4的关节电机，使其按照预定的轨迹进行运动。通过发送预设的控制指令或信号，机械臂4的各个关节将根据设定的速度和加速度进行运动。当机械臂4达到目标位置时，书写工具(如笔头)接触到书写表面，并进行书写动作。机械臂4可以根据设定的书写模式和路径，控制书写工具的运动轨迹、速度和压力，以实现准确的书写任务。

在书写过程中，机械臂4可以持续地监测书写表面和笔头的位置，以进行实时的调整和校正。本实施例中可通过传感器反馈和视觉反馈来实现，以确保书写的准确性和精度。一旦完成书写任务，机械臂4可以将书写工具移出书写区域，返回到初始位置或进行下一个任务的准备。

本双臂书写机器人，相比于目前的产品采用空气吸盘或机械指臂的方式，不易在纸张上留下因为吸力或夹持力留下的压痕，不易对纸张造成破坏，对越薄的纸张，该效果越明显，通过采用本书写机械人，相比于空气吸盘，不会集中于一个点的吸力或采用机械夹持，局部区域产生过大压力，从而减少了损坏纸张的风险，并且利用上述的上支架311和下支架312的铰接，在翻页后，直接利用本两个静电发生部320在书本的中缝位置处进行向两侧纸张的按压工作，即无需配置多余设备进行双页的按压，构造简洁、紧凑。换句话说，采用本双臂书写机械人，不仅可以进行翻页工作，且在翻页过程中，较好的保障纸张的完整性和原貌，在翻页后直接利用本静电发生部320完成双页的按压工作，通过该两个过程，较好的保障了纸面的平整和纸张的原貌，使两个机械臂4进行同步书写任务时，可以在较好的纸面平整度的情况下完成书写任务，保障了输出的书写作品拥有较高、较稳定的质量。

实施例2

参照图1至图15，在上述实施例1的基础上，本静电发生部320为一横架在支撑架310上的筒状部件，该静电发生部320的轴向方向与导向槽110延伸方向垂直；静电发生部320可自转的设置于上述支撑架310的上部；静电发生部320的一端传动连接有第二电机340，该第二电机340与控制器2通信连接，用于响应于控制器2所发信号而带动上述静电发生部320自转。

上述控制器2包括第二电机控制模块210，用于根据预设程序或接收的指令控制上述第二电机340启停。控制器2还包括第一电机控制模块250，用于根据预设程序或接收的指令控制上述第一电机350启停。这里的第一电机控制模块250，第二电机控制模块210作为控制器2中的一个子模块。第二电机控制模块210用于控制第二电机340，执行静电发生部320的翻转工作，使吸附的纸张边沿上翻至静电发生部320上侧。第一电机控制模块250用于控制第一电机350，执行上支架311的摆动动作，完成按压工作。

上述控制器2还包括中央处理模块250，中央处理模块250与第二电机控制模块210连接。在中央处理模块250中配置预设程序，执行控制指令。本实施方式中的各个控制模块，可以为与中央处理模块250连接的控制电路，具体连接根据所配置的单片机、芯片等要求进行连接即可。在预设程序或接收到指令的情况下，第二电机控制模块210根据以下步骤操作：

接收指令，第二电机控制模块210接收到来自主控制器2的指令或预设程序中的相应步骤。

解析指令，第二电机控制模块210解析接收到的指令，确定启动或停止第二电机340的要求，包含指定第二电机340的旋转方向、转速或持续时间等参数。

启动第二电机340，基于解析的指令，第二电机控制模块210发出启动信号，将静电发生器连接到第二电机340，使其开始旋转。启动第二电机340会使静电发生部320开始旋转，在产生静电场的情况下带动静电发生部320自转。

控制旋转，第二电机控制模块210监控第二电机340的旋转状态，并根据预设的时间、角度或其他条件来判断何时停止第二电机340的旋转。

停止第二电机340，在达到预设条件时，第二电机控制模块210发出停止信号，切断电源与第二电机340的连接，使其停止旋转。

本实施例的筒状的静电发生部320在底座上分别对应在两列导向槽110上，两个静电发生部320的自由端相向布置。在控制上过程中，对作为驱动部330的两个单轴机器人的控制，在整个翻页工作的行程中，进行同步控制。在按压工作的过程中，可解除同步工作，将两个单轴机器人在各自的导向槽110中，可进行不同位置定位后，控制第一电机350进行按压工作，在两页书写工作均完成后，解除按压状态，重新进行同步位置归位，由此进行同步运动的翻页工作。

本书写机器人可在不采用机械臂4的情况下，将吸附的纸张边沿贴靠在静电发生部320上，然后在进行回撤的过程中进行翻卷动作，使开始吸附的书写面翻转至静电发生部320的上方，然后继续完成回撤，这样可顺利的完成翻页动作，且不会留下折痕或对纸张造成破坏，本筒状的静电发生部320，全程只需完成沿导向槽110运动和自转工作，运动设计简单可靠，可十分巧妙的完成翻页动作而不对纸张造成较为明显的压痕和折痕。

本实施例还可以进一步优化，上述静电发生部320包括基材部321，导电层32和电极。基材部321为筒状，该基材部321两端分别连接一支撑架310且与上述第二电机340传动连接；导电层32覆盖于上述基材部321上；导电层32通过该电极与控制器2控制的静电发生器连接。

使用时，将电荷输送到导电层32上，以产生静电场。可通过控制器2控制的静电发生器和在导电层32上配置电极，具体的将电极连接到导电层32上，通过静电发生器施加电压，从而在辊子表面产生静电场。

在上述的各个实施例中，上述控制器2还包括静电发生模块20和驱动部330控制模块230。中央处理模块250分别与静电发生模块20和驱动部330控制模块230连接。

静电发生模块20与静电发生部320电连接，用于根据预设程序或接收的指令向静电发生部320输出电荷，以在静电发生部320上产生静电场；驱动部330控制模块230与上述驱动部330通信连接，用于根据预设程序或接收的指令控制驱动部330执行运动或停止动作。中央处理模块250根据接收的信号，向静电发生模块20和驱动部330控制模块230发出指令，以进行上述控制操作。

本静电发生模块20包括电荷生成和输出电路。驱动部330控制模块230包括驱动部330的控制电路和信号处理单元。控制器2可以采用微控制器2(Microcontroller)或其他嵌入式控制器2，用于实现控制逻辑和信号处理功能。导电层322通过电路连接到控制器2的静电发生模块20。驱动部330可以采用单轴机器人，并通过驱动部330控制模块230与控制器2连接。静电发生模块20的输出电路通过导电层322与静电发生部320的电极连接。这可以通过导线连接。驱动部330控制模块230通过电路连接到驱动部330。具体连接方式取决于所采用的电机类型和控制器2接口。可以使用电缆、连线或插头连接。控制器2可以安装在基座1内部或基座1上的控制箱中，该控制箱可以收纳其他设备，如可将与静电发生部320连接的静电发生器布置于其中。本中央处理模块250可以是微控制器、单片机、PLC(可编程逻辑控制器)或其他控制电路，只要能对与其连接的各个元件根据编制程序进行可靠的控制即可。

实施例3

结合图1、图2和图3，在上述实施例的基础上，上述基材部321上开有分割槽323，该分割槽323长度方向沿基材部321的轴向方向延伸，用于使上述基材部321的外侧表面分割为若干条形部分；上述导电层32覆盖于上述条形部分上。

将本静电发生部320分割为多个条形部分，这样只需要对其中一个或部分条形部分进行施加电荷即可，保障在吸附纸张时不会在整个筒状表面都产生对纸张较强的吸附力，不仅能将有效静电场更聚集于某一条或多条的条形部分上，保障吸引纸张的条形部分与纸张的边沿部分能较为单一，不会出现较多的线接触部位过多的情况，保障吸引纸张时，能在静电发生部320自转卷边时，不会有多余的吸附接触面，以减少或避免翻转卷边工作对纸张的产生翻卷后的塑型现象的出现，这样即可大大减少翻边、卷边塑型对纸张的影响，可较好的保障翻页后纸张的原貌。

上述的电极设置形式可以是分布电极，即静电发生部320可以设计成一个内部带有分布电极的筒状结构。这些分布电极可以通过与控制器2连接的静电发生器提供适量的电荷，以产生静电场并吸引待翻动纸张。还可以是刷状电极，即静电发生部320可以采用筒状结构，并在其外表面或末端附加刷状电极。还可以是多个电极环，如静电发生部320可以设计成一个具有多个电极环的筒状结构。这些电极环可以通过控制器2控制，并在需要吸附纸张时逐个激活，从而产生静电力以实现翻动纸张的目的，只要能顺利的将电荷施加在上述的导电层322即可。

上述的基材部321可以选择橡胶、硅胶或聚合物材料，只要能有较好的绝缘性能即可，以保持静电荷的分布。上述的导电层322可以使用导电材料，如金属箔、导电油墨或导电涂层，覆盖在筒状辊子的表面上。这样可以让整个辊子具备带电的能力。

使用时，将电荷输送到导电层322上，以产生静电场。可通过控制器2控制的静电发生器和在导电层322上配置电极，具体的将电极连接到导电层322上，通过静电发生器施加电压，从而在辊子表面产生静电场。

具体的，上述静电发生部320一端活动连接于上支架311上；两个上述翻页单元300的静电发生部320的自由端之间留有间隙；自由端上套设有绝缘套11。

两个静电发生部320所产生的静电场，距离靠近时其静电场具有相互作用的特性，当两个静电发生器的静电场相互接近时，可能导致电场分布的改变。这可能会影响静电发生器的工作效果，降低静电的产生或影响静电的分布均匀性，本方案在其自由端上套设有绝缘套11，以降低两静电场的相互干扰，保障静电的分布均匀性。

实施例4

参照图1至图15，在上述实施例的基础上，上述书写区上设置有写字板5；上述写字板5为透明或部分透明的板体；写字板5下方开有位于基座1上的内槽；内槽内布置有发射端朝向写字板5的摄像头阵列；控制器2包括中央处理模块、与该中央处理模块连接的反馈模块；上述反馈模块与摄像头阵列中的摄像头单元6连接，中央处理模块用于根据摄像头单元6拍摄的图形数据控制上述驱动部330。本摄像头阵列可包含至少一个摄像头单元6，本实施例可在内槽中布置左右两个摄像头单元6(图4和图6右方的摄像头单元6被图中的被书写物10遮挡)。

设置上述透明或部分透明的写字板5，将待书写物如书本、堆叠的纸张等等放置于写字板5上，通过在写字板5下方布置摄像头阵列和与之连接的反馈模块，可以实现实时的位置检测和反馈。本方案中可以根据预设的书本、纸张尺寸，结合轮廓检测，确定书写区域大小和边界位置，例如预设的书本尺寸包含260X185mm、297X210mm、184X130mm、204X140mm、130X92mm等等。

机器臂书写时，通常是由配备的触觉传感器或力传感器，用于检测接触表面的力或压力变化。通过感知与书写工具(如笔、画笔)接触的力度，机械臂4可以确定书写区域的位置。机械臂4会在开始书写之前进行预定位，将书写工具的末端放置在预定的起始位置，并在运动过程中感知表面的变化，从而确定书写区域后开始书写任务。

本方案通过采用摄像头阵列，从被书写物10的背面捕捉被书写物10的轮廓，并使用图像处理算法进行分析和识别，机械臂4可以确定书写区域。例如，通过检测预先标记的书写区域的边缘或轮廓，机械臂4将其作为书写的界限。

具体的，获取书写区域时，首先进行图像获取，通过本摄像头阵列获取被书写物10背面的轮廓图像数据。对获取的图像进行预处理，以提取有用的信息并降低噪声的影响，预处理步骤包括图像滤波、边缘检测、二值化等。

然后使用特征提取算法来识别和提取与书写区域边缘特征。可以使用边缘检测算法(如Canny算子)来检测图像中的边缘，并提取边缘的位置和形状信息。

之后进行区域分割，即根据特定的标志或规则，将图像分割成不同的区域。标志或规则可以是形状、颜色等特征。例如，本方案的控制器2可以使用分水岭算法或基于阈值的分割算法来将摄像头单元6拍摄的图像分割为不同的区域。

对分割后的区域进行验证和筛选，以确定哪些区域是书写区域，可以使用形状匹配算法来匹配书写区域的预定义模板或形状。

对于连续的图像序列，使用目标跟踪算法来跟踪已识别的书写区域，并在机械臂4运动过程中持续更新区域的位置和形状。

当然，本方案中也可采用更为简单的区域确定方式，例如通过在内槽中安装光电传感器阵列，以确保通过透明的写字板5其所射出的光能覆盖整个书本的区域。从而确定被书写物10在写字板5上的位置和确定被书写物10的边界位置。

上述写字板5的一侧边设置有夹持件7，用于夹持写字板5上被书写物10的一侧边沿。本夹持件7无需采用较大的夹持力，只需起到定位、限位作用，并且这里的夹持件7夹持的纸张边沿不用过多，保障待书写物在被静电发生部320吸附时，吸附的纸张能从夹持件7下抽出即可。

当然，这里还可以进一步优化，在写字板5的另一侧设置自动夹具，该自动夹具根据翻页装置3的运行状态，如回撤到预设位置后，该自动夹具自动打开，然后通过延时程序再次闭合压住翻页后的该纸张。

实施例5

参照图1至图15，在上述实施例的基础上，上述基座1上可活动的设置有机械臂基板8；在上述曲关节机械臂组中，靠近基座1中部位置的机械臂4的底座与上述机械臂基板8固定连接。

本实施例采用直接将其中一个机械臂4的底座固定在基座1可活动的机械臂基板8上，通过调整上述的机械臂基板8，以灵活方式确定两机械臂4之间的相对位置，以适应不同书本尺寸，更加方便调整机械臂4的书写起始位置，以方便进行书写任务。

具体的，上述基座1上设置有与导向槽110的延伸方向平行的滑槽120；上述机械臂基板8可活动的设置于上述滑槽120中；机械臂基板8具有锁紧机构，该锁紧机构可选择的与基座1连接，用于机械臂基板8确定滑槽120中的位置后固定该机械臂基板8与基座1的相对位置。

上述的锁紧机构可以是顶紧螺栓，例如在基座1上横向排列多个与机械臂基板8同水平位置的螺孔，设置顶紧螺栓适配在螺孔中，该顶紧螺栓一端伸出在底座外，另一端顶紧机械臂基板8，还可以是在基座1上开设置通槽130，在机械臂基板8上设置螺柱传设该通槽130并伸出基座1外，该螺柱可沿通槽130随机械臂基板8的滑动而移动，在该螺柱伸出基座1外的端头设置螺母9，通过拧紧螺母9，锁紧机械臂基板8在滑槽120中的位置，等等。

实施例6

一种双臂书写机器人的书写方法，用于根据接收的指令或预设的程序，使两个机械臂4在对应的上述两页纸张执行书写任务，上述书写方法还包括采用上述第一方面及其改进方案的一种双臂书写机器人；上述书写方法包括以下操作：

采集书写区上待书写物的尺寸信息；

根据上述尺寸信息确定待书写物边沿的位置数据和中缝的位置数据；

执行翻页，包括运行驱动部330，以带动静电发生部320至待书写物一侧沿，吸附该被书写物10的可翻动边沿部分，使被书写物10距离静电发生部320最近的纸张边沿吸附在静电发生部320上后回撤至待书写物另一侧或另一侧外，使纸张落下；

执行双页按压，包括：

根据获取的待书写物的中缝位置数据，运行两导向槽110中的驱动部330；

使两驱动部330运行至与上述中缝所对应位置，或者分别使两驱动部330运行至中缝的非同侧位置；

使两个解除静电场的两个静电发生部320向相反位置摆动，按压位于中缝两侧的两页纸张，以至两个机械臂4分别在按压后的两页纸张上执行书写任务。

通过采用本书写方法，利用静电吸附的方式进行吸附纸张以进行翻页，同时还可利用本翻页装置3在翻页后对被书写物10进行按压，而无需再设置其他按压设备来保持双臂机械人同步书写时的书写面平整、可靠。

具体的，执行翻页还包括：

在回撤翻页时，使静电发生部320自转，使静电发生部320回撤的过程中，将吸附的纸张边沿翻卷至静电发生部320上方后停止自转并继续回撤至指定位置；达到指定位置后，使静电发生部320解除静电场，将该纸张边沿落于静电发生部320下方。

本方法在进行翻页动作时，在吸附纸张后无需再进行多余的提升动作，只需要进行翻边、卷边操作，使吸附的纸张部分翻转至上方，并继续进行回撤动作，执行翻页动作。相比于目前的写字机器人，在翻页时无需占用过多的高度方向空间，采用的各个运动元件只需要进行水平方向动作即可完成翻页工作，并且相比于采用空气吸盘和机械指臂翻页，操作更为简单、可靠。

优选的，可参照图2至图13，本方法对静电发生部320的控制包括其多个运行状态的控制，包括：

S1.执行移动到预定的吸附位置的指令。即控制静电发生部320通过驱动部330运行到吸附位置。

S2.执行产生静电场的指令。通过生成静电场，吸附纸张边沿部分与静电发生部320贴合。

S3.执行回撤与翻转的指令。该两个运动可同时进行，也可以是在回撤一段距离后，执行翻转动作，即让静电发生部320自转，使吸附的纸张边沿部分翻转到静电发生部320上侧后停止转动，然后继续回撤。

S4.执行解除静电场的指令。解除静电场后，静电发生部320与纸张分离，并持续回撤动作，直到达到指定位置后，纸张边沿可以落入到静电发生部320的下方位置。

在完成下一页书写后，然后重复上述步骤。

优选的，本方法还包括对静电发生部320的在完成第一次翻页后的按压操作。

上述按压操作包括：

在完成一次翻页后，控制驱动部330带动静电发生部320在未激活静电场的情况下，运行2个单轴机器人至按压位置。

即本方法对静电发生部320的控制还包括：

S5.执行至按压位置的指令。

具体的可以是按以下方式进行控制：

进行翻页工序时，进行同步控制；在翻页工序开始前，将两个单轴机器人设置为同步模式，并将它们的位置设定为并列位置。使用控制器2来发送指令，同时控制两个单轴机器人的运动，使它们可以同步前进或后退。主控制器2会发送相应的速度或位移指令给两个单轴机器人，以保持它们的相对位置不变，实现同步控制。

在翻页工序结束后，停止发送同步指令，保持两个单轴机器人的当前位置。

如需要进行按压工序的非并列位置控制时，进行以下操作：

在按压工序开始前，解除两个单轴机器人的同步模式。使用各自的控制器2的次级独立控制模块控制每个单轴机器人的运动，使它们按照各自的轨道上的预设位置进行移动。分别发送速度或位移指令给每个单轴机器人，以控制它们在非并列位置上的运动。

关于翻页工序与按压工序的切换：

在翻页工序完成后，切换到按压工序前，将控制器2的模式切换为解除同步模式的状态，使其不再发送同步指令。

在按压工序完成后，切换回翻页工序前，将控制器2的模式切换为同步模式，重新开始发送同步指令，以实现两个单轴机器人的并列运动。

在上述进行双页按压工作中，具体包括：首先，通过上述的摄像头阵列或者光电传感器阵列检测、识别书本的边缘和特征，例如，采用摄像头单元6识别中缝特征后，通过分析图像数据，可以确定中缝位置或通过摄像头阵列或者光电传感器阵列识别出书本的边缘后，可以通过计算确定书本的中缝位置，例如根据边缘的相对位置，可以计算出中缝的位置。

然后根据确定的中缝位置和单轴机器人的所在导向槽110的坐标系，计算出单轴机器人需要移动到的工作位置。通过将中缝位置映射到单轴机器人的工作空间坐标系中，可以确定单轴机器人的目标位置，然后通过控制第一电机350摆动上支架311，进行按压工作。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双臂书写机器人，其特征在于，包括：

基座；

曲关节机械臂组，该曲关节机械臂组包含两个用于根据指令执行书写任务的机械臂，该两个机械臂并列布置于基座上；所述机械臂的指端设置有用于夹持书写工具的装夹部；

控制器，该控制器与所述机械臂通信连接，用于控制机械臂执行预设指令；以及

翻页装置，该翻页装置设置于基座上，该翻页装置与控制器通信连接，用于控制该翻页装置执行翻页动作；

其中，所述基座上开有两列导向槽，该两列导向槽平行且间隔设置，该两列导向槽之间的区域为用于方式待书写物的书写区；

所述翻页装置包含两个翻页单元；

所述翻页单元包含：

支撑架，该支撑架的下部设置有位于导向槽内的驱动部，用于根据接收信号带动该支撑架沿该导向槽运动；

静电发生部，该静电发生部设置于所述支撑架上，该静电发生部与控制器电连接，用于根据接收的信号于预设位置生成静电场以吸附待翻动纸张；

所述支撑架具有上支架和下支架，上支架的下端通过铰链与下支架的上端活动连接，该铰链传动连接有用于带动该铰链做摆动动作的第一电机，该第一电机与控制器通信连接，用于响应于控制器所发信号而带动所述铰链执行摆动动作；

所述静电发生部连接于上支架且靠近书写区的一侧；

所述下支架的下端连接于所述驱动部上。

2.根据权利要求1所述的一种双臂书写机器人，其特征在于：

所述静电发生部为一横架在支撑架上的筒状部件，该静电发生部的轴向方向与导向槽延伸方向垂直；

所述静电发生部可自转的设置于所述支撑架的上部；

所述静电发生部的一端传动连接有第二电机，该第二电机与控制器通信连接，用于响应于控制器所发信号而带动所述静电发生部自转。

3.根据权利要求2所述的一种双臂书写机器人，其特征在于：

所述静电发生部包括：

基材部，该基材部为筒状，该基材部两端分别连接一支撑架且与所述第二电机传动连接；

导电层，该导电层覆盖于所述基材部上；

电极，所述导电层通过该电极与控制器控制的静电发生器连接。

4.根据权利要求3所述的一种双臂书写机器人，其特征在于：

所述基材部上开有分割槽，该分割槽长度方向沿基材部的轴向方向延伸，用于使所述基材部的外侧表面分割为若干条形部分；

所述导电层覆盖于所述条形部分上。

5.根据权利要求2所述的一种双臂书写机器人，其特征在于：

所述静电发生部一端活动连接于上支架上；

两个所述翻页单元的静电发生部的自由端之间留有间隙；

所述自由端上套设有绝缘套。

6.根据权利要求1所述的一种双臂书写机器人，其特征在于：

所述书写区上设置有写字板；

所述写字板为透明或部分透明的板体；

所述写字板下方开有位于基座上的内槽；

所述内槽内布置有发射端朝向写字板的摄像头阵列或光电传感器阵列；

所述控制器包括中央处理模块、与该中央处理模块连接的反馈模块；

所述反馈模块与摄像头阵列中的摄像头单元连接，中央处理模块用于根据摄像头单元拍摄的图形数据控制所述驱动部；或者，

所述反馈模块与光电传感器阵列中的光电传感器单元连接，中央处理模块用于根据光电传感器单元获取的信号控制所述驱动部。

7.根据权利要求1所述的一种双臂书写机器人，其特征在于：

所述基座上可活动的设置有机械臂基板；

在所述曲关节机械臂组中，靠近基座中部位置的机械臂的底座与所述机械臂基板固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种双臂书写机器人，其特征在于：

所述基座上设置有与导向槽的延伸方向平行的滑槽；

所述机械臂基板可活动的设置于所述滑槽中；

所述机械臂基板具有锁紧机构，该锁紧机构可选择的与基座连接，用于机械臂基板确定滑槽中的位置后固定该机械臂基板与基座的相对位置。

9.一种双臂书写机器人的书写方法，用于根据接收的指令或预设的程序，使两个机械臂在对应的两页纸张执行书写任务，其特征在于，所述书写方法还包括采用如权利要求1～8任意一项所述的一种双臂书写机器人；所述书写方法包括以下操作：

采集书写区上待书写物的尺寸信息；

根据所述尺寸信息确定待书写物边沿的位置数据和中缝的位置数据；

执行翻页，包括运行驱动部，以带动静电发生部至待书写物一侧沿，吸附被书写物的可翻动边沿部分，使被书写物距离静电发生部最近的纸张边沿吸附在静电发生部上后回撤至待书写物另一侧或另一侧外，使纸张落下；

执行双页按压，包括：

根据获取的待书写物的中缝位置数据，运行两导向槽中的驱动部；

使两驱动部运行至与所述中缝所对应位置，或者分别使两驱动部运行至中缝的非同侧位置；

使两个解除静电场的两个静电发生部向相反位置摆动，按压位于中缝两侧的两页纸张，以至两个机械臂分别在按压后的两页纸张上执行书写任务。

10.根据权利要求9所述的一种双臂书写机器人的书写方法，其特征在于：

执行翻页还包括：

在回撤翻页时，使静电发生部自转，使静电发生部回撤的过程中，将吸附的纸张边沿翻卷至静电发生部上方后停止自转并继续回撤至指定位置；达到指定位置后，使静电发生部解除静电场，将该纸张边沿落于静电发生部下方。