文字を書くロボットを作りたい

Question

マイコンのサーボモータ（SG90など）を２個使って、数字やカタカナなどを紙に書くロボット（腕にペンを持たせる）を作りたいのですが、プログラムをどう書けば良いかわからず困っています。例えば、数字の「２」を描かせたい場合、人間が書く動きをどのようにプログラムで実装すれば良いのでしょうか。

Answer 1

文字描画は、文字データをベクトルデータで持つことになると思います。ベクトルデータであれば文字サイズが変わっても対応がとれるからです。

ただ、すべての文字をアプリで保持するのは大変ですし、データを作るのも大変です。なので、既にあるデータを利用することになるでしょう。
例えば、パソコンにインストールされているフォントから情報を得てそれを利用して描画するとかですね。TrueType フォントのフォーマットなどは公開されているはずです。

データはおそらくそのままでは使えないので、X-Yプロットの形式に変換することになるでしょうけど、詳しくは私も知りません^^;あしからず・・・

Answer 2

実用性はおいといて、面白いものを見つけました。参考まで。

スクリーンに描いた絵を紙上に再現——手のひらサイズのお絵かきロボットアーム｢Line-us｣
Line-us: The little robot drawing arm

サーボモータ３個でできそうですね。

Answer 3

順番が逆です。
先にソフトウェアは作れませんし、作っても意味がありません。
開発の順序は、 機構設計→回路設計→ソフト開発 になります。

ちなみにサーボモータはストローク(移動量)が長くなると指数関数的に値段が上がります。

Comments

[退会済みユーザー]

ご回答ありがとうございます。
機構設計に関してですが、以下のようなロボットアームを設計したいと思っています。
https://www.thingiverse.com/thing:1896887
プロトタイプは、サーボモータ2つを動かす回路で一応動いていますが、プログラムで角度調整が難しく文字を書くところまで至っていない状態です。
サーボモータの解説もありがとうございます。

[hihijiji]

ヘッドの荷重を支持せず、ヘッドは紙の上を滑らす構造みたいですね。
パッと見ですが圧倒的にトルク不足でしょう。
ヘッドの位置が紙との摩擦で不安定になるので、"初めてのお絵描き"レベルの線しか描けません。

[hihijiji]

サーボには角移動量をパルス信号で送ります。模型用の3線のサーボは速度制御は出来ません。
目標に向かって全力で進むことしか出来ないので、軸間の同期を取ることも難しくなります。

[hihijiji]

訂正します。
×角移動量
○目標とする位置

[退会済みユーザー]

ご回答ありがとうございます。本格的に文字や絵を書くには3Dプリントしたロボットアーム程度ではなく、他の方が教えてくださってるようなX-Yプロッターを使用する必要があるのでしょうか。それとも機構設計が悪いのでしょうか。

[hihijiji]

ロボットアームで文字が書けないわけではなく、プロッタ式とは比べ物にならない難易度になるのです。
綺麗な文字が書けるシステムにするには年単位の研究開発が必要です。

[退会済みユーザー]

お返事ありがとうございます。1ヶ月程度で完成させなければならないので、それほど精度は求めずに調整したいと思います。

[hihijiji]

回答を求めるのであれば、貴方が設計したハードウェアの部分を質問欄に書いてください。
回答を得ることを諦めるのであれば、その旨を書いて自己解決にでもしてください。

[退会済みユーザー]

今回はまずプロトタイプに移りたいと思います。ご回答ありがとうございました。

Answer 4

まずはじめに文字を書くためには、ペンの上げ下げも必要となりますので、もう1軸必要ですね。

で、「文字を書く為にどのように制御すればよいのか？」ですが、一般的にはＣＡＤを使います。
ＣＡＤにより、文字データから「Ｇコード」と呼ばれるペンが通るパスを数値化した作業指示データを作成し、それをロボット？に読み込ませ、その作業指示通りにペンを制御することで文字を書かせることができるのです。

ですので、プログラムは「Ｇコードを読み込み、解析して、その指示通りにペンの動きを制御する」という内容になろうかと思います。

いわゆるCNC制御ってやつです。

ちなみに、上記のようなプログラムはすでに RaspberyPiやArduinoなどで実現されておりますので、参考にしてみたらいかがでしょうか？

Comments

[退会済みユーザー]

ご回答ありがとうございます。具体的に何をすればいいのかわかり、大変助かりました。
もしご存知でしたら、以下の質問にもご回答いただけますと幸いです。
ArduinoUNO用の「CNC SHIELD」があるみたいなのですが、一般的にはステッピングモータで動かされるようで、サーボモータでも代用可能でしょうか。以下のようなものです。
http://www.smartdiys.com/blog/cnc-shield/

Answer 5

完全な素人の単なる想像なので参考にもならないかも知れませんが・・・

市販のX-Yプロッターには文字を描く機能はついていると思いますが、X-Yプロッターを自作するという前提でしょうから、開始座標へ移動、ペンダウン、終了座標へ移動、ペンアップのように任意の直線を描画するための基本機能を実装するのが第一段階だと思います。サーボモーターの制御については検索してみると色々やっている方のコアなページが見るかるので

• シリアルポートを使って
• タイミングの配慮(時間待ち)をしつつ
• 制御信号を送って制御する

といったコードを書くことになると思います。それは別途調べていただくとして・・・

直線が引けるなら、後は文字を描くための軌道(=グリフ)をどう表現するかが問題になると思います。とりあえずは方眼紙にでも何でもよいのでざっくり「２」を書き、その制御点をプログラム上へ(配列などのデータとして)表現し、あとはその軌道に従って描画するという感じではないでしょうか。もちろんきれいな文字を書くには手本となるようなグリフデータが必要なので適当なフォントで画面上に文字を書き、それをなぞって座標データを抽出するといった地道な作業が必要なのかも知れません。

しかし、こんなソフトを自作せずともfont-path-generatorといったOSSがあるようなので、そうしたもので利用可能なものを探すのが手っ取り早いと思います。全て自作が目的なら上のような原始的なプログラミングをすることに・・・

Comments

[退会済みユーザー]

ご回答ありがとうございます。軌道のことを考えるに至ってなかったので、ご指摘が参考になりました。
市販のX-Yプロッターを使いたいのですが、今回は自作することで勉強するという課題なので難しいかと思います。font-path-generatorに関して、初心者なのでArduino（C, C++ベース）でどのように使えるのかいまいちわからないのですが、もしご存知でしたら教えていただきたいです。

[KSwordOfHaste]

font-path-generatorはjava用のようですから、Arduinoということならmagichanさん回答にある「既に実装されている基本機能」をベースにC/C++ベースの方式を考えるのがよさそうですね。自分は機械制御分野の門外漢なので残念ながらArduinoの具体的なソフトの知識は持ち合わせてないです。

[退会済みユーザー]

かしこまりました。今後、Javaベースで使用する際に参考にさせていただきます。
この度は、質問にご回答いただきましてありがとうございました。