写字机器人在计算机控制技术教学中的应用

浙江育英职业技术学院 宋国顺

计算机控制技术这门课程对学生实践和应用的要求特别高，也就是要求学生将课堂的理论知识用于解决实际遇到的问题。目前学校开展的计算机控制技术教学，大多数都是基于计控的相关原理来设置的，学生通过51机，进行相关的实验，比如，对传入传出的信息的采集、电机的运作原理、直流的电机如何进行调速、恒温系统控制原理等，而这些实验都是模拟进行的，需要实战项目来强化理论基础。所以，提出让学生制定类似写字机器人的项目，把课堂学到的关于调用接口、控制技术、调试系统和应用分析等知识点应用于实际，通过这种实战项目，让学生深入了解和掌握计算机控制技术的应用原理，提高他们对实际遇到的问题分析和解决的能力。基于此，本篇文章对写字机器人在计算机控制技术教学中的应用进行研究，以供参考。

写字机器人的设计涉及单片机、传感器、机械控制等相关知识。但是由于研究不够深入，写字机器人还有一定的设计缺陷，并不能完全满足人们的需求，写字机器人多应用图像处理技术，扫描信息的正确率偏低，产品成品较高，不能应用于低端市场，进行大规模的应用。并且不能自主学习，智能化程度较低[1]。因此，如何进行写字机器人的设计优化，让写字机器人能够自主学习和思考，添加更多人性化功能就成为当今写字机器人的研究重点和难点。

1 计算机控制技课程的特点

计算机控制技术简称CCT，是Computer Control Technology的缩写，该科目最大的特点是“宽、泛、难”，首先“宽”，是指计算机控制技术所涵盖的知识面特别广，“泛”是指计算机控制技术所用到的专业名词和技术要求特变广泛，“难”是指学生自主学习时，对于知识点难以理解，对于课堂老师教授的专业知识难以掌握，所以老师应特别注意该门课程的授课方式，需要不断将已经学过的知识点进行复习和串讲。下面就CCT科目的特点展开具体分析。CCT课程涵盖很多的领域，比如，对信号的接收和处理，通常在对一个项目对象控制时，需要将该目标项目的状态处理成能让计算机识别并计算的信号，在经过服务器处理后，最后把虚拟信号施加到执行系统，再转到需要控制的项目目标本体上。通过该过程使控制系统能够发挥对应的作用，而分析的方法主要是应用Z和S之间相互转换。CCT科目当中涵盖了很多控制技术系统方面的技术知识，而且对闭环开环之间相互切换的控制技术，应用频次比较广。而且CCT科目当中对模拟电子数字技术的要求也很高。类似信号过滤，抗干扰能力测试，光电耦合效应以及相关数据的选择，而且各章节的知识内容都是紧密联系的。在计算机控制系统当中，控制器这一部分运行原理当中，对于数字控制器系统当中最小拍有波和拍无波的取值取决于被控制的对象其Z值得零极点，从这一对应关系来看，零极点决定着数字控制器系统的设计[2]。但是在学习中，往往有很大一部分学生无法确定在职的零极点，所以也不能按规定完成数字控制器系统的设计任务。又比如说，按照中值定理当中所表述的Z值的极限与时域的关系性来看，如果计算机控制系统设计好以后，通过实验检测整体误差为零的情况下，才能证明整个系统控制技术的有效发挥和应用，对于误差的计算方法和终值定理联系颇为紧密，所以授课的关键点就是引导学生真正理解终值定理，学会找到Z值计算误差的方法。

2 写字机器人存在的问题

2.1 市场接受度低

随着社会的不断发展，科技的不断进步，智能信息化技术渐渐渗透在人们生活的各个角落。写字机器人的研究和开发，是新的科技成果的突破和创新，其价值不言而喻，但同时伴随着负面影响的产生。比如有的学生贪图便利，用写字机器人代替他们写作业，随着负面影响的不断产生，引发了人们对科技发展价值产生了质疑，即便是写字机器人，已经在相映的科研以及实际应用中创造了很大的价值，但其产生的舆论影响，也对他自身的发展和推广产生了限制。

2.2 异常处理技术不完善

由于当前写字机器人的研发还处于比较初期的一个阶段，所以写字机器人技术的性能相对来讲也不是特别完善[3]。比如现阶段的写字机器人，对于图像的处理准确度不高，也就是说，如果当前图像被遮挡或者是有残缺，都不能准确的识别出来。尤其是对于数据噪点比较多，现阶段的写字机器人也是很难识别，对应的数据不能及时匹配处理。对于异常处理技术不完善这种情况，还需要通过不断发展计算机的大数据，以形成适当的模拟模型，通过对各种异常数据的处理和分析，从而提高写字机器人，在环境异常的情况下对不完整数据处理的能力[4]。

2.3 缺少语音识别技术

当下设计的写字机器人，多半后台都是由相关的计算机程序来进行操作的，指令通过键盘输入，再由机器人计算后输出，所以具有语音识别技术的机器人的研发就有很广的前景。由于语音识别技术对相映的信息接收和输出要求的精度特别高，目前在这方面，暂时还没有什么突破性的研发成果[5]。所以研发具有语音识别技术的写字机器人具有很大的意义和价值。

3 写字机器人实验过程示例分析

3.1 任务目标制定

写字机器人对于文字的书写，需要程序提前设定，再由按键来选择。由Arduino事先制定书写的文字程序编号，当按键被触发时，根据按键来走对应设置好的程序，从而实现文字和数字的书写、录入。

3.2 总体方案设计

在该控制系统中，主要包含五部分：Arduino枢纽；驱动装置；舵机；键盘；电源。写字机器人使用C语言设计，在开启系统后，Arduino枢纽自动监测写字指令的提交，一旦按键被触发，对应的写字命令相继发布，待形式转化后，驱动舵机运转处理，控制笔进行书写，最后形成文字。

3.3 基于计算机控制技术教学目标点的任务分解

对整个设计方案进行汇总和归纳得出，写字机器人的研发任务包含下面三部分，对于书写内容的识别和输出，电机控制，舵机控制，计算机控制系统输入输出技术，和控制系统设计原理。对于已拆解的任务，可以分派给不同的同学，以模块的形式分别负责，再将各个模块儿的系统统筹调试，最后完成整个写字机器人研发的任务。

3.4 Windows系统矢量文字处理

目前Windows系统矢量文字处理主要是折线、二次Bezier曲线技术，文字形体比较美观，字库也比较庞大。所以采用Windows系统矢量文字处理技术。但是TTF字体格式难度比较大，所以需要引入API函数，这样对数据处理更便捷。

通过API函数GetGlyphOutline能直接得出文字矢量图。

GetGlyphOutline函数所展示的原型:

DWORDGetGlyphOutline(

HDChde,//句柄

UINTuChar,//需要识别的字串

UINTuFormat,//输出的数据格式

LPGLYPHMETRICSlpgm，//GLYPHMETRICS结构样式

DWORDcbBuffer,//缓冲大小

LPVOIDIpvBuffer,//缓冲地址

CONSTMAT2*lpmat2//转置矩阵

UFormat规定输出的数据格式，如果是GGOBITMAP可以输出字体的位图，如果是GGONATIVE，输出的是字体的轮廓。对应的详细操作步骤是：（1）通过以上描述的函数类型来得到对应字符的轮廓。（2）对该字符具体轮廓线数据的提取：通过对已获取的轮廓线的分析，需要将构成该轮廓线的各个线条一一分离，使线条按笔画顺序罗列成字符的轮廓。（3）矢量数据的信息存储至数据库当中，方便写字机器人输出时路径的控制。

4 实践教学方案改革

4.1 实验教学改革

因为在实际教学当中，对于平时的实验操作，大多都是点击软件来模拟实际的系统操作，所以需要尽量的降低这种形式的实验，更多的融入一些综合性比较强，设计理念比较新颖的实验任务，并制定对应的学习目标和要求，使学生在实验开始之前，就着手准备相映的资料，例如控制系统技术和集成电路相关的分析等。所以要求实验室配备几套可以将直接进行研究设计的装置，或者买一些软硬件结合开发以及计算方法实验的平台，并以开放性的形式时，每个学生都能参与到实践当中，以此提高学生学习的兴趣。并且，要求学生及时记录实验当中所遇到的问题以及采用相应的解决方法，而且需要在实验报告中针对此问题进行详细的描述，充分剖析问题的产生以及问题的解决过程。为了使说明更加详细，也可以上传相关的照片，最后还需要对此次问题的产生和解决，进行总结和归纳。通过这样的形式，可以拓展学生的思路，发散学生的思维，提高他们发现问题，解决问题的综合能力。

4.2 科技活动与实践活动相结合

对于理科的学生来说，不能单单只从书本上对知识理解就认为是掌握了，将书本所学到的理论知识用于解决实际当中所遇到的问题和困难，这样才是最佳的学习方式。为提高学生对计算机控制技术了解的广泛性，需带着学生深入到企业当中，是学生通过自身的真实体验来对计算机控制系统的工作原理有个初步的了解，在通过对课本理论知识的详细讲解，激发他们的学习兴趣，提高他们学习的主观能动性。另外的话，还鼓励学生参加各种各样的有关计算机控制技术的相关比赛，比科研成果大赛，通过参加比赛开阔他们的视野，拓展创新的思路，将课堂学习到的理论知识学以致用。

4.3 知识要点重构

当前计算机控制技术教学的课程当中，所涵盖的内容特别广泛，而且知识点繁杂混乱，难以理解，所以需要教师在开展课堂工作之前，对于教材当中所涉及到的知识点，进行全面的统筹和划分，可以采用从整体到细节，从连续到离散的形式，以数据和系统的转化以及相关性能分析，还有控制系统设计理念，当成重要的知识点进行讲解，把检测设置，口令执行，以及指令过滤等知识点作为补充，形成一个完整的知识体系。而对于计算机控制系统课程的讲解，可以把虚拟系统以及相关的计算方式方法当做主要的学习内容，把离散系统的概念分析和设计原理当做重点，然后再补充一些教师认为授课当中所必要的知识点。通过这样的课程设计，一方面可以将课程有效的进行定位，另一方面的话，由于知识点的学习的灵活性可以满足学时要求，又能将课程当中所包含的知识点全面覆盖。上面所展示的课程思维导图可以给教学任务拆分做参考，这样的方式提升教师和学生对课程整体内容的认知，可以提升教学和学习效率。

4.4 课程目标改革

改革后的课程目标要求包含知识、能力、素质及思想品德等方面目标，本质是提升学生思维能力，以及把课堂上所学到的知识在实际应用当中解决困难和问题的动手能力。（1）知识目标。需要学生全面了解数据动态展示，定时器，蜂鸣器相关的工作原理。（2）能力目标。可以快速识别脚本，可以借助模拟的软件来绘画电路图，流程图，掌握多种编程语言，可以快速识别并解决软硬件引发的各种故障。（3）素质。学会小组之间相互合作，沟通学习，对新事物有快速接受的能力，敢于尝试，大胆创新，打造吃苦耐劳，科学严谨，不断进取的优良品质。（4）思想品质。对于实验当中材料的选取要合理，以环保节能为最佳。在对产品相应的功能进行设计时，需要从安全性角度出发，使设计理念更加人性化。有透过现象看本质的能力，并且对于现在国内外信息技术发展情况实时掌握，全身心投入建设的伟大事业中。

5 结语

总而言之，基于写字机器人的计算机控制技术教学建设将新知识融入该课程重要知识单元，使课程内容及时反映新技术要求，紧跟时代变化；知识结构衔接紧凑、条理清晰；实践教学融合新理论、新知识，凸显实践的设计性和综合性；针对不同内容采用多种教学方法教学；提高学生对知识技能的掌握程度，培养综合素质高的技术应用型人才。