CN104827459A - 一种智能整理图书机器人及其整理方法 - Google Patents

Abstract

一种智能整理图书机器人及其整理方法，其特征在于，所述智能整理图书机器人包括：中央控制器、RFID读写器、RFID电子标签、图像识别模块、整理图书模块、无线通信模块、移动模块、检测模块、人机交互模块、供电模块。所述中央控制器分别与RFID读写器、图像识别模块、整理图书模块、无线通信模块、移动模块、检测模块、人机交互模块、供电模块连接。所述供电模块分别与中央控制器、RFID读写器、图像识别模块、整理图书模块、无线通信模块、移动模块、检测模块、人机交互模块连接。本智能整理图书机器人及其整理方法，实现了对读者归还的图书进行全自动、智能整理，提高了图书整理的准确度和效率，简化了图书管理人员的工作。

Description

一种智能整理图书机器人及其整理方法

技术领域

本发明属于图书智能管理领域，涉及一种整理图书机器人及其整理方法，特别是一种智能整理图书机器人及其整理方法。

背景技术

随着社会文明的进步，人们对于知识的渴望越来越强烈。然而，当前社会知识书籍种类繁多，图书馆藏书量巨大，图书整理工作成为一个难题。

目前，现有的图书整理工作大多数由人工整理完成，既耗费了大量的人力和时间，增加管理图书成本，又降低了图书整理工作效率。人工整理图书准确性差，错放图书现象经常发生，给读者借阅图书造成不便。因此，需要一种智能整理图书机器人及其整理方法解决上述难题。

发明内容

本发明针对现有技术无法解决上述图书管理方面存在的问题，提供了一种智能整理图书机器人及其整理方法，智能整理图书机器人通过RFID识别定位技术对图书进行识别和图书所处书库位置定位，自主智能识别行驶路径到达图书应处位置，通过图像识别确定图书外形和尺寸，实现对图书的智能、准确归架整理。

为了完成上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种智能整理图书机器人，其特征在于，所述智能整理图书机器人包括：中央控制器、RFID读写器、RFID电子标签、图像识别模块、整理图书模块、无线通信模块、移动模块、检测模块、人机交互模块、供电模块。所述中央控制器分别与RFID读写器、图像识别模块、整理图书模块、无线通信模块、移动模块、检测模块、人机交互模块、供电模块连接。所述供电模块分别与中央控制器、RFID读写器、图像识别模块、整理图书模块、无线通信模块、移动模块、检测模块、人机交互模块连接。

所述的中央控制器分别与RFID读写器、图像识别模块、整理图书模块、无线通信模块、移动模块、检测模块、人机交互模块、供电模块连接，接收处理RFID读写器、图像识别模块、整理图书模块、无线通信模块、移动模块、检测模块、人机交互模块、供电模块传输来的信息和数据，并向RFID读写器、图像识别模块、整理图书模块、无线通信模块、移动模块、检测模块、人机交互模块、供电模块传输命令信息和数据。

所述的RFID读写器与中央控制器连接，用于读取RFID电子标签的图书信息、图书位置信息、充电识别RFID电子标签和机器人信息及其位置信息，将读取的RFID电子标签的信息反馈到中央控制器；RFID读写器分为书库RFID读写器和机器人RFID读写器；书库RFID读写器与图书管理系统连接，用于读取图书信息RFID电子标签、位置标记RFID电子标签；机器人RFID读写器用于读取图书信息RFID电子标签、位置标记RFID电子标签、机器人信息RFID电子标签。

所述的RFID电子标签向RFID读写器反馈图书信息、图书位置信息、充电识别信息和机器人信息及其位置信息，分为图书信息RFID电子标签、位置标记RFID电子标签、机器人信息RFID电子标签、充电识别RFID电子标签，每一本书有唯一的图书信息RFID电子标签，每一个机器人有唯一的机器人信息RFID电子标签身份。

所述的图像识别模块实现对图书外形和尺寸大小的确定，包括摄像头、图像采集卡、图像处理识别软件，摄像头安装在机械手前端。

所述的整理图书模块采用旋转平台、升降装置、传送装置、推送装置、机械臂和机械手组合构成，通过图像识别模块对图书外形和尺寸大小进行识别，由机械臂和机械手对图书进行夹取，通过旋转平台、升降装置、传送装置、推送装置工作将图书放回原处。旋转平台采用齿轮和电机组合装置；升降装置采用升降臂实现升降；传送装置采用传送带移动图书；推送装置采用推进机装置推送图书；机械臂采用三自由度运动结构分别与三个步进电机连接，并由三个步进电机进行控制；机械手采用小型电动机械夹钳用来夹取图书，机械手两端安装容栅传感器测量机械手开口位移；机械手下端安装尖状结构，适合从书架上两书之间缝隙叉开两书。

所述的无线通信模块包括网络通信服务器、无线信号接收和发送模块。通过该模块实现机器人与图书馆图书管理系统无线通信，保持机器人与图书馆图书管理系统的联系。

所述的移动模块实现机器人在图书馆内的移动，该模块包括2个旋转编码器、2个电机驱动电路、2个独立主动轮、2个缓冲万向从动轮、2个减速器、2个直流伺服电机。电机驱动电路由中央控制器连接控制；2个独立主动轮作为机器人的后轮，通过两个主动轮的速度不同来实现机器人的转向功能，速度相同时实现机器人的前进和后退；2个缓冲万向从动轮作为机器人的前轮，配合2个主动轮完成前进、后退、转向；每一减速器和每一驱动轮连接；每一个直流伺服电机和一个减速器、一个旋转编码器、一个电机驱动电路连接，构成两套移动动力装置。

所述的检测模块实现机器人自身的检测障碍物、识别方向和自身状态，包括激光测距仪、加速度传感器、陀螺仪、里程计、电子罗盘、超声波传感器。通过激光测距仪、加速度传感器、陀螺仪、里程计、电子罗盘、超声波传感器检测障碍物、识别方向位置和自身状态。

所述的人机交互模块实现人与机器人之间的信息交换，包括液晶触摸显示屏。人们可以通过液晶触摸显示屏进行操作，将操作设置指令传达给机器人的中央控制器。

所述的供电模块实现机器人整个系统的供电、电源转换变压和对剩余电量的检测，并完成自动移动到指定充电区充电。包括电源充电器、电压转换器、电源检测控制器、电能存储电池。充电识别采用充电识别RFID电子标签识别定位技术。

所述的RFID识别定位技术是监控任意位置的图书采用固定位置标记RFID电子标签监控图书信息RFID电子标签的方法，使用固定位置标记RFID电子标签向图书信息RFID电子标签提供位置信息，书库RFID读写器向图书信息RFID电子标签和位置标记RFID电子标签发送定位命令信息，图书信息RFID电子标签与最近的位置标记RFID电子标签交流信息后获取当前所处位置，书库RFID读写器读取图书信息RFID电子标签信息和其所处当前位置信息。

所述的自主智能识别行驶路径是采用固定位置标记RFID电子标签搜索机器人信息RFID电子标签的方法，使用固定位置标记RFID电子标签向机器人信息RFID电子标签提供位置信息，机器人RFID读写器向机器人信息RFID电子标签和位置标记RFID电子标签发送定位命令信息，机器人信息RFID电子标签与最近的位置标记RFID电子标签交流信息后获取当前所处位置，机器人RFID读写器读取机器人信息RFID电子标签信息和其所处当前位置信息。

一种智能整理图书机器人整理方法，其特征在于，所述智能整理图书机器人整理方法包括：在书库中固定位置安装位置标记RFID电子标签，每个位置标记RFID电子标签之间的距离是等间隔的，对书库实现空间位置定位。通过书库RFID读写器读取位置标记RFID电子标签信息，每个位置标记RFID电子标签具有特定标识身份信息，然后在图书管理系统中建立书库RFID布局地图显示书库名称、书架位置及其编号信息和书库中的其他位置。

读者归还的图书存放在书库中图书暂存区中，机器人通过机器人信息RFID电子标签和机器人RFID读写器自主智能识别行驶路径到达图书暂存区通过传送装置装载多本图书。

机器人通过机器人RFID读写器读取图书信息RFID电子标签获取图书信息，通过无线通信模块与图书管理系统进行通信获取该图书在图书馆原来的具体位置和图书管理系统中建立的书库RFID布局地图，通过自身所处位置和书库RFID布局地图比较核对后自主智能识别行驶路径，通过移动模块移动到达该图书应处位置。

机器人通过整理图书模块开始整理应处在该位置的书籍，通过旋转平台、升降装置、传送装置将机械臂和机械手移动到图书上方位置，通过图像识别模块对图书外形和尺寸大小进行识别，机械手两端安装容栅传感器测量机械手开口位移适合该图书尺寸外形后，机械臂前伸，机械手夹取图书。

机器人通过旋转平台、升降装置、传送装置带动夹取图书的机械臂和机械手到达图书所在书架位置，图像识别模块识别书架上图书位置信息，机械手下端安装的尖状结构从书架上两书之间缝隙叉开两书或者书架上书本的一端顶住图书预留出放书位置，机械臂和机械手控制所夹取图书对准书架预留出的放书位置，推送装置推送图书送回书架上放置，机械手松开图书，完成本次图书整理，机器人继续整理机器人所装载的其他图书。

当机器人整理完自身所装载图书时，机器人通过自主智能识别行驶路径通过移动模块返回到书库中图书暂存区再次装载图书，按照上述方法继续进行整理图书工作。

本发明的有益效果是：本发明一种智能整理图书机器人及其整理方法，实现了对读者归还的图书进行全自动、智能整理，提高了图书整理的准确度和效率，减少了整理图书的人力和物力，降低了图书馆管理成本，简化了图书管理人员的工作。

附图说明

图1为本发明机器人整体结构示意图。

图2为本发明机器人工作方法示意图。

图中1、中央控制器，2、RFID读写器，3、RFID电子标签，4、图像识别模块，5、整理图书模块，6、无线通信模块，7、移动模块，8、检测模块，9、人机交互模块，10、供电模块，21、书库，22、图书暂存区，23、书库RFID读写器，24、充电区，25、充电识别RFID电子标签，26、机器人信息RFID电子标签，27、机器人RFID读写器，28、图书信息RFID电子标签，29、位置标记RFID电子标签。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，以具体阐述本发明的技术方案。

如图1所示，本发明一种智能整理图书机器人，其特征在于，所述智能整理图书机器人包括：中央控制器1、RFID读写器2、RFID电子标签3、图像识别模块4、整理图书模块5、无线通信模块6、移动模块7、检测模块8、人机交互模块9、供电模块10。所述中央控制器1分别与RFID读写器2、图像识别模块4、整理图书模块5、无线通信模块6、移动模块7、检测模块8、人机交互模块9、供电模块10连接。所述供电模块10分别与中央控制器1、RFID读写器2、图像识别模块4、整理图书模块5、无线通信模块6、移动模块7、检测模块8、人机交互模块9连接。

如图2所示，一种智能整理图书机器人功能实现步骤如下：在书库21中固定位置安装位置标记RFID电子标签29，每个位置标记RFID电子标签29之间的距离是等间隔的，对书库21实现空间位置定位。通过书库RFID读写器23读取位置标记RFID电子标签29信息，每个位置标记RFID电子标签29具有特定标识身份信息，然后在图书管理系统中建立书库RFID布局地图显示书库名称、书架位置及其编号信息和书库中的其他位置。

读者归还的图书存放在书库21中图书暂存区22中，机器人通过机器人信息RFID电子标签26和机器人RFID读写器27自主智能识别行驶路径到达图书暂存区22通过传送装置装载多本图书。

机器人通过机器人RFID读写器27读取图书信息RFID电子标签28获取图书信息，通过无线通信模块与图书管理系统进行通信获取该图书在图书馆原来的具体位置和图书管理系统中建立的书库RFID布局地图，通过自身所处位置和书库RFID布局地图比较核对后自主智能识别行驶路径，通过移动模块移动到达该图书应处位置。

机器人通过整理图书模块开始整理应处在该位置的书籍，通过旋转平台、升降装置、传送装置将机械臂和机械手移动到图书上方位置，通过图像识别模块对图书外形和尺寸大小进行识别，机械手两端安装容栅传感器测量机械手开口位移适合该图书尺寸外形后，机械臂前伸，机械手夹取图书。

机器人通过旋转平台、升降装置、传送装置带动夹取图书的机械臂和机械手到达图书所在书架位置，图像识别模块识别书架上图书位置信息，机械手下端安装的尖状结构从书架上两书之间缝隙叉开两书或者书架上书本的一端顶住图书预留出放书位置，机械臂和机械手控制所夹取图书对准书架预留出的放书位置，推送装置推送图书送回书架上放置，机械手松开图书，完成本次图书整理，机器人继续整理机器人所装载的其他图书。

当机器人整理完自身所装载图书时，机器人通过自主智能识别行驶路径通过移动模块返回到书库21中图书暂存区22再次装载图书，按照上述方法继续进行整理图书工作。

机器人在行驶移动过程中通过检测模块实现机器人自身的检测障碍物、识别方向和自身状态，自主智能实现躲避障碍物。

机器人通过无线通信模块实现机器人与图书馆图书管理系统无线通信，保持机器人与图书馆图书管理系统的实时通信联系，使机器人实时获取书库RFID布局地图显示书库名称、书架位置及其编号信息和书库中的其他位置。

管理员通过人机交互模块实现人与机器人之间的信息交换，通过液晶触摸显示屏对机器人功能进行操作，将操作设置指令传达给机器人的中央控制器。

机器人通过供电模块实时为机器人提供电能，确保机器人各个模块的正常工作。电能存储电池选用高能效锂离子电池组。当锂离子电池组电量不足时，电源检测控制器会检测到电池组电量低，机器人通过位置定位识别路径后向充电区24移动；机器人到达充电区24后，通过充电识别RFID电子标签25自动识别到充电电气插头对位连接充电。当充电结束后，电源检测控制器检测到电池组电量充足，机器人继续进行整理图书工作。

经过以上本发明智能整理图书机器人及其整理方法实施例工作过程，实现了对读者归还的图书进行全自动、智能整理，提高了图书整理的准确度和效率，减少了人力和物力，降低了图书馆管理成本，简化了图书管理人员的工作。

Claims (3)

1.一种智能整理图书机器人，其特征在于，所述智能整理图书机器人包括：中央控制器、RFID读写器、RFID电子标签、图像识别模块、整理图书模块、无线通信模块、移动模块、检测模块、人机交互模块、供电模块；所述中央控制器分别与RFID读写器、图像识别模块、整理图书模块、无线通信模块、移动模块、检测模块、人机交互模块、供电模块连接；所述供电模块分别与中央控制器、RFID读写器、图像识别模块、整理图书模块、无线通信模块、移动模块、检测模块、人机交互模块连接。

2.根据权利要求1所述的智能整理图书机器人，其特征在于，所述的中央控制器分别与RFID读写器、图像识别模块、整理图书模块、无线通信模块、移动模块、检测模块、人机交互模块、供电模块连接，接收处理RFID读写器、图像识别模块、整理图书模块、无线通信模块、移动模块、检测模块、人机交互模块、供电模块传输来的信息和数据，并向RFID读写器、图像识别模块、整理图书模块、无线通信模块、移动模块、检测模块、人机交互模块、供电模块传输命令信息和数据；

所述的RFID读写器与中央控制器连接，用于读取RFID电子标签的图书信息、图书位置信息、充电识别RFID电子标签和机器人信息及其位置信息，将读取的RFID电子标签的信息反馈到中央控制器；RFID读写器分为书库RFID读写器和机器人RFID读写器；书库RFID读写器与图书管理系统连接，用于读取图书信息RFID电子标签、位置标记RFID电子标签；机器人RFID读写器用于读取图书信息RFID电子标签、位置标记RFID电子标签、机器人信息RFID电子标签；

所述的RFID电子标签向RFID读写器反馈图书信息、图书位置信息、充电识别信息和机器人信息及其位置信息，分为图书信息RFID电子标签、位置标记RFID电子标签、机器人信息RFID电子标签、充电识别RFID电子标签，每一本书有唯一的图书信息RFID电子标签，每一个机器人有唯一的机器人信息RFID电子标签身份；

所述的图像识别模块实现对图书外形和尺寸大小的确定，包括摄像头、图像采集卡、图像处理识别软件，摄像头安装在机械手前端；

所述的整理图书模块采用旋转平台、升降装置、传送装置、推送装置、机械臂和机械手组合构成，通过图像识别模块对图书外形和尺寸大小进行识别，由机械臂和机械手对图书进行夹取，通过旋转平台、升降装置、传送装置、推送装置工作将图书放回原处；旋转平台采用齿轮和电机组合装置；升降装置采用升降臂实现升降；传送装置采用传送带移动图书；推送装置采用推进机装置推送图书；机械臂采用三自由度运动结构分别与三个步进电机连接，并由三个步进电机进行控制；机械手采用小型电动机械夹钳用来夹取图书，机械手两端安装容栅传感器测量机械手开口位移；机械手下端安装尖状结构，适合从书架上两书之间缝隙叉开两书；

所述的无线通信模块包括网络通信服务器、无线信号接收和发送模块；通过该模块实现机器人与图书馆图书管理系统无线通信，保持机器人与图书馆图书管理系统的联系；

所述的移动模块实现机器人在图书馆内的移动，该模块包括2个旋转编码器、2个电机驱动电路、2个独立主动轮、2个缓冲万向从动轮、2个减速器、2个直流伺服电机；电机驱动电路由中央控制器连接控制；2个独立主动轮作为机器人的后轮，通过两个主动轮的速度不同来实现机器人的转向功能，速度相同时实现机器人的前进和后退；2个缓冲万向从动轮作为机器人的前轮，配合2个主动轮完成前进、后退、转向；每一减速器和每一驱动轮连接；每一个直流伺服电机和一个减速器、一个旋转编码器、一个电机驱动电路连接，构成两套移动动力装置；

所述的检测模块实现机器人自身的检测障碍物、识别方向和自身状态，包括激光测距仪、加速度传感器、陀螺仪、里程计、电子罗盘、超声波传感器；通过激光测距仪、加速度传感器、陀螺仪、里程计、电子罗盘、超声波传感器检测障碍物、识别方向位置和自身状态；

所述的人机交互模块实现人与机器人之间的信息交换，包括液晶触摸显示屏；人们可以通过液晶触摸显示屏进行操作，将操作设置指令传达给机器人的中央控制器；

所述的供电模块实现机器人整个系统的供电、电源转换变压和对剩余电量的检测，并完成自动移动到指定充电区充电；包括电源充电器、电压转换器、电源检测控制器、电能存储电池；充电识别采用充电识别RFID电子标签识别定位技术。

3.一种智能整理图书机器人整理方法，其特征在于，所述智能整理图书机器人整理方法包括：在书库中固定位置安装位置标记RFID电子标签，每个位置标记RFID电子标签之间的距离是等间隔的，对书库实现空间位置定位；通过书库RFID读写器读取位置标记RFID电子标签信息，每个位置标记RFID电子标签具有特定标识身份信息，然后在图书管理系统中建立书库RFID布局地图显示书库名称、书架位置及其编号信息和书库中的其他位置；

读者归还的图书存放在书库中图书暂存区中，机器人通过机器人信息RFID电子标签和机器人RFID读写器自主智能识别行驶路径到达图书暂存区通过传送装置装载多本图书；

机器人通过机器人RFID读写器读取图书信息RFID电子标签获取图书信息，通过无线通信模块与图书管理系统进行通信获取该图书在图书馆原来的具体位置和图书管理系统中建立的书库RFID布局地图，通过自身所处位置和书库RFID布局地图比较核对后自主智能识别行驶路径，通过移动模块移动到达该图书应处位置；

机器人通过整理图书模块开始整理应处在该位置的书籍，通过旋转平台、升降装置、传送装置将机械臂和机械手移动到图书上方位置，通过图像识别模块对图书外形和尺寸大小进行识别，机械手两端安装容栅传感器测量机械手开口位移适合该图书尺寸外形后，机械臂前伸，机械手夹取图书；

机器人通过旋转平台、升降装置、传送装置带动夹取图书的机械臂和机械手到达图书所在书架位置，图像识别模块识别书架上图书位置信息，机械手下端安装的尖状结构从书架上两书之间缝隙叉开两书或者书架上书本的一端顶住图书预留出放书位置，机械臂和机械手控制所夹取图书对准书架预留出的放书位置，推送装置推送图书送回书架上放置，机械手松开图书，完成本次图书整理，机器人继续整理机器人所装载的其他图书；

当机器人整理完自身所装载图书时，机器人通过自主智能识别行驶路径通过移动模块返回到书库中图书暂存区再次装载图书，按照上述方法继续进行整理图书工作。