CN107443393A - 一种书籍位置调整机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种书籍位置调整机器人，包括小车、机械臂、夹爪、图书识别器、转书机构、撑书器，小车上设置有控制柜、蓄电池，机械臂、转书机构设置在小车上，机械臂上设置有安装块、安装块上设置有旋转机构，夹爪通过延伸板安装在旋转机构上，图书识别器设置在夹爪上；转书机构与夹爪对应，转书机构能够夹持并旋转图书；撑书器包括推杆、撑书框、转接板，推杆通过转接板安装在安装块上，推杆设置在安装块的一侧，推杆与安装块的水平距离等于夹爪中心线与旋转机构旋转轴之间的距离，撑书框安装在推杆的伸缩杆上。本发明能够自动将问题图书取出并放至正确位置，有效提高了图书馆的服务质量，方便了读者找书，同时减少了图书管理人员的工作负担。

Description

一种书籍位置调整机器人

技术领域

本发明涉及图书馆自动化设备技术领域，尤其涉及一种书籍位置调整机器人。

背景技术

目前各地图书馆为了方便读者查找书，通常都把图书垂直放置在书架内并将书脊面向读者、书脊上的文字正向。而读者在放置图书时经常会将书脊面向书架，或者往往不注意书脊上的文字方向，经常出现倒放的情况；为方便读者找书，图书馆的图书都是分类摆放的，而读者在选书过程中往往随意变更图书的位置，给其他读者找书造成不便。

现有的图书馆都是通过人工对书架上的图书进行整理，费时费力，现有技术还没有能够对图书馆书架上的图书进行自动整理的设备。

发明内容

本发明针对现有图书馆图书整理设备的不足，研制一种书籍位置调整机器人，该装置能够自动识别出摆放错误的图书，并将图书转向后放至正确的位置，有效提高了图书馆的服务质量，方便了读者找书，同时减少了图书管理人员的工作负担。

本发明解决技术问题的技术方案为：一种书籍位置调整机器人，设置在图书馆内，图书摆放在书架上，所述机器人包括小车、机械臂、夹爪、图书识别器、转书机构、撑书器，小车上设置有控制柜、蓄电池，机械臂、转书机构设置在小车上，机械臂为多个电机带动的多自由度机械手，机械臂上设置有安装块、安装块上设置有旋转机构，夹爪通过延伸板安装在旋转机构上，图书识别器设置在夹爪上；转书机构与夹爪对应，转书机构能够夹持并旋转图书；撑书器包括推杆、撑书框、转接板，推杆通过转接板安装在安装块上，撑书框安装在推杆的伸缩杆上，撑书框的主体为一水平的U形框，撑书框的远推杆端为开口的尖头；小车、机械臂、夹爪、图书识别器、转书机构、撑书器的控制端口、数据端口都连接控制柜。

作为优化，所述推杆设置在安装块的一侧，推杆轴线与旋转机构旋转轴之间的水平距离等于夹爪竖直中心面与旋转机构旋转轴之间的距离。

作为优化，所述转书机构包括右夹头、左夹头、左侧安装板、转书电机、右侧安装板，左夹头与右夹头相对设置，左夹头、右夹头的相对面为夹头顶面，左夹头、右夹头为回转体，左夹头、右夹头顶面的轮廓边倒角，左夹头安装在左侧安装板上，左夹头的端部安装有卡板，左夹头与左侧安装板之间设置有弹簧，右夹头的底部端面设置有导向孔、底部侧面设置有限位孔，转书电机安装在右侧安装板上，转书电机的输出轴上设置有档杆安装孔，转书电机的输出轴伸入导向孔中，档杆安装孔中安装档杆，档杆与限位孔对应，右夹头与右侧安装板之间设置有弹簧。

作为优化，所述左侧安装板安装左夹头的安装孔中设置有滑套。

作为优化，所述夹爪包括左爪、右爪、齿条、主动齿、辅助齿、夹爪电机，左爪与右爪对称设置，左爪与右爪的后端设置有轮齿，齿条设置在左爪与右爪之间，左爪、右爪、主动齿、辅助齿分别与齿条啮合，夹爪电机的输出轴连接主动齿的旋转轴。

作为优化，所述夹爪上还设置有码齐板，码齐板垂直于夹爪，码齐板的高度超出夹爪最高点。

作为优化，所述图书识别器包括条形码扫描器，图书书脊的中心横向设置有条形码。

作为优化，所述条形码扫描器安装在导向套中，导向套内设置有弹簧，弹簧的一端接触条形码扫描器后端、一端接触导向套内壁。

作为优化，所述图书识别器包括摄像头，控制柜设置有图像识别系统。

作为优化，所述小车的车轮为麦克纳姆轮。

作为优化，所述机器人还包括暂存箱，暂存箱设置在小车上。

本发明的有益效果：

1.本发明的小车、机械臂将图书识别器送至工作位置，图书识别器能够识别出问题图书，设备能够自动将问题图书取出、翻转至正确方向，并放至正确位置，有效提高了图书馆的服务质量，方便了读者找书，同时减少了图书管理人员的工作负担。

2.通过设置撑书器可以将书架上的图书撑开，方便设备将图书放回书架。

3.通过设置转书机构，只需要一个电机及简单机构，即可实现图书的翻转工作，节约了制造成本。

4.通过设置码齐板，当图书放置完毕后，旋转夹爪使码齐板正对图书的书脊，然后设备整体靠近图书，可实现图书的前后码齐；通过控制小车、机械臂，将码齐板插入图书上方与书架的空隙中，然后机械臂下降，可实现图书的上下码齐。

5.通过设置导向套、弹簧，使条形码扫描器可以前后移动，避免了与图书发生碰撞造成的问题，保护了条形码扫描器，保障了取书的顺利进行。

6.通过安装摄像头，利用图像识别技术判断图书是否放反，可以进行批量识别，有效提高了工作效率。

7.通过将小车的车轮设置为麦克纳姆轮，使小车可以方便的前后左右自由移动，增加了设备的灵活度，提高了工作效率。

8.通过设置暂存箱，可以暂时存放放置位置错误的问题图书，待机器人移动到对应书架时再统一摆放。

附图说明

图1为本发明一种实施例工作状态的总体结构图。

图2为图1A区域的局部放大图。

图3、图4为本发明一种实施例取书状态的总体结构图。

图5为本发明一种实施例放书状态的总体结构图。

图6为本发明一种实施例的右视图。

图7为图6沿C-C方向的剖视图。

图8为右夹头的正视图。

图9为图8沿B-B方向的剖视图。

图10为夹爪的总体结构图。

图11为夹爪的内部结构图。

图12为图书识别器一种实施例的总体结构图。

图13为图书识别器一种实施例的内部结构图。

图14为机械臂、夹爪向转书机构取放图书时的总体结构图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图来详细解释本发明的实施方式。

图1至图13为本发明的一种实施例，如图1至图3所示，一种书籍位置调整机器人，设置在图书馆内，图书2摆放在书架1上，所述机器人包括小车3、机械臂4、夹爪5、图书识别器6、转书机构7、撑书器8，小车3上设置有控制柜301、蓄电池，机械臂4、转书机构7设置在小车3上，机械臂4为多个电机带动的多自由度机械手，机械臂4上设置有安装块401、安装块401上设置有旋转机构402，夹爪5通过延伸板406安装在旋转机构402上，图书识别器6设置在夹爪5上；转书机构7与夹爪5对应，转书机构7能够夹持并旋转图书2；撑书器8包括推杆801、撑书框802、转接板803，推杆801通过转接板803安装在安装块401上，推杆801设置在安装块401的一侧，推杆801轴线与旋转机构402旋转轴之间的水平距离等于夹爪5竖直中心面与旋转机构402旋转轴之间的距离，撑书框802安装在推杆801的伸缩杆上，撑书框802的主体为一水平的U形框，撑书框802的远推杆801端为开口的尖头；小车3、机械臂4、夹爪5、图书识别器6、转书机构7、撑书器8的控制端口、数据端口都连接控制柜301。所述小车3的车轮为麦克纳姆轮。通过将小车的车轮设置为麦克纳姆轮，使小车可以方便的前后左右自由移动，增加了设备的灵活度，提高了工作效率。

小车、机械臂4将图书识别器送至工作位置，图书识别器能够识别出问题图书，设备能够自动将问题图书取出、翻转至正确方向，并放至正确位置，有效提高了图书馆的服务质量，方便了读者找书，同时减少了图书管理人员的工作负担。通过设置撑书器可以将书架上的图书撑开，方便设备将图书放回书架。

机械臂4为多个电机带动的多自由度机械手，如图3所示，机械臂4设置有第一水平旋转关节a、第二竖直旋转关节b、第三竖直旋转关节c、第四旋转关节d、第五旋转关节e、旋转机构402，通过控制各个关节的运动，可以实现夹爪5的升降。

如图7至图9所示，所述转书机构7包括右夹头701、左夹头702、左侧安装板703、转书电机706、右侧安装板708，左夹头702与右夹头701相对设置，左夹头702、右夹头701的相对面为夹头顶面，左夹头702、右夹头701为回转体，左夹头702、右夹头701顶面的轮廓边倒角，左夹头702安装在左侧安装板703上，左夹头702的端部安装有卡板705，左夹头702与左侧安装板703之间设置有弹簧704，右夹头701的底部端面设置有导向孔7011、底部侧面设置有限位孔7012，转书电机706安装在右侧安装板708上，转书电机706的输出轴上设置有档杆安装孔，转书电机706的输出轴伸入导向孔7011中，档杆安装孔中安装档杆707，档杆707与限位孔7012对应，右夹头701与右侧安装板708之间设置有弹簧704。在弹簧704的作用下，右夹头701、左夹头702可夹紧图书2，转书电机706旋转可带动图书2旋转，通过设置转书机构7，只需要一个电机及简单机构，即可实现图书的翻转工作，节约了制造成本。所述左侧安装板703安装左夹头702的安装孔中设置有滑套。

如图10、图11所示，所述夹爪5包括左爪501、右爪502、齿条503、主动齿504、辅助齿505、夹爪电机506，左爪501与右爪502对称设置，左爪501与右爪502的后端设置有轮齿，齿条503设置在左爪501与右爪502之间，左爪501、右爪502、主动齿504、辅助齿505分别与齿条503啮合，夹爪电机506的输出轴连接主动齿504的旋转轴。所述夹爪5上还设置有码齐板507，码齐板507垂直于夹爪5，码齐板507的高度超出夹爪5最高点。通过设置码齐板，当图书放置完毕后，旋转夹爪使码齐板正对图书的书脊，然后设备整体靠近图书，可实现图书的前后码齐；通过控制小车、机械臂，将码齐板插入图书上方与书架的空隙中，然后机械臂下降，可实现图书的上下码齐。

如图12、图13所述图书识别器6包括条形码扫描器601，图书2书脊的中心横向设置有条形码201。书架1、图书2的高度都是已知的，且尽量将相同高度的图书2放置在一层，条形码扫描器601只需沿特定高度扫描即可逐一读取一层图书的条形码201，如果图书2放反则条形码也会是反的。所述条形码扫描器601安装在导向套602中，导向套602内设置有弹簧，弹簧的一端接触条形码扫描器601后端、一端接触导向套602内壁。由于条形码扫描器的有效识别距离有限，夹爪在夹取图书过程中，条形码扫描器有可能与图书发生碰撞，通过设置导向套、弹簧，使条形码扫描器可以前后移动，避免了与图书发生碰撞造成的问题，保护了条形码扫描器，保障了取书的顺利进行。

设备取书时，首先设备对准预取图书，夹爪5张开至略大于书厚；然后设备整体靠近书架至夹爪5插入图书间隙一段距离；夹爪5闭合夹取图书，设备整体远离书架，完成取书。

图书识别器6能够识别出位置摆放错误的图书，并通过夹爪5将图书2取出后放至正确的位置；如图3、图4所示为设备发现书脊朝向正确，但书脊上的文字方向放反的图书2时将其取出的状态，该状态下夹爪5与撑书器8分别位于安装块401的两侧，且推杆801处于收缩状态，夹爪5夹取该图书后，设备整体后移，然后旋转机构402旋转180度、推杆801伸出，将图书2放至书架1正确的位置。

如图14所示，为机械臂、夹爪向转书机构取放图书时的总体结构图。对于书脊面向书架1的图书2，夹爪5夹取该图书2后，机械臂4动作至图书2落入右夹头701与左夹头702之间，然后夹爪5松开，启动转书电机706将图书2旋转180度，夹爪5从新夹取图书；此时如果图书的方向已经正确则将图书2经旋转机构402旋转至撑书器8侧，将该图书2放置到书架1后再按照书脊上文字方向放反的图书2进行处理；如果图书的方向是反的，则经旋转机构402旋转至撑书器8侧后则是正确方向，放置到书架1正确位置即可。

对于方向放置正确但位置摆放错误的图书2，夹爪5旋转至撑书器8侧进行取书，然后将图书2放置到书架1的正确位置。

如图5所示为设备将图书2放回书架1的状态，该状态下夹爪5位于撑书器8侧，推杆801处于伸出状态，图书2位于撑书框802正上方，且撑书框802的前端尖头距离书架1的距离比预要放置图书2距离书架1的距离近。图书2放置步骤如下：1、设备整体向书架1移动，撑书框802先将书架1上的图书2撑开，同时预要放置图书2进入该空隙；2、夹爪5松开，图书2落入撑书框802中；3、夹爪5重新夹紧图书2，推杆801收缩将撑书框802拖出；4、取出夹爪5。

上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种书籍位置调整机器人，设置在图书馆内，图书(2)摆放在书架(1)上，其特征在于：所述机器人包括小车(3)、机械臂(4)、夹爪(5)、图书识别器(6)、转书机构(7)、撑书器(8)，小车(3)上设置有控制柜(301)、蓄电池，机械臂(4)、转书机构(7)设置在小车(3)上，机械臂(4)为多个电机带动的多自由度机械手，机械臂(4)上设置有安装块(401)、安装块(401)上设置有旋转机构(402)，夹爪(5)通过延伸板(406)安装在旋转机构(402)上，图书识别器(6)设置在夹爪(5)上；转书机构(7)与夹爪(5)对应，转书机构(7)能够夹持并旋转图书(2)；撑书器(8)包括推杆(801)、撑书框(802)、转接板(803)，推杆(801)通过转接板(803)安装在安装块(401)上，撑书框(802)安装在推杆(801)的伸缩杆上，撑书框(802)的主体为一水平的U形框，撑书框(802)的远推杆(801)端为开口的尖头；小车(3)、机械臂(4)、夹爪(5)、图书识别器(6)、转书机构(7)、撑书器(8)的控制端口、数据端口都连接控制柜(301)。

2.根据权利要求1所述的一种书籍位置调整机器人，其特征是，所述推杆(801)设置在安装块(401)的一侧，推杆(801)轴线与旋转机构(402)旋转轴之间的水平距离等于夹爪(5)竖直中心面与旋转机构(402)旋转轴之间的距离。

3.根据权利要求1所述的一种书籍位置调整机器人，其特征是，所述转书机构(7)包括右夹头(701)、左夹头(702)、左侧安装板(703)、转书电机(706)、右侧安装板(708)，左夹头(702)与右夹头(701)相对设置，左夹头(702)、右夹头(701)的相对面为夹头顶面，左夹头(702)、右夹头(701)为回转体，左夹头(702)、右夹头(701)顶面的轮廓边倒角，左夹头(702)安装在左侧安装板(703)上，左夹头(702)的底端安装有卡板(705)，左夹头(702)与左侧安装板(703)之间设置有弹簧(704)，右夹头(701)的底部端面设置有导向孔(7011)、底部侧面设置有限位孔(7012)，转书电机(706)安装在右侧安装板(708)上，转书电机(706)的输出轴上设置有档杆安装孔，转书电机(706)的输出轴伸入导向孔(7011)中，档杆安装孔中安装档杆(707)，档杆(707)与限位孔(7012)对应，右夹头(701)与右侧安装板(708)之间设置有弹簧(704)。

4.根据权利要求3所述的一种书籍位置调整机器人，其特征是，所述左侧安装板(703)安装左夹头(702)的安装孔中设置有滑套。

5.根据权利要求1所述的一种书籍位置调整机器人，其特征是，所述夹爪(5)包括左爪(501)、右爪(502)、齿条(503)、主动齿(504)、辅助齿(505)、夹爪电机(506)，左爪(501)与右爪(502)对称设置，左爪(501)与右爪(502)的后端设置有轮齿，齿条(503)设置在左爪(501)与右爪(502)之间，左爪(501)、右爪(502)、主动齿(504)、辅助齿(505)分别与齿条(503)啮合，夹爪电机(506)的输出轴连接主动齿(504)的旋转轴。

6.根据权利要求5所述的一种书籍位置调整机器人，其特征是，所述夹爪(5)上还设置有码齐板(507)，码齐板(507)垂直于夹爪(5)，码齐板(507)的高度超出夹爪(5)最高点。

7.根据权利要求1所述的一种书籍位置调整机器人，其特征是，所述图书识别器(6)为条形码扫描器(601)，图书(2)书脊的中心横向设置有条形码(201)。

8.根据权利要求7所述的一种书籍位置调整机器人，其特征是，所述条形码扫描器(601)安装在导向套(602)中，导向套(602)内设置有弹簧，弹簧的一端接触条形码扫描器(601)后端、一端接触导向套(602)内壁。

9.根据权利要求1所述的一种书籍位置调整机器人，其特征是，所述图书识别器(6)为摄像头，控制柜(301)中设置有图像识别系统。

10.根据权利要求1所述的一种书籍位置调整机器人，其特征是，所述机器人还包括暂存箱，暂存箱设置在小车(3)上。