CN109048845B - 一种全自动型图书管理机器人 - Google Patents

Abstract

本发明的全自动型图书管理机器人，包括底座、外壳、内壳、承载机构、转移机构、升降机构、取放机构和电路部分，内、外壳上分别开设内、外投书口；特征在于：承载机构由传送电机、传送带、主动带轴、从动带轴组成，转移机构用于将传送带上的书籍推至取放机构上，取放机构设置于升降机构上，升降机构驱使取放机构上升和下降运动；取放机构由升降板、取放电机、第二水平丝杠、推块、机械手以及张开电机组成。本发明的全自动型图书管理机器人，即可将机械手中的书籍推入至书架的准确位置，还可对书架上固定位置的书籍进行拿取，实习了书籍的自动摆放和拿取，解决了现有图书上下架必须由工作人员来完成的技术问题，有益效果显著，适于应用推广。

Description

一种全自动型图书管理机器人

技术领域

本发明涉及一种全自动型图书管理机器人，更具体的说，尤其涉及一种根据所投入的书籍信息来规划路径并可自动将书籍摆放到书架上的全自动型图书管理机器人。

背景技术

大学、规模化城市均建立有书籍门类相对齐全的图书馆，图书馆中数量庞大的图书管理工作基本全部通过人工来完成，不仅成本高、劳动量大，而且工作效率也较低；虽然有些图书馆采用了智能化管理设备，但也仅限于图书的自助借阅和归还，归还后的图书还必须人工收集和摆放至书架相应位置，因此发展可以替代人工盘点和上下架书籍的智能设备，是解决图书馆自动化管理的关键所在。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种全自动型图书管理机器人。

本发明的全自动型图书管理机器人，包括底座、外壳、内壳、承载机构、转移机构、升降机构、取放机构和电路部分，底座的四个角上设置有车轮，外壳固定于底座上，内壳位于外壳之中，外壳和内壳上分别开设有便于将书籍投入至承载机构上的外投书口和内投书口；其特征在于：所述承载机构由传送电机、环形的传送带、主动带轴、从动带轴组成，主动带轴和从动带轴的两端均转动设置于内壳的侧壁上，传送带的两端设置于主动带轴和从动带轴上，传送电机经传动机构驱使主动带轴转动；传动带的外壁上均匀固定有若干排书板，相邻的两排书板之间形成对单本书籍进行存储的空腔；

转移机构用于将传送带上的书籍推至取放机构上，取放机构设置于升降机构上，升降机构驱使取放机构上升和下降运动；

所述取放机构由升降板、取放电机、第二水平丝杠、推块、机械手以及张开电机组成，升降板设置于升降机构上，机械手位于升降板的上方且由两弧形板构成，两弧形板之间为存储书籍的空腔，两弧形板的中部转动设置于升降板上；推开设置于升降板上，第二水平丝杠设置于升降板的下方，推块的下部穿过升降板并与第二水平丝杠经螺纹传动连接，取放电机用于驱使第二水平丝杠进行转动；在不受外力的情况下，两弧形板所形成的机械手的内侧处于张开状态、外侧处于闭合状态，张开电机用于驱使机械手的外侧张开、内侧闭合。

本发明的全自动型图书管理机器人，所述转移机构由转移电机、第一水平丝杠、两导向光杆、第一滑套和推书杆组成，第一水平丝杠的两端转动设置于左侧板和右侧板上，转移电机固定于内体上，转移电机的输出轴与第一水平丝杠相连接；两导向光杆的两端分别固定于左侧板和右侧板上，第一滑套设置于第一水平丝杠和两导向光杆上，推书杆以竖直状态固定于第一滑套上；内壳上开设有便于推书杆将传送带上的书籍推至机械手中的出书口。

本发明的全自动型图书管理机器人，所述升降机构由下平板、上平板、两竖向丝杠、第二滑套和升降电机组成，下平板固定于底座上，两竖向丝杠水平设置且其两端分别转动设置于上平板和下平板上，每个竖向丝杠上均设置有第二滑套，升降板固定于两第二滑套上，升降电机用于驱使两竖向丝杠同步转动。

本发明的全自动型图书管理机器人，所述底座的前端设置有对障碍物进行检测的红外传感器，外壳的外投书口处或内壳的内投书口处设置有检测是否有书籍进入的检测开关；内壳上设置有获取进入书籍中RFID标签信息的RFID阅读器；所述升降板的外侧设置有获取书架上图书中的RFID标签信息的阅读器。

本发明的全自动型图书管理机器人，所述底座上的四个车轮分别经四个驱动电机驱动，车轮采用麦克纳姆轮。

本发明的全自动型图书管理机器人，所述传送电机的输出轴上固定有主动带轮，主动带轴的一端固定有从动带轮，主动带轮与从动带轮经皮带传动连接。

本发明的全自动型图书管理机器人，所述转移电机经联轴器与第一水平丝杠相连接。

本发明的全自动型图书管理机器人，所述取放电机的输出轴上固定有主动齿轮，第二水平丝杠的一端固定有从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮相啮合。

本发明的有益效果是：本发明的全自动型图书管理机器人，通过在底座上设置4个均经电机驱动的车轮，实现了机器人在规划路径下的自由行走；通过设置由传动电机、传动带和主从动带轴组成的承载机构，经投书口放入的书籍置于传动带上的两排书板之间，同时可获取书籍中RFID标签中存储的书籍信息（如书名、书号、作者、编号和位置信息），传动电机通过主从动带轴的转动，可实现对一定数量的数据存放。通过设置由升降板、取放电机、第二水平丝杠、机械手和推块组成的取放机构，待放置的书籍经转移机构推入至升降板上的机械手中，通过升降板上的RFID阅读器所获取的RFID标签信息来实现精准定位，取放电机经第二水平丝杠驱使推块向外运动，即可将机械手中的书籍推入至书架的准确位置，还可对书架上固定位置的书籍进行拿取，实习了书籍的自动摆放和拿取，解决了现有图书上下架必须由工作人员来完成的技术问题，有益效果显著，适于应用推广。

进一步地，通过设置由转移电机、第一水平丝杠、导向光杆、第一滑套和推书杆组成的转移机构，在转移电机驱使第一水平丝杠转动的过程中，即可驱使第一滑套沿导向光杆运动，进而带动推书杆将两排书板之间的书籍推至升降板上的机械手中，实现了书籍转移。通过设置由升降电机、竖向丝杠和第二滑套组成的升降机构，第二滑套设置于竖向丝杠上，升降板固定于第二滑套上，在升降电机的带动作用下，即可驱使第二滑套和升降板沿竖向丝杠上下运动，以实现书架上不同高度位置上书籍的摆放或拿取。

附图说明

图1、图2和图3均为本发明的全自动型图书管理机器人的立体图；

图4、图5和图6均为本发明的全自动型图书管理机器人去除外壳之后的立体图；

图7为本发明的全自动型图书管理机器人内部机构的主视图；

图8为本发明的全自动型图书管理机器人内部机构的后视图；

图9为本发明的全自动型图书管理机器人内部机构的右视图；

图10为本发明的全自动型图书管理机器人内部机构的俯视图；

图11、图12均为本发明的全自动型图书管理机器人内部机构的立体图；

图13为图11中A区域的局部放大图；

图14为图11中B区域的局部放大图。

图中：1底座，2外壳，3车轮，4外投书口，5内壳，6内投书口，7传送电机，8传送带，9主动带轴，10从动带轴，11排书板，12主动带轮，13从动带轮，14书籍，15转移电机，16左侧板，17右侧板，18第一水平丝杠，19导向光杆，20第一滑套，21推书杆，22联轴器；23下平板，24上平板，25竖向丝杠，26第二滑套，27升降板，28取放电机，29主动齿轮，30从动齿轮，31第二水平丝杠，32推块，33机械手，34弧形板，35张开电机，36升降电机，37 RFID阅读器，38轴承，39出书口，40竖向槽，41红外传感器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2和图3所示，均给出了本发明的全自动型图书管理机器人的立体图，如图4、图5和图6所示，给出了发明的全自动型图书管理机器人去除外壳之后的立体图，所示的全自动型图书管理机器人由底座1、外壳2、内壳5、承载机构、转移机构、升降机构、取放机构以及电路部分组成，底座1起固定和支撑作用，底座1的四个角上设置有四个车轮3，每个车轮3经单独的驱动电机带动，外壳2的前端设置有红外传感器41，以实现行走过程中路面上障碍物的检测，这样，机器人就可按照规划路径行走。机器人的外围为外壳2，外壳2固定于底座1上，外壳2上开设有外投书口4，内壳5位于外壳2的内部，内壳5上开设有出书口39，内壳5实现对其内部的承载机构、转移机构的承载和支撑作用，内壳5上开设有内投书口6，书籍14经外投书口4和内投书口6可进入到承载机构上。转移机构将承载机构上的书籍14经出水口39推至取放机构上。图书管理机器人的定位和路径规划可采用现有比较成熟的技术来实现，譬如在图书馆中设置多个定位装置，图书管理机器人中电路部分的定位模块通过与定位装置的通信，可实现机器人的精准定位，这样既可进行路径规划。

如图7至图10所示，分别给出了本发明的全自动型图书管理机器人内部机构的主视图、后视图、右视图和俯视图，图11和图12均给出了本发明的全自动型图书管理机器人内部机构的立体图，所示承载机构设置于内壳5中，承载机构由传送电机7、传送带8、主动带轴9、从动带轴10，传送带8为环形，主动带轴9和从动带轴10的两端均通过轴承38固定于内壳5的侧壁上，以保证主动带轴9和从动带轴10的自由转动，传送带8与主动带轴9和从动带轴10均相啮合。传送电机7固定于内壳5的内壁上，其输出轴上固定有主动带轮12，主动带轴9的一端固定有从动带轮13，主动带轮12与从动带轮13经皮带传动，这样，在传送电机7的带动下，即可驱使传送带8进行转动。

所示传送带8的外表面上均匀固定有排书板11，相邻两排书板11之间就形成了容纳和存储书籍14的空腔，书籍14经外投书口4和内投书口6进入后，落入到与内投书口6相对的两排书板11之间，然后传送电机7驱使传送带8运动一个存书空腔的距离，以便接纳下一投入的书籍14。所示靠近内投书口6的内壳5上固定有RFID阅读器，当有书籍14投入后，电路部分可通过RFID阅读器读取书籍14中RFID标签中所存储的信息，诸如书名、书号、作者、编号和位置的信息。为了实现对书籍投入时的检测，所示外投书口4或内投书口6出设置有检测开关。为了保证投入的书籍14在传送带8上稳定的固定，书籍14只存放在内投书口6与出书口39之间朝上的排书板11之间，图11中所示的传送带8的长度较小，在实际过程中可加长传送带8的长度，以增大可以容纳的书籍14的数量。

所示的转移机构由转移电机15、左侧板16、右侧板17、第一水平丝杠18、两导向光杆19、第一滑套20、推书杆21组成，如图13所示，给出了图11中A区域的局部放大图，转移机构也设置于内壳5中，左侧板16和右侧板17分别固定于内壳5的两侧壁上，第一水平丝杠18的两端转动设置于左侧板16和右侧板17上，两导向光杆19平行设置且两端固定于左侧板16和右侧板17上，第一滑套20与第一水平丝杠18经螺纹配合连接，两导向光杆19实现对第一滑套20的导向。推书杆21以竖直状态固定于第一滑套20上。转移电机15固定于内壳5的壳体上，转移电机15的输出轴经联轴器22与第一水平丝杠18相连接，这样，在转移电机15的带动作用下，即可驱使第一滑套20沿第一水平丝杠18和导向光杆19所在的方向运动，进而将传送带8上两排书板11之间的书籍14经出书口39推出。

所示的升降机构由升降电机36、下平板23、上平板23、两竖向丝杠25和第二滑套26组成，下平板23固定于底座1上，两竖向丝杠25平行设置且下端均转动地设置于下平板23上，两竖向丝杠25的上端转动设置于上平板23上。升降电机36固定于下平板23上，升降电机36通过带轮和皮带驱使两竖向丝杠25同步转动。两竖向丝杠25上均设置有第二滑套26，取放机构中的升降板27固定于两第二滑套26上，这样，在升降电机36驱使两竖向丝杠25沿不同的方向转动的过程中，即可带动升降板27沿两竖向丝杠25上升或下降。两竖向丝杠25外围的外壳2上开设有竖向槽40，以便升降板27升降的过程中取放机构中的机械手33可以伸出来，以便放置或拿取书籍。

所示的取放机构由升降板27、取放电机28、第二水平丝杠31、推块32、机械手33和两张开电机35组成，机械手33设置于升降板27的上方，第二水平丝杠31设置于升降板27的下方，机械手33实现对书籍14的夹持。所示机械手33由两弧形板34组成，两弧形板34之间形成容纳书籍的空腔；两弧形板34下方的中部均转动设置于升降板27上，在不受外力的情况下，两弧形板34的内侧张开、外侧闭合，以便转移机构将书籍14推入机械手33中。两张开电机35设置于两弧形板34的外侧，张开电机35采用直线推杆电机，张开电机35工作时通过推杆将两弧形板34的内侧闭合、外侧打开，这样，就实现了机械手33外侧的张开，以便将机械手33中的书籍14推入书架中。

推块32设置于升降板27的上部，推块32穿过升降板27后与第二水平丝杠31经螺纹连接，取放电机28固定于升降板27上，取放电机28的输出轴上固定有主动齿轮29，第二水平丝杠31上固定有与主动齿轮29相啮合的从动齿轮30，这样，在取放电机28带动第二水平丝杠31转动的过程中，即可驱使推块32在两弧形板34之间的空腔中运动，进而将两弧形板34之间的书籍14放入到书架上。

本发明的全自动型图书管理机器人的工作过程如下：

在投入书籍的过程中，每投入一本书籍14，电路部分经RFID阅读器读取书籍14所携带RFID标签中的信息，以记录书名、书号、作者、编号等信息，以识别出书籍14的存放位置；同时，传送电机7驱使传送带8向前运动一定距离，以便接纳下一书籍。当承载机构中的书籍已满时，机器人根据规划的最优路径，运动至目标书架的相应位置，通过转移机构上的转移电机15将书籍14经出书口39推入至机械手33中；然后在升降电机36的带动作用下，驱使升降板27上升至相应高度；同时，电路部分通过升降板27上的RFID阅读器来所述书架相应位置上所摆放书籍的信息，进而微调机械手33的插入位置。位置确定后，机器人向靠近书架方向运动，以便机械手33的前端插入相应两书籍之间。然后，通过张开电机35的驱动，使机械手33的两弧形板34的前端张开，然后取放电机28驱使推块32向里运动，以便推块32将两弧形板34之间的书籍14推入至书架中。然后机器人向外移动，进行下一书籍14的上架操作即可。在机械手33的前端处于张开状态时，机器人朝向书架运动，还可将相应书籍夹在两弧形板34中，进而实现取书操作。

Claims (6)

1.一种全自动型图书管理机器人，包括底座（1）、外壳（2）、内壳（5）、承载机构、转移机构、升降机构、取放机构和电路部分，底座的四个角上设置有车轮（3），外壳固定于底座上，内壳位于外壳之中，外壳和内壳上分别开设有便于将书籍（14）投入至承载机构上的外投书口（4）和内投书口（6）；其特征在于：所述承载机构由传送电机（7）、环形的传送带（8）、主动带轴（9）、从动带轴（10）组成，主动带轴和从动带轴的两端均转动设置于内壳的侧壁上，传送带的两端设置于主动带轴和从动带轴上，传送电机经传动机构驱使主动带轴转动；传动带的外壁上均匀固定有若干排书板（11），相邻的两排书板之间形成对单本书籍（14）进行存储的空腔；

转移机构用于将传送带上的书籍推至取放机构上，取放机构设置于升降机构上，升降机构驱使取放机构上升和下降运动；

所述取放机构由升降板（27）、取放电机（28）、第二水平丝杠（31）、推块（32）、机械手（33）以及张开电机（35）组成，升降板设置于升降机构上，机械手位于升降板的上方且由两弧形板（34）构成，两弧形板之间为存储书籍的空腔，两弧形板的中部转动设置于升降板上；推开设置于升降板上，第二水平丝杠设置于升降板的下方，推块的下部穿过升降板并与第二水平丝杠经螺纹传动连接，取放电机用于驱使第二水平丝杠进行转动；在不受外力的情况下，两弧形板所形成的机械手的内侧处于张开状态、外侧处于闭合状态，张开电机用于驱使机械手的外侧张开、内侧闭合；

所述底座（1）的前端设置有对障碍物进行检测的红外传感器（41），外壳（2）的外投书口（4）处或内壳（5）的内投书口（6）处设置有检测是否有书籍（14）进入的检测开关；内壳（5）上设置有获取进入书籍中RFID标签信息的RFID阅读器（37）；所述升降板（27）的外侧设置有获取书架上图书中的RFID标签信息的阅读器；

所述底座（1）上的四个车轮（3）分别经四个驱动电机驱动，车轮采用麦克纳姆轮。

2.根据权利要求1所述的全自动型图书管理机器人，其特征在于：所述转移机构由转移电机（15）、第一水平丝杠（18）、两导向光杆（19）、第一滑套（20）和推书杆（21）组成，第一水平丝杠的两端转动设置于左侧板（16）和右侧板（17）上，转移电机固定于内体上，转移电机的输出轴与第一水平丝杠相连接；两导向光杆的两端分别固定于左侧板和右侧板上，第一滑套设置于第一水平丝杠和两导向光杆上，推书杆以竖直状态固定于第一滑套上；内壳（5）上开设有便于推书杆（21）将传送带（8）上的书籍（14）推至机械手（33）中的出书口（39）。

3.根据权利要求1或2所述的全自动型图书管理机器人，其特征在于：所述升降机构由下平板（23）、上平板（24）、两竖向丝杠（25）、第二滑套（26）和升降电机（36）组成，下平板固定于底座（1）上，两竖向丝杠水平设置且其两端分别转动设置于上平板和下平板上，每个竖向丝杠上均设置有第二滑套，升降板（27）固定于两第二滑套（26）上，升降电机用于驱使两竖向丝杠同步转动。

4.根据权利要求1或2所述的全自动型图书管理机器人，其特征在于：所述传送电机（7）的输出轴上固定有主动带轮（12），主动带轴（9）的一端固定有从动带轮（13），主动带轮（12）与从动带轮（13）经皮带传动连接。

5.根据权利要求2所述的全自动型图书管理机器人，其特征在于：所述转移电机（15）经联轴器（22）与第一水平丝杠（18）相连接。

6.根据权利要求1或2所述的全自动型图书管理机器人，其特征在于：所述取放电机（28）的输出轴上固定有主动齿轮（29），第二水平丝杠（31）的一端固定有从动齿轮（30），主动齿轮与从动齿轮相啮合。