CN109397246A - 一种图书馆图书识别整理机器人 - Google Patents
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Abstract
一种图书馆图书识别整理机器人，它涉及机器人技术领域。它包含第一层固定板、机械手、第一机械臂、弹簧减震模块、第二机械臂和电机联轴器，所述第一层固定板的四角位置设置有四个驱动轮，每个所述驱动轮均通过电机联轴器与安装在第一层固定板底面靠近四个驱动轮位置的电机转轴连接，所述第一层固定板的上部设置有第二层固定板，所述第二层固定板和第一层固定板之间设置有电池，所述电池的前端和后端分别设置有DC‑DC变换器和微处理器，所述电池的一侧设置有电源开关，所述第一层固定板的前端中部安装有碳棒支架，它可以解放图书馆工作人员的劳动力，以及减轻工作人员的工作负担，还可以代替图书馆整理人员进行全自动的图书归还整理工作。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种图书馆图书识别整理机器人。
背景技术
在国外的相关领域的研究中，最早可追溯至20多年前。1991年，加利福尼亚州大学奥维特图书馆引入ASRS系统进行管理。在之后的研究中，Behan，J等人开发了Lucas移动机器人助手，郎蒙特图书馆机器人项目可以与自闭症儿童互动，打破了沟通障碍，但其上图书馆机器人的主要功能还是体现在其互动性上。国内的图书馆管理机器人的研究设计开发大致起源于2000年，在之后的初探研究中，主要研究单一功能的图书馆管理机器人，但在2011年至今，随着人工智能、大数据、云计算、物联网等众多先进技术的发展，国内对智能机器人在图书馆方面的应用和技术也逐步兴起。
针对国内图书馆大多数还是使用人工整理书籍，放置书籍的工作方式。图书馆每天都有大量的书籍读物的借出和归还，这对图书馆的工作人员来说无疑是一个非常大的工作量，每天都需要对归还的书籍进行整理分类，然后再将读书运送到指定的书架上放置书籍，全程都是手工操作，不仅工作量大，而且效率也可以说是比较低的。所以我们设计这款图书自动整理机器人，可以自动识别图书类型，判断所要放置的区域，并自动归还，在整个环节中都极大地解放了人力，提高了工作效率、节约了成本，具有良好的市场前景和多样化的发展方向。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种图书馆图书识别整理机器人，它可以解放图书馆工作人员的劳动力，以及减轻工作人员的工作负担，还可以代替图书馆整理人员进行全自动的图书归还整理工作。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案是：它包含第一层固定板12、机械手22、第一机械臂24、弹簧减震模块30、第二机械臂31和电机联轴器26，所述第一层固定板12的四角位置设置有四个驱动轮11，每个所述驱动轮11均通过电机联轴器26与安装在第一层固定板12底面靠近四个驱动轮11位置的电机27转轴连接，所述第一层固定板12的上部设置有第二层固定板14，所述第二层固定板14和第一层固定板12之间设置有电池9，所述电池9的前端和后端分别设置有DC-DC变换器8和微处理器13，所述电池9的一侧设置有电源开关10，所述第一层固定板12的前端中部安装有碳棒支架6，所述碳棒支架6上端安装有碳棒29，所述碳棒29的顶端安装有灯板28，所述灯板28的中间安装有线性CCD 3，所述第二层固定板14的上部设置有第三层固定板16，所述第三层固定板16和第二层固定板14之间安装有多个滑杆19，所述第二层固定板14上端安装有步进电机驱动器15，所述第二层固定板14的上端在步进电机驱动器15的一侧安装有3D打印支架2，所述3D打印支架2的上端安装有步进电机1，所述步进电机1的转轴通过梅花联轴器20连接有丝杆17，所述丝杆17的顶端与第三层固定板16连接，所述丝杆17上安装有升降平台18，所述升降平台18与滑杆19滑动连接，所述升降平台18的一侧安装有第一机械臂24和第二机械臂31，所述第一机械臂24的一端安装有机械手22，所述机械手22的底面中间位置和第二机械臂31的一端均安装有RFID识别模块23，所述第一层固定板12的后端设置有寄存书架25，所述弹簧减震模块30的二端通过3D打印件分别连接至第一层固定板12和第二层固定板14之间。
所述升降平台18的底端安装有摄像头21。
所述第一层固定板12的前端位于碳棒支架6的两侧安装有两个传感器支架5，两个所述传感器支架5上均安装有一个避障传感器4。
所述第一层固定板12的前后端分别安装有两个色标传感器7。
所述第一机械臂24和第二机械臂31均由三个舵机通过舵机连接件进行连接，其中第一个舵机为竖直方向放置，以保证第一机械臂24和第二机械臂31在水平方向的运动角度，第二、三个舵机均为水平方向延伸。
所述寄存书架25为有隔层的半包型书架。
所述微处理器13内设置有stm32和树莓派。
所述线性CCD 3的输出端与微处理器13输入端电性连接。
所述步进电机1与步进电机驱动器15电性连接。
所述第一层固定板12、第二层固定板14、第三层固定板16以及升降平台18均为3mm厚的铝板，所述寄存书架25是由1.5mm厚的铝板拼接而成。
所述弹簧减震模块30由八个弹簧组成，且八个弹簧分别两两相对应位于四个驱动轮11的内侧。
采用上述技术方案后，本发明有益效果为：
（1）本发明的图书馆图书整理机器人在机器人的机械结构和软件算法做出创新和改进，通过利用机器人的整体运动控制过程以及对书籍的抓取和放置实现机器人完全自主的将书籍归还到对应的书架上，完全释放人力和减少了图书馆的运营成本，设计丝杆机构和机械臂相互融合的工作模式，也可以起到相互促进的作用。
（2）本发明利用树莓派的大数据处理能力，使其具有复杂信息处理的能力、优化的能力以及错误率低的特点，可以提高图书归还的效率，以及防止归还的位置出错等问题。
（3）本发明通过设置多个避障传感器和色标传感器，用于实现机器人的避障功能，并且会通过语音来告知人们避让机器人，也可以通过改道，绕道的方式来实现更加人性化、多样化的处理问题的能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的下部结构示意图；
图3是本发明的上部结构示意图；
图4是对应图1中的A部放大图；
图5是本发明的工作原理示意框图。
附图标记说明：1、步进电机；2、3D打印支架；3、线性CCD；4、避障传感器；5、传感器支架；6、碳棒支架；7、色标传感器；8、DC-DC变换器；9、电池；10、电源开关；11、驱动轮；12、第一层固定板；13、微处理器；14、第二层固定板；15、步进电机驱动器；16、第三层固定板；17、丝杆；18、升降平台；19、滑杆；20、梅花联轴器；21、摄像头；22、机械手；23、RFID识别模块；24、第一机械臂；25、寄存书架；26、电机联轴器；27、电机；28、灯板；29、碳棒；30、弹簧减震模块；31、第二机械臂。
具体实施方式
参看图1-图5所示，本具体实施方式采用的技术方案是：它包含第一层固定板12、机械手22、第一机械臂24、弹簧减震模块30、第二机械臂31和电机联轴器26，所述第一层固定板12的四角位置设置有四个驱动轮11，每个所述驱动轮11均通过电机联轴器26与安装在第一层固定板12底面靠近四个驱动轮11位置的电机27转轴连接，所述第一层固定板12的上部设置有第二层固定板14，所述第二层固定板14和第一层固定板12之间设置有电池9，所述电池9的前端和后端分别设置有DC-DC变换器8和微处理器13，所述电池9的一侧设置有电源开关10，所述第一层固定板12的前端中部安装有碳棒支架6，所述碳棒支架6上端安装有碳棒29，所述碳棒29的顶端安装有灯板28，所述灯板28的中间安装有线性CCD 3，所述第二层固定板14的上部设置有第三层固定板16，所述第三层固定板16和第二层固定板14之间安装有多个滑杆19，所述第二层固定板14上端安装有步进电机驱动器15，所述第二层固定板14的上端在步进电机驱动器15的一侧安装有3D打印支架2，所述3D打印支架2的上端安装有步进电机1，所述步进电机1的转轴通过梅花联轴器20连接有丝杆17，所述丝杆17的顶端与第三层固定板16连接，所述丝杆17上安装有升降平台18，所述升降平台18与滑杆19滑动连接，所述升降平台18的一侧安装有第一机械臂24和第二机械臂31，所述第一机械臂24的一端安装有机械手22，所述机械手22的底面中间位置和第二机械臂31的一端均安装有RFID识别模块23，所述第一层固定板12的后端设置有寄存书架25，所述弹簧减震模块30的二端通过3D打印件分别连接至第一层固定板12和第二层固定板14之间，升降平台18的底端安装有摄像头21。摄像头21可以对整个寄存书架进行图像的捕捉，在图书的拾取与识别中起到很重要的辅助作用，第一层固定板12的前端位于碳棒支架6的两侧安装有两个传感器支架5，两个所述传感器支架5上均安装有一个避障传感器4。避障传感器4为了实现机器人的避障功能，利用多个红外对管实现了80cm的障碍物的精确识别，保证了机器人的行走不影响人活动，第一层固定板12的前后端分别安装有两个色标传感器7，第一机械臂24和第二机械臂31均由三个舵机通过舵机连接件进行连接，其中第一个舵机为竖直方向放置，以保证第一机械臂24和第二机械臂31在水平方向的运动角度，第二、三个舵机均为水平方向延伸，寄存书架25为有隔层的半包型书架。寄存书架25的内部有隔层，将书籍进行分开放置，并采用45度角的固定方式安装在底板下层的后部，方便了摄像头21图像的捕捉、RFID识别模块23的扫描以及第一机械臂24的抓取，微处理器13内设置有stm32和树莓派，线性CCD 3的输出端与微处理器13输入端电性连接，步进电机1与步进电机驱动器15电性连接，第一层固定板12、第二层固定板14、第三层固定板16以及升降平台18均为3mm厚的铝板，所述寄存书架25是由1.5mm厚的铝板拼接而成，弹簧减震模块30由八个弹簧组成，且八个弹簧分别两两相对应位于四个驱动轮11的内侧。弹簧减震模块30尽可能减小遇到障碍物时整个车身的晃动。
本发明的工作原理：使用时，微处理器13内的STM32控制芯片根据微处理器13给的由各个传感器反馈的信号来调整电机27的转速，同时反馈信号的输出会由STM32控制芯片同时传递给树莓派处理，树莓派在处理相应的反馈信号后会再反馈给微处理器13，微处理器13再次接受判断后可以知道自己当前的工作位置以及工作状态，在机械手22抓取与放置书籍方面，先是通过RFID识别模块23识别当前的图书信息，将信息传递给微处理器13，经过其处理之后在树莓派的建立的数据库中检索相应的图书信息，并判断图书的存放位置，再由第二机械臂31一端的RFID识别模块23对存放书架内图书进行识别，在处理完成之后反馈信号给微处理器13，并由此发出信号传递给第一机械臂24，对第一机械臂24上的各个舵机实施不同环境情况下的调控，在放置书籍时的检测环节中，树莓派控制摄像头21会进行书籍与书籍空隙的检测，已完成书籍的放置任务，其次，摄像头21还会进行图像的无线回传，在运动控制方面，通过线性CCD3进行一条白线的循迹，以进行机器人的路径规划，线性CCD3通过将采集到的图像信息传递给微处理器13，然后通过相应的算法来完成机器人整体的运动，多个色标传感器7和传感器4分别安装在第一层固定板12的最前端和中间位置，避障传感器4用于对路上是否有障碍物进行检测，并将信息反馈给微处理器13处理，实现机器人对路障的识别，综上可得，本发明通过设置避障传感器4、色标传感器7、微处理器13、机械手22和机械臂24，解决了现有的技术人工整理书籍工作量大，工作效率低，容易出错的问题。
采用上述技术方案后，本发明有益效果为：
（1）本发明的图书馆图书整理机器人在机器人的机械结构和软件算法做出创新和改进，通过利用机器人的整体运动控制过程以及对书籍的抓取和放置实现机器人完全自主的将书籍归还到对应的书架上，完全释放人力和减少了图书馆的运营成本，设计丝杆机构和机械臂相互融合的工作模式，也可以起到相互促进的作用。
（2）本发明利用树莓派的大数据处理能力，使其具有复杂信息处理的能力、优化的能力以及错误率低的特点，可以提高图书归还的效率，以及防止归还的位置出错等问题。
（3）本发明通过设置多个避障传感器和色标传感器，用于实现机器人的避障功能，并且会通过语音来告知人们避让机器人，也可以通过改道，绕道的方式来实现更加人性化、多样化的处理问题的能力。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种图书馆图书识别整理机器人，其特征在于：它包含第一层固定板（12）、机械手（22）、第一机械臂（24）、弹簧减震模块（30）、第二机械臂（31）和电机联轴器（26），所述第一层固定板（12）的四角位置设置有四个驱动轮（11），每个所述驱动轮（11）均通过电机联轴器（26）与安装在第一层固定板（12）底面靠近四个驱动轮（11）位置的电机（27）转轴连接，所述第一层固定板（12）的上部设置有第二层固定板（14），所述第二层固定板（14）和第一层固定板（12）之间设置有电池（9），所述电池（9）的前端和后端分别设置有DC-DC变换器（8）和微处理器（13），所述电池（9）的一侧设置有电源开关（10），所述第一层固定板（12）的前端中部安装有碳棒支架（6），所述碳棒支架（6）上端安装有碳棒（29），所述碳棒（29）的顶端安装有灯板（28），所述灯板（28）的中间安装有线性CCD（3），所述第二层固定板（14）的上部设置有第三层固定板（16），所述第三层固定板（16）和第二层固定板（14）之间安装有多个滑杆（19），所述第二层固定板（14）上端安装有步进电机驱动器（15），所述第二层固定板（14）的上端在步进电机驱动器（15）的一侧安装有3D打印支架（2），所述3D打印支架（2）的上端安装有步进电机（1），所述步进电机（1）的转轴通过梅花联轴器（20）连接有丝杆（17），所述丝杆（17）的顶端与第三层固定板（16）连接，所述丝杆（17）上安装有升降平台（18），所述升降平台（18）与滑杆（19）滑动连接，所述升降平台（18）的一侧安装有第一机械臂（24）和第二机械臂（31），所述第一机械臂（24）的一端安装有机械手（22），所述机械手（22）的底面中间位置和第二机械臂（31）的一端均安装有RFID识别模块（23），所述第一层固定板（12）的后端设置有寄存书架（25），所述弹簧减震模块（30）的二端通过3D打印件分别连接至第一层固定板（12）和第二层固定板（14）之间。
2.根据权利要求1所述的一种，其特征在于：所述升降平台（18）的底端安装有摄像头（21）。
3.根据权利要求1所述的一种图书馆图书识别整理机器人，其特征在于：所述第一层固定板（12）的前端位于碳棒支架（6）的两侧安装有两个传感器支架（5），两个所述传感器支架（5）上均安装有一个避障传感器（4）。
4.根据权利要求1所述的一种图书馆图书识别整理机器人，其特征在于：所述第一层固定板（12）的前后端分别安装有两个色标传感器（7）。
5.根据权利要求1所述的一种图书馆图书识别整理机器人，其特征在于：所述第一机械臂（24）和第二机械臂（31）均由三个舵机通过舵机连接件进行连接，其中第一个舵机为竖直方向放置，以保证第一机械臂（24）和第二机械臂（31）在水平方向的运动角度，第二、三个舵机均为水平方向延伸。
6.根据权利要求1所述的一种图书馆图书识别整理机器人，其特征在于：所述寄存书架（25）为有隔层的半包型书架。
7.根据权利要求1所述的一种，其特征在于：所述微处理器（13）内设置有stm32和树莓派。
8.根据权利要求1所述的一种图书馆图书识别整理机器人，其特征在于：所述线性CCD（3）的输出端与微处理器（13）输入端电性连接。
9.根据权利要求1所述的一种图书馆图书识别整理机器人，其特征在于：所述步进电机（1）与步进电机驱动器（15）电性连接。
10.根据权利要求1所述的一种图书馆图书识别整理机器人，其特征在于：所述弹簧减震模块（30）由八个弹簧组成，且八个弹簧分别两两相对应位于四个驱动轮（11）的内侧。
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