CN109701894A - 一种图书自动分选上架的机器人系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种图书自动分选上架的机器人系统及控制方法，涉及图书分选领域，包括电源，可自动移动的移动底盘，设置在移动底盘上的安装基座，设置在安装基座上的控制装置、采集装置和动作装置；采集装置包括垂直固定在所述安装基座一侧上的采集支架，采集支架上设有图书料框，采集支架上设有读写器，采集支架远离安装基座一端设有朝向所述图书料框的视觉相机，视觉相机与读写器配合；动作装置包括设置在所述安装基座上的机器人，机器人远离所述安装基座一端设有图书抓取装置，所述机器人上设有智能相机；其有益效果：可以自动的实现随机图书的拾取、图书自动分类、图书摆放上架和检测功能，实现图书的自动分选和上架。

Description

一种图书自动分选上架的机器人系统及控制方法

技术领域

本发明涉及图书分选领域，特别涉及一种图书自动分选上架的机器人系统及控制方法。

背景技术

图书馆内的书籍上架分为两个步骤，第一步是把归还的书籍根据馆藏阅览室的位置进行分类，工作人员手动把分选后的书籍按照规则顺序摆放到特定书架的特定位置上，第二步是通过盘点系统对书架上的书籍进行盘点，并把盘点后的结果自动更新到后台系统中。

书籍自动分类和自动摆放上架耗费人力和时间巨大，且需要频繁不断人力物力投入，目前大部分图书馆在自动化方面的尝试绝大多数都集中在第二步，即使用自动化盘点，采用的方法主要是自动盘点车或者盘点机器人，而自动化升级的意义和带来的多方面的价值都远大于自动盘点。

但由于自动化实现的技术难度较大，所以到目前为止还没有一套有效的解决方案能够一次性解决图书分类和自动摆放上架的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是需要一套能够自动实现图书分类和摆放上架的系统，减少人力消耗，提高工作效率。

为了解决上述技术问题，本发明中披露了一种图书自动分选上架的机器人系统及控制方法，本发明的技术方案是这样实施的：

一种图书自动分选上架的机器人系统，包括电源，可自动移动的移动底盘，设置在所述移动底盘上的安装基座，设置在安装基座上的控制装置、采集装置和动作装置；所述采集装置包括垂直固定在所述安装基座一侧上的采集支架，所述采集支架上设有用于放置图书的图书料框，所述采集支架上设有读写器，所述采集支架远离所述安装基座一端设有朝向所述图书料框的视觉相机，所述视觉相机与所述读写器配合；所述动作装置包括设置在所述安装基座上的机器人，所述机器人远离所述安装基座一端设有图书抓取装置，所述机器人上设有用于采集书架位置的智能相机；所述控制装置包括设置在安装基座上的视觉相机控制器、机器人控制器、智能相机控制器以及用于提供所述图书抓取装置开合动力的空气压缩机；所述视觉相机控制器控制所述视觉相机和所述读写器；所述机器人控制器控制所述机器人和所述图书抓取装置；所述智能相机控制器控制所述智能相机。

优选地，所述移动底盘上设有全向轮或麦克纳姆轮。

优选地，所述移动底盘上设有导航件。

优选地，所述视觉相机为3D视觉相机，所述智能相机为2D智能相机。

优选地，所述读写器为RFID读写器，所述RFID读写器读取范围不超过50mm。

优选地，所述安装基座上设有若干个用于安装外部连接设备的安装孔。

优选地，所述机器人为六自由度机器人。

优选地，所述视觉相机、所述智能相机与所述采集支架、所述机器人均通过螺栓固定。

一种图书自动分选上架的机器人系统的控制方法，应用于上述任意一项所述的一种图书自动分选上架的机器人系统，包括以下步骤；

S1：手动或自动将待上架的图书放置在所述图书料框内；

S2：启动电源，使系统工作，所述视觉相机开始采集S1中放入图书料框内待上架的图书的三维数据和位置数据；

S3：上述采集的数据传输给所述视觉相机控制器，所述视觉相机控制器对接收到的数据进行处理和计算，获取所述机器人需要的位置和姿态信息；

S4：所述视觉相机控制器将上述结果传输给所述机器人控制器，所述机器人控制器对接收到的数据进行转换和编译，获得所述机器人运行轨迹；

S5：所述机器人控制器控制所述机器人和图书抓取装置运动，使抓取到待上架的图书移动到所述读写器读写范围内，所述读写器获取上述待上架的图书的数据信息；

S6：所述读写器根据所读取到的数据，与图书馆的数据库对接进行数据交换，获取上述待上架的图书应该摆放的位置信息；

S7：所述读写器将上述位置信息数据传输给所述移动底盘，所述移动底盘自动移动到待上架的图书应该放置位置的书架处；

S8：所述机器人带动所述智能相机对书架进行拍照，获取书架上其他书籍的摆放位置数据；

S9：所述智能相机将所采集的其他书籍位置信息传输给所述智能相机控制器，所述智能相机控制器对其他书籍位置数据进行计算，获取待上架的图书摆放位置数据；

S10：所述智能相机控制器将位置数据传输给所述机器人控制器，所述机器人控制器控制机器人和图书抓取装置将待上架的图书放置于书架上的特定位置；

S11：所述机器人带动所述智能相机对摆放好图书之后的书架进行拍照，所述智能相机控制器对所拍摄的照片进行处理和识别，检验待上架的图书摆放的位置是否正确。

优选地，所述数据传输均通过以太网方式实现。

实施本发明的有益效果是：

1、借助导航移动底盘，可以自动移动到每个特定的书架旁边，通过视觉相机、智能相机、读写器和机器人等技术的融合运用，可以自动的实现随机图书的拾取、图书自动分类、图书摆放上架和检测功能，实现图书的自动分选和上架，实现系统的自动化，降低工作人员的劳动强度；

2、移动底盘能够实现前进、后退、拐弯、原地自转，实现在图书馆内两个书架之间的自由移动，同时提高系统工作过程的稳定性；

3、通过智能算法的升级，在不需要做任何机械结构的调整的情况下，可以实现图书的自动破损检测、架层书籍的自动错乱检测等高级功能。

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种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例1中用于体现图书料框的结构示意图。

在上述附图中，各图号标记分别表示：

1-移动底盘；2-安装基座；31-采集支架；32-图书料框；33-读写器；34-视觉相机；41-机器人；42-图书抓取装置；43-智能相机；51-视觉相机控制器；52-机器人控制器；53-智能相机控制器；54-空气压缩机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：在一个具体的实施方式中，一种图书自动分选上架的机器人系统，如图1和图2所示，包括电源(图中未体现)，可自动移动的移动底盘1，设置在移动底盘1上的安装基座2，设置在安装基座2上的控制装置、采集装置和动作装置；采集装置包括垂直固定在安装基座2一侧上的采集支架31，采集支架31上设有用于放置图书的图书料框32，采集支架31上设有读写器33，采集支架31远离安装基座2一端设有朝向图书料框32的视觉相机34，视觉相机34与读写器33配合；动作装置包括设置在安装基座2上的机器人41，机器人41远离安装基座2一端设有图书抓取装置42，机器人41上设有用于采集书架位置的智能相机43；控制装置包括设置在安装基座2上的视觉相机控制器51、机器人控制器52、智能相机控制器53以及用于提供图书抓取装置42开合动力的空气压缩机54；视觉相机控制器51控制视觉相机34和读写器33；机器人控制器52控制机器人41和图书抓取装置42；智能相机控制器53控制智能相机43。

在上述实施方式中，设置可自动移动的移动底盘1，方便整个系统的移动，当给与移动底盘1指令到达某个具体位置时，可自动移动至相应的位置，减少人工操作，方便省力，采集装置主要用于采集待上架的图书的信息数据，通过采集的数据与图书馆数据库配合确认该图书的放置位置；动作装置则用于实现待上架的图书的移动过程，包括抓取待上架的图书移动至读写器33工作范围内以及当移动底盘1移动至合适的位置后抓取待上架图书放置在合适的位置；控制装置主要就是实现系统整个的运作，包括控制各个装置的工作，以及实现各个装置反馈数据的处理转换，实现系统的自动化，整个系统的供电均由电源实现。

在本具体实施方式中，电源为锂电池，现有技术中其他电源也可，同时还设置压缩空气机54给予图书抓取装置42抓取过程中的动力。除此之外，图书抓取装置42为现有技术中能够实现抓取图书功能的装置均可，在此不作过多限制。

在上述的实施方式中，该系统能够对图书进行自动的分类、转运和摆放上架，不仅可以提高摆放位置的精准性和产品可靠性，同时可以满足最大的兼容范围，针对不同的图书馆和多种多重的书架类型，本发明所述的系统不需要做任何机械方面的调整，仅仅是通过算法的自适应调整和地图自动更新就可以投入进行的场景内使用，实现自动的场景切换，定位精准且具有很高的智能属性，失误率低，安全性高，适应性强，同时性价比高，可降低工作人员的劳动强度，大大提高工作效率。

在一个优选的实施方式中，移动底盘1上设有全向轮或麦克纳姆轮，全向轮能够在许多不同的方向移动，麦克纳姆轮基于麦克纳姆轮技术的全方位运动设备可以实现前行、横移、斜行、旋转及其组合等运动方式，非常适合转运空间有限、作业通道狭窄的环境，可以提高效率、降低人力成本，设置全向轮或麦克纳姆轮主要方便移动底盘的移动和转动，运动上能够实现前进、后退、拐弯、原地自转，实现在图书馆内两个书架之间的自由移动，同时提高系统工作过程的稳定性，方便带动待上架的图书移动至合适的书架位置。

在一个优选的实施方式中，移动底盘1上设有导航件(图中未体现)，设置导航件主要是方便采集待上架的图书数据资料之后移动底盘根据反馈获得的位置信息数据移动至合适的书架处，在本具体实施方式中，导航方式为SLAM导航，无轨化行走，导航件可以采用激光导航传感器或磁导航传感器，均为现有技术中的装置，现有技术中其他能够实现精准导航的装置也可适用于此，可以根据具体的使用环境，如图书馆的规模，选择相应合适的导航件，在此不作过多限制。

在一个优选的实施方式中，视觉相机34为3D视觉相机，3D视觉相机用于采集图书的外形尺寸、颜色信息、平面位置信息和深度位置数据，这些图书都随机的摆放在图书料框之内，因此需要3D视觉相机更准确地采集图书的信息数据；智能相机为2D智能相机，智能相机43用于采集书架的环境信息以及验证图书放置位置，使用2D可以降低成本，方便实用，当然，也可以使用3D相机。视觉相机34和智能相机43均为现有技术中的相机，可根据使用情况选择相应合适的相机，在此不作型号的具体阐述。

在一个优选的实施方式中，读写器33为RFID读写器，即无线射频识别，通过射频识别信号自动识别目标对象并获取相关数据，无须人工干预，可识别高速运动物体并可同时识别多个RFID标签，用于采集图书信息数据操作快捷方便，RFID读写器读取范围不超过50mm，即近距离RFID读写器，保证每次只能读取进入读写器距离范围内的图书，减少其他书籍的信息干扰，提高对待上架的图书信息采集的准确性。

在一个优选的实施方式中，安装基座2上设有若干个用于安装外部连接设备的安装孔(图中未标出)，在本具体实施方式中，安装基座2位于移动底盘1上方，通过螺栓与移动底盘1连接固定。安装基座2上表面设有的多个安装孔，可以安装固定多种外部连接设备，以提高该系统的适用性，可以连接各个不同功能的外部设备，减少由于功能单一产生的操作不便。

在一个优选的实施方式中，机器人41为六自由度机器人，六自由度机器人是一种典型的工业机器人，在自动搬运、装配、焊接、喷涂等工业现场中有广泛的应用，六自由度，即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度，要完全确定物体的位置，就必须清楚这六个自由度，使用六自由度机器人可以完成精准定位，方便对待上架的图书初始位置和终点位置的定位，在本具体实施方式中，六自由度机器人终端负载不小于7kg，重量不大于25kg，重复定位精度不大于0.1mm。

在系统工作过程中，六自由度机器人41根据智能控制器反馈的结果，调整姿态并操作图书抓取装置42把所抓取的图书摆放到书架上，以提高待上架的图书摆放的准确性和安全性。

在一个优选的实施方式中，视觉相机34、智能相机43与采集支架31、机器人41均通过螺栓固定，通过螺栓固定，可以方便拆卸，当其中某个装置产生故障，可以及时方便更换，延长系统的使用寿命，实现稳定固定的同时降低成本，除此之外，机器人41与安装基座2、采集支架31与安装基座2之间也可以采用螺栓固定，方便拆卸更换。

实施例2：在一个具体的实施方式中，一种图书自动分选上架的机器人系统的控制方法，应用于上述任意一项所述的一种图书自动分选上架的机器人系统，包括以下步骤；

S1：手动或自动将待上架的图书放置在所述图书料框32内；

S2：启动电源，使系统工作，所述视觉相机34开始采集S1中放入图书料框32内待上架的图书的三维数据和位置数据；

S3：上述采集的数据传输给所述视觉相机控制器51，所述视觉相机控制器51对接收到的数据进行处理和计算，获取所述机器人41需要的位置和姿态信息；

S4：所述视觉相机控制器51将上述结果传输给所述机器人控制器52，所述机器人控制器52对接收到的数据进行转换和编译，获得所述机器人41运行轨迹；

S5：所述机器人控制器51控制所述机器人41和图书抓取装置42运动，使抓取到待上架的图书移动到所述读写器33读写范围内，所述读写器33获取上述待上架的图书的数据信息；

S6：所述读写器33根据所读取到的数据，与图书馆的数据库对接进行数据交换，获取上述待上架的图书应该摆放的位置信息；

S7：所述读写器33将上述位置信息数据传输给所述移动底盘1，所述移动底盘1自动移动到待上架的图书应该放置位置的书架处；

S8：所述机器人41带动所述智能相机43对书架进行拍照，获取书架上其他书籍的摆放位置数据；

S9：所述智能相机43将所采集的其他书籍位置信息传输给所述智能相机控制器53，所述智能相机控制器53对其他书籍位置数据进行计算，获取待上架的图书摆放位置数据；

S10：所述智能相机控制器51将位置数据传输给所述机器人控制器52，所述机器人控制器52控制机器人41和图书抓取装置42将待上架的图书放置于书架上的特定位置；

S11：所述机器人41带动所述智能相机43对摆放好图书之后的书架进行拍照，所述智能相机控制器53对所拍摄的照片进行处理和识别，检验待上架的图书摆放的位置是否正确。

在上述的实施方式中，通过六自由度机器人41灵活的动作和智能的系统，能够对图书馆内不同规格、不同位置的书架进行书籍摆放上架操作，借助可全向移动的自动导航移动底盘1，可以自动移动到每个特定的书架旁边，通过3D视觉、2D视觉、RFID技术和机器人等技术的融合运用，可以自动的实现随机摆放书籍的拾取、图书自动分类、图书摆放上架和检测功能，降低工作人员的劳动强度。

根据实际应用场景的测算，本发明所述的系统，每小时可以自动分拣和摆放超过200本不在同一区域的书籍，达到同样效率的情况下，可以替代不少于4个人，除此之外，本发明所述的系统可以在夜间进行工作，不影响白天图书馆的正常运转。

进一步地，通过调整2D视觉和3D视觉相关的智能算法，在不需要做任何机械结构的调整的情况下，只需要升级软件算法，就可以实现图书的自动破损检测、架层书籍的自动错乱检测等高级功能，具有较高地使用价值。

在一个优选的实施方式中，数据传输均通过以太网方式实现，以太网是一种计算机局域网技术，以太网是目前应用最普遍的局域网技术。

上述列举的各种实施例，在不矛盾的前提下，可以相互组合实施，本领域技术人员可结合附图和上文对实施例的解释，作为对不同实施例中的技术特征进行组合的依据。

需要指出的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种图书自动分选上架的机器人系统，其特征在于：

包括电源，可自动移动的移动底盘，设置在所述移动底盘上的安装基座，设置在安装基座上的控制装置、采集装置和动作装置；

所述采集装置包括垂直固定在所述安装基座一侧上的采集支架，所述采集支架上设有用于放置图书的图书料框，所述采集支架上设有读写器，所述采集支架远离所述安装基座一端设有朝向所述图书料框的视觉相机，所述视觉相机与所述读写器配合；

所述动作装置包括设置在所述安装基座上的机器人，所述机器人远离所述安装基座一端设有图书抓取装置，所述机器人上设有用于采集书架位置的智能相机；

所述控制装置包括设置在安装基座上的视觉相机控制器、机器人控制器、智能相机控制器以及用于提供所述图书抓取装置开合动力的空气压缩机；

所述视觉相机控制器控制所述视觉相机和所述读写器；

所述机器人控制器控制所述机器人和所述图书抓取装置；

所述智能相机控制器控制所述智能相机。

2.根据权利要求1所述的一种图书自动分选上架的机器人系统，其特征在于：

所述移动底盘上设有全向轮或麦克纳姆轮。

3.根据权利要求2所述的一种图书自动分选上架的机器人系统，其特征在于：

所述移动底盘上设有导航件。

4.根据权利要求1所述的一种图书自动分选上架的机器人系统，其特征在于：

所述视觉相机为3D视觉相机，所述智能相机为2D智能相机。

5.根据权利要求1所述的一种图书自动分选上架的机器人系统，其特征在于：

所述读写器为RFID读写器，所述RFID读写器读取范围不超过50mm。

6.根据权利要求1所述的一种图书自动分选上架的机器人系统，其特征在于：

所述安装基座上设有若干个用于安装外部连接设备的安装孔。

7.根据权利要求1所述的一种图书自动分选上架的机器人系统，其特征在于：

所述机器人为六自由度机器人。

8.根据权利要求1所述的一种图书自动分选上架的机器人系统，其特征在于：

所述视觉相机、所述智能相机与所述采集支架、所述机器人均通过螺栓固定。

9.一种图书自动分选上架的机器人系统的控制方法，其特征在于：

应用于上述权利要求1～8任意一项所述的一种图书自动分选上架的机器人系统，包括以下步骤；

S1：手动或自动将待上架的图书放置在所述图书料框内；

S2：启动电源，使系统工作，所述视觉相机开始采集S1中放入图书料框内待上架的图书的三维数据和位置数据；

S3：上述采集的数据传输给所述视觉相机控制器，所述视觉相机控制器对接收到的数据进行处理和计算，获取所述机器人需要的位置和姿态信息；

S4：所述视觉相机控制器将上述结果传输给所述机器人控制器，所述机器人控制器对接收到的数据进行转换和编译，获得所述机器人运行轨迹；

S5：所述机器人控制器控制所述机器人和图书抓取装置运动，使抓取到待上架的图书移动到所述读写器读写范围内，所述读写器获取上述待上架的图书的数据信息；

S6：所述读写器根据所读取到的数据，与图书馆的数据库对接进行数据交换，获取上述待上架的图书应该摆放的位置信息；

S7：所述读写器将上述位置信息数据传输给所述移动底盘，所述移动底盘自动移动到待上架的图书应该放置位置的书架处；

S8：所述机器人带动所述智能相机对书架进行拍照，获取书架上其他书籍的摆放位置数据；

S9：所述智能相机将所采集的其他书籍位置信息传输给所述智能相机控制器，所述智能相机控制器对其他书籍位置数据进行计算，获取待上架的图书摆放位置数据；

S10：所述智能相机控制器将位置数据传输给所述机器人控制器，所述机器人控制器控制机器人和图书抓取装置将待上架的图书放置于书架上的特定位置；

S11：所述机器人带动所述智能相机对摆放好图书之后的书架进行拍照，所述智能相机控制器对所拍摄的照片进行处理和识别，检验待上架的图书摆放的位置是否正确。

10.根据权利要求7所述的一种图书自动分选上架的机器人系统的控制方法，其特征在于：

所述数据传输均通过以太网方式实现。