CN110722577A - 一种基于图像识别技术的智能取书装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种基于图像识别技术的智能取书装置及使用方法，装置包括取书机械手、多自由度机械臂、图书转运机构及图书推送机构；书架顶部设有滑道和滑台，多自由度机械臂一端连接取书机械手，另一端连接在滑台上；图书转运机构位于书架侧方，图书推送机构设在图书转运机构上且对侧为书桌和电脑。方法为：在电脑中输入书籍名称并自动获取书籍所在书架编号，电脑向多自由度机械臂发出取书指令，使取书机械手移到书格前并对图书进行扫描识别，确定目标图书位置后取书机械手的电动夹板插入书格中夹紧目标图书，将目标图书移出书格并移至图书转运机构的运输辊道上，经运输辊道将目标图书移至书桌前并扫描识别图书，识别通过后由图书推送机构将图书推送给阅读者。

Description

一种基于图像识别技术的智能取书装置及使用方法

技术领域

本发明属于智能设备技术领域，特别是涉及一种基于图像识别技术的智能取书装置及使用方法。

背景技术

图书馆作为读书和学习的地方，绝大多数的图书馆普遍存在找书效率低下的问题，即使能够通过索引找到目标书籍的大致书架位置，但相应位置的书架上仍有很多图书，而且这些图书经常是处于打乱状态的，想要从大量打乱状态的图书中快速到目标书籍是很不容易的。再有，很多图书馆的书架高度很高，想要获取书架最顶层的图书，对于一些身高较低的学生来说，还需要他人帮忙才行。另外，对于一些年龄偏大的长者，腰部通常会有一些健康问题，想要弯腰获取书架最底层的图书，对于健康的年轻人根本不是问题，但对于这些年长者来说确实无法规避的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于图像识别技术的智能取书装置及使用方法，将人工取书过程转变为自动取书过程，克服了人工取书过程中存在的种种弊端，能够快速、精准、高效的完成自动取书。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于图像识别技术的智能取书装置，包括取书机械手、多自由度机械臂、图书转运机构及图书推送机构；在书架顶部设置有滑道，在滑道内安装有气动滑台，气动滑台可沿滑道进行直线移动；所述多自由度机械臂的末端连接在气动滑台上，所述取书机械手连接在多自由度机械臂的首端；所述图书转运机构设置在书架侧方，所述图书推送机构设置在图书转运机构上，图书转运机构的出书口与书桌的桌面连通，在书桌的桌面上设置有用于图书检索的电脑。

所述取书机械手包括机械手主体、电动夹板、图书稳定指组件及第一图像识别摄像头，在机械手主体后端设有铰接耳座，所述电动夹板设置在机械手主体前端，通过电动夹板的闭合动作对图书进行夹持；所述图书稳定指组件数量为两组，两组图书稳定指组件对称分布在机械手主体的左右两侧，图书稳定指组件包括顶块、滑块、导轨、螺杆及螺杆驱动电机；所述导轨固设在机械手主体上，导轨采用平行双轨结构，所述滑块连接在导轨上，滑块可沿导轨进行直线移动，所述顶块固设在与电动夹板同侧的滑块上，在顶块对侧的滑块上开设有螺纹孔，所述螺杆一端与滑块上的螺纹孔进行螺纹连接配合，螺杆与导轨相平行，螺杆另一端与螺杆驱动电机的电机轴相固连，螺杆驱动电机固连在机械手主体上；所述第一图像识别摄像头安装在机械手主体的顶部，通过第一图像识别摄像头对书架上的图书进行识别。

所述多自由度机械臂包括电动转台、大臂、第一中间臂、第二中间臂及小臂；所述大臂一端铰接在电动转台顶部，在大臂与电动转台的铰接关节点安装有大臂摆转驱动电机；所述大臂另一端与第一中间臂一端相铰接，在第一中间臂与大臂的铰接关节点安装有第一中间臂摆转驱动电机；所述第一中间臂另一端与第二中间臂一端相铰接，在第二中间臂与第一中间臂的铰接关节点安装有第二中间臂摆转驱动电机；所述第二中间臂另一端与小臂一端相铰接，在小臂与第二中间臂的铰接关节点安装有小臂摆转驱动电机；所述小臂另一端铰接在机械手主体后端的铰接耳座上，在机械手主体与小臂的铰接关节点安装有机械手摆转驱动电机。

所述图书转运机构包括支撑架、第一直线运输辊道、第二直线运输辊道、第一弧形运输辊道及第二弧形运输辊道；所述第一直线运输辊道、第一弧形运输辊道、第二直线运输辊道及第二弧形运输辊道依次收尾相接构成闭合辊道，四条运输辊道均由电机提供驱动力；在所述支撑架上安装有图书转运机构控制柜。

所述图书推送机构包括图书推送气缸、第二图像识别摄像头及图像识别摄像头支架；所述图像识别摄像头支架数量若干，若干图像识别摄像头支架沿第一直线运输辊道长度方向均布，每个图像识别摄像头支架前方均设有一个出书口，每个出书口对应一个书桌，在每个图像识别摄像头支架上均安装有一台第二图像识别摄像头，通过第二图像识别摄像头对第一直线运输辊道上方的图书进行识别；在每个所述第二图像识别摄像头下方的第一直线运输辊道边缘立板上均安装有一个图书推送气缸，图书推送气缸与第一直线运输辊道长度方向相垂直，图书推送气缸的缸杆端部设有推板，推板与出书口正对设置。

在所述书架的每层书格内均配置有电动压书板，电动压书板可沿书架的书格进行直线移动。

所述的基于图像识别技术的智能取书装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：阅读者在电脑中输入想要获取的书籍名称，电脑会自动获取书籍所在的书架编号，然后向该编号书架上方的多自由度机械臂发出取书指令；

步骤二：当多自由度机械臂接到取书指令后，首先将调整自身位姿状态，直到将取书机械手移动到目标图书所在的书格前方；

步骤三：启动气动滑台，使气动滑台沿着滑道进行直线移动，在气动滑台移动过程中，通过第一图像识别摄像头对书格内的图书进行扫描识别；

步骤四：当第一图像识别摄像头通过扫描获取了目标图书的位置后，气动滑台停止移动，将取书机械手停留在目标图书的正前方；

步骤五：由多自由度机械臂控制取书机械手的电动夹板插入书格中并停留在目标图书两侧，然后控制电动夹板将目标图书夹紧；

步骤六：由多自由度机械臂控制取书机械手的电动夹板匀速从书格中退出，目标图书会随同电动夹板移出书格，同时启动螺杆驱动电机，带动螺杆转动，进而带动滑块沿着导轨向着书格移动，直到机械手主体两侧的顶块分别将目标图书两侧的其他图书顶靠在书格内，防止目标图书两侧的其他图书被拖带出书格而掉落；

步骤七：当目标图书完全从书格中取出后，控制顶块复位，然后由多自由度机械臂将夹持有目标图书的取书机械手移动到第二直线运输辊道上方，然后控制电动夹板松开，将目标图书放置到第二直线运输辊道上；

步骤八：目标图书依次通过第二直线运输辊道及第一弧形运输辊道被移动到第一直线运输辊道上，当目标图书经过第一个第二图像识别摄像头时，由第一个第二图像识别摄像头对该目标图书进行扫描识别，并自动判断该目标图书是否是对面书桌所在阅读者需要的，如果不是，目标图书继续移动，并通过后续的其他第二图像识别摄像头对该目标图书进行扫描识别，直到其中一个第二图像识别摄像头经过扫描识别，判断该目标图书是其对面书桌所在阅读者需要的，则该第二图像识别摄像头下方的图书推送气缸启动，将该目标图书通过对面的出书口推送至阅读者面前的书桌上；

步骤九：当阅读者完成阅读后，阅读者在电脑中点击还书选项，然后将完成阅读的图书通过出书口放置到第一直线运输辊道，该图书会依次通过第一直线运输辊道及第二弧形运输辊道被移动到第二直线运输辊道上；

步骤十：通过多自由度机械臂控制取书机械手的电动夹板将第二直线运输辊道上图书夹起，然后将夹持有图书的取书机械手移动回该图书所在的书架书格前方，最后将图书送入书格内，以完成自动还书。

本发明的有益效果：

本发明的基于图像识别技术的智能取书装置及使用方法，将人工取书过程转变为自动取书过程，克服了人工取书过程中存在的种种弊端，能够快速、精准、高效的完成自动取书。

附图说明

图1为本发明的一种基于图像识别技术的智能取书装置的结构示意图；

图2为本发明的取书机械手的结构示意图；

图3为本发明的多自由度机械臂的结构示意图；

图4为本发明的图书转运机构及图书推送机构的结构示意图；

图中，1—取书机械手，2—多自由度机械臂，3—图书转运机构，4—图书推送机构，5—书架，6—滑道，7—气动滑台，8—书桌，9—图书，10—电脑，11—机械手主体，12—电动夹板，13—顶块，14—滑块，15—导轨，16—螺杆，17—螺杆驱动电机，18—电动转台，19—大臂，20—第一中间臂，21—第二中间臂，22—小臂，23—大臂摆转驱动电机，24—第一中间臂摆转驱动电机，25—第二中间臂摆转驱动电机，26—小臂摆转驱动电机，27—机械手摆转驱动电机，28—第一图像识别摄像头，29—支撑架，30—第一直线运输辊道，31—第二直线运输辊道，32—第一弧形运输辊道，33—第二弧形运输辊道，34—图书转运机构控制柜，35—出书口，36—图书推送气缸，37—第二图像识别摄像头，38—图像识别摄像头支架，39—电动压书板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～4所示，一种基于图像识别技术的智能取书装置，包括取书机械手1、多自由度机械臂2、图书转运机构3及图书推送机构4；在书架5顶部设置有滑道6，在滑道6内安装有气动滑台7，气动滑台7可沿滑道6进行直线移动；所述多自由度机械臂2的末端连接在气动滑台7上，所述取书机械手1连接在多自由度机械臂2的首端；所述图书转运机构3设置在书架5侧方，所述图书推送机构4设置在图书转运机构3上，图书转运机构3的出书口35与书桌8的桌面连通，在书桌8的桌面上设置有用于图书9检索的电脑10。

所述取书机械手1包括机械手主体11、电动夹板12、图书稳定指组件及第一图像识别摄像头28，在机械手主体11后端设有铰接耳座，所述电动夹板12设置在机械手主体11前端，通过电动夹板12的闭合动作对图书9进行夹持；所述图书稳定指组件数量为两组，两组图书稳定指组件对称分布在机械手主体11的左右两侧，图书稳定指组件包括顶块13、滑块14、导轨15、螺杆16及螺杆驱动电机17；所述导轨15固设在机械手主体11上，导轨15采用平行双轨结构，所述滑块14连接在导轨15上，滑块14可沿导轨15进行直线移动，所述顶块13固设在与电动夹板12同侧的滑块14上，在顶块13对侧的滑块14上开设有螺纹孔，所述螺杆16一端与滑块14上的螺纹孔进行螺纹连接配合，螺杆16与导轨15相平行，螺杆16另一端与螺杆驱动电机17的电机轴相固连，螺杆驱动电机17固连在机械手主体11上；所述第一图像识别摄像头28安装在机械手主体11的顶部，通过第一图像识别摄像头28对书架5上的图书9进行识别。

所述多自由度机械臂2包括电动转台18、大臂19、第一中间臂20、第二中间臂21及小臂22；所述大臂19一端铰接在电动转台18顶部，在大臂19与电动转台18的铰接关节点安装有大臂摆转驱动电机23；所述大臂19另一端与第一中间臂20一端相铰接，在第一中间臂20与大臂19的铰接关节点安装有第一中间臂摆转驱动电机24；所述第一中间臂20另一端与第二中间臂21一端相铰接，在第二中间臂21与第一中间臂20的铰接关节点安装有第二中间臂摆转驱动电机25；所述第二中间臂21另一端与小臂22一端相铰接，在小臂22与第二中间臂21的铰接关节点安装有小臂摆转驱动电机26；所述小臂22另一端铰接在机械手主体11后端的铰接耳座上，在机械手主体11与小臂22的铰接关节点安装有机械手摆转驱动电机27。

所述图书转运机构3包括支撑架29、第一直线运输辊道30、第二直线运输辊道31、第一弧形运输辊道32及第二弧形运输辊道33；所述第一直线运输辊道30、第一弧形运输辊道32、第二直线运输辊道31及第二弧形运输辊道33依次收尾相接构成闭合辊道，四条运输辊道均由电机提供驱动力；在所述支撑架29上安装有图书转运机构控制柜34。

所述图书推送机构4包括图书推送气缸36、第二图像识别摄像头37及图像识别摄像头支架38；所述图像识别摄像头支架38数量若干，若干图像识别摄像头支架38沿第一直线运输辊道30长度方向均布，每个图像识别摄像头支架38前方均设有一个出书口35，每个出书口35对应一个书桌8，在每个图像识别摄像头支架38上均安装有一台第二图像识别摄像头37，通过第二图像识别摄像头37对第一直线运输辊道30上方的图书9进行识别；在每个所述第二图像识别摄像头37下方的第一直线运输辊道30边缘立板上均安装有一个图书推送气缸36，图书推送气缸36与第一直线运输辊道30长度方向相垂直，图书推送气缸36的缸杆端部设有推板，推板与出书口35正对设置。

在所述书架5的每层书格内均配置有电动压书板39，电动压书板39可沿书架5的书格进行直线移动。

所述的基于图像识别技术的智能取书装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：阅读者在电脑10中输入想要获取的书籍名称，电脑10会自动获取书籍所在的书架5编号，然后向该编号书架5上方的多自由度机械臂2发出取书指令；

步骤二：当多自由度机械臂2接到取书指令后，首先将调整自身位姿状态，直到将取书机械手1移动到目标图书9所在的书格前方；

步骤三：启动气动滑台7，使气动滑台7沿着滑道6进行直线移动，在气动滑台7移动过程中，通过第一图像识别摄像头28对书格内的图书9进行扫描识别；

步骤四：当第一图像识别摄像头28通过扫描获取了目标图书9的位置后，气动滑台7停止移动，将取书机械手1停留在目标图书9的正前方；

步骤五：由多自由度机械臂2控制取书机械手1的电动夹板12插入书格中并停留在目标图书9两侧，然后控制电动夹板12将目标图书9夹紧；

步骤六：由多自由度机械臂2控制取书机械手1的电动夹板12匀速从书格中退出，目标图书9会随同电动夹板12移出书格，同时启动螺杆驱动电机17，带动螺杆16转动，进而带动滑块14沿着导轨15向着书格移动，直到机械手主体11两侧的顶块13分别将目标图书9两侧的其他图书9顶靠在书格内，防止目标图书9两侧的其他图书9被拖带出书格而掉落；

步骤七：当目标图书9完全从书格中取出后，控制顶块13复位，然后由多自由度机械臂2将夹持有目标图书9的取书机械手1移动到第二直线运输辊道31上方，然后控制电动夹板12松开，将目标图书9放置到第二直线运输辊道31上；

步骤八：目标图书9依次通过第二直线运输辊道31及第一弧形运输辊道32被移动到第一直线运输辊道30上，当目标图书9经过第一个第二图像识别摄像头37时，由第一个第二图像识别摄像头37对该目标图书9进行扫描识别，并自动判断该目标图书9是否是对面书桌8所在阅读者需要的，如果不是，目标图书9继续移动，并通过后续的其他第二图像识别摄像头37对该目标图书9进行扫描识别，直到其中一个第二图像识别摄像头37经过扫描识别，判断该目标图书9是其对面书桌8所在阅读者需要的，则该第二图像识别摄像头37下方的图书推送气缸36启动，将该目标图书9通过对面的出书口35推送至阅读者面前的书桌8上；

步骤九：当阅读者完成阅读后，阅读者在电脑10中点击还书选项，然后将完成阅读的图书9通过出书口35放置到第一直线运输辊道30，该图书9会依次通过第一直线运输辊道30及第二弧形运输辊道33被移动到第二直线运输辊道31上；

步骤十：通过多自由度机械臂2控制取书机械手1的电动夹板12将第二直线运输辊道31上图书9夹起，然后将夹持有图书9的取书机械手1移动回该图书9所在的书架5书格前方，最后将图书9送入书格内，以完成自动还书。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (7)

1.一种基于图像识别技术的智能取书装置，其特征在于：包括取书机械手、多自由度机械臂、图书转运机构及图书推送机构；在书架顶部设置有滑道，在滑道内安装有气动滑台，气动滑台可沿滑道进行直线移动；所述多自由度机械臂的末端连接在气动滑台上，所述取书机械手连接在多自由度机械臂的首端；所述图书转运机构设置在书架侧方，所述图书推送机构设置在图书转运机构上，图书转运机构的出书口与书桌的桌面连通，在书桌的桌面上设置有用于图书检索的电脑。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像识别技术的智能取书装置，其特征在于：所述取书机械手包括机械手主体、电动夹板、图书稳定指组件及第一图像识别摄像头，在机械手主体后端设有铰接耳座，所述电动夹板设置在机械手主体前端，通过电动夹板的闭合动作对图书进行夹持；所述图书稳定指组件数量为两组，两组图书稳定指组件对称分布在机械手主体的左右两侧，图书稳定指组件包括顶块、滑块、导轨、螺杆及螺杆驱动电机；所述导轨固设在机械手主体上，导轨采用平行双轨结构，所述滑块连接在导轨上，滑块可沿导轨进行直线移动，所述顶块固设在与电动夹板同侧的滑块上，在顶块对侧的滑块上开设有螺纹孔，所述螺杆一端与滑块上的螺纹孔进行螺纹连接配合，螺杆与导轨相平行，螺杆另一端与螺杆驱动电机的电机轴相固连，螺杆驱动电机固连在机械手主体上；所述第一图像识别摄像头安装在机械手主体的顶部，通过第一图像识别摄像头对书架上的图书进行识别。

3.根据权利要求2所述的一种基于图像识别技术的智能取书装置，其特征在于：所述多自由度机械臂包括电动转台、大臂、第一中间臂、第二中间臂及小臂；所述大臂一端铰接在电动转台顶部，在大臂与电动转台的铰接关节点安装有大臂摆转驱动电机；所述大臂另一端与第一中间臂一端相铰接，在第一中间臂与大臂的铰接关节点安装有第一中间臂摆转驱动电机；所述第一中间臂另一端与第二中间臂一端相铰接，在第二中间臂与第一中间臂的铰接关节点安装有第二中间臂摆转驱动电机；所述第二中间臂另一端与小臂一端相铰接，在小臂与第二中间臂的铰接关节点安装有小臂摆转驱动电机；所述小臂另一端铰接在机械手主体后端的铰接耳座上，在机械手主体与小臂的铰接关节点安装有机械手摆转驱动电机。

4.根据权利要求1所述的一种基于图像识别技术的智能取书装置，其特征在于：所述图书转运机构包括支撑架、第一直线运输辊道、第二直线运输辊道、第一弧形运输辊道及第二弧形运输辊道；所述第一直线运输辊道、第一弧形运输辊道、第二直线运输辊道及第二弧形运输辊道依次收尾相接构成闭合辊道，四条运输辊道均由电机提供驱动力；在所述支撑架上安装有图书转运机构控制柜。

5.根据权利要求4所述的一种基于图像识别技术的智能取书装置，其特征在于：所述图书推送机构包括图书推送气缸、第二图像识别摄像头及图像识别摄像头支架；所述图像识别摄像头支架数量若干，若干图像识别摄像头支架沿第一直线运输辊道长度方向均布，每个图像识别摄像头支架前方均设有一个出书口，每个出书口对应一个书桌，在每个图像识别摄像头支架上均安装有一台第二图像识别摄像头，通过第二图像识别摄像头对第一直线运输辊道上方的图书进行识别；在每个所述第二图像识别摄像头下方的第一直线运输辊道边缘立板上均安装有一个图书推送气缸，图书推送气缸与第一直线运输辊道长度方向相垂直，图书推送气缸的缸杆端部设有推板，推板与出书口正对设置。

6.根据权利要求1所述的一种基于图像识别技术的智能取书装置，其特征在于：在所述书架的每层书格内均配置有电动压书板，电动压书板可沿书架的书格进行直线移动。

7.权利要求1所述的基于图像识别技术的智能取书装置的使用方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：阅读者在电脑中输入想要获取的书籍名称，电脑会自动获取书籍所在的书架编号，然后向该编号书架上方的多自由度机械臂发出取书指令；

步骤二：当多自由度机械臂接到取书指令后，首先将调整自身位姿状态，直到将取书机械手移动到目标图书所在的书格前方；

步骤三：启动气动滑台，使气动滑台沿着滑道进行直线移动，在气动滑台移动过程中，通过第一图像识别摄像头对书格内的图书进行扫描识别；

步骤四：当第一图像识别摄像头通过扫描获取了目标图书的位置后，气动滑台停止移动，将取书机械手停留在目标图书的正前方；

步骤五：由多自由度机械臂控制取书机械手的电动夹板插入书格中并停留在目标图书两侧，然后控制电动夹板将目标图书夹紧；

步骤六：由多自由度机械臂控制取书机械手的电动夹板匀速从书格中退出，目标图书会随同电动夹板移出书格，同时启动螺杆驱动电机，带动螺杆转动，进而带动滑块沿着导轨向着书格移动，直到机械手主体两侧的顶块分别将目标图书两侧的其他图书顶靠在书格内，防止目标图书两侧的其他图书被拖带出书格而掉落；

步骤七：当目标图书完全从书格中取出后，控制顶块复位，然后由多自由度机械臂将夹持有目标图书的取书机械手移动到第二直线运输辊道上方，然后控制电动夹板松开，将目标图书放置到第二直线运输辊道上；

步骤八：目标图书依次通过第二直线运输辊道及第一弧形运输辊道被移动到第一直线运输辊道上，当目标图书经过第一个第二图像识别摄像头时，由第一个第二图像识别摄像头对该目标图书进行扫描识别，并自动判断该目标图书是否是对面书桌所在阅读者需要的，如果不是，目标图书继续移动，并通过后续的其他第二图像识别摄像头对该目标图书进行扫描识别，直到其中一个第二图像识别摄像头经过扫描识别，判断该目标图书是其对面书桌所在阅读者需要的，则该第二图像识别摄像头下方的图书推送气缸启动，将该目标图书通过对面的出书口推送至阅读者面前的书桌上；

步骤九：当阅读者完成阅读后，阅读者在电脑中点击还书选项，然后将完成阅读的图书通过出书口放置到第一直线运输辊道，该图书会依次通过第一直线运输辊道及第二弧形运输辊道被移动到第二直线运输辊道上；

步骤十：通过多自由度机械臂控制取书机械手的电动夹板将第二直线运输辊道上图书夹起，然后将夹持有图书的取书机械手移动回该图书所在的书架书格前方，最后将图书送入书格内，以完成自动还书。

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