CN110757470A - 一种智能还书机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能还书机器人，包括AGV小车、还书模块、归架手臂、机械手和控制系统，所述还书模块位于AGV小车的左侧，所述归架手臂和机械手位于AGV小车的右侧；所述控制系统位于AGV小车的内部；所述机械手与归架手臂呈可旋转连接；所述AGV小车、还书模块、归架手臂和机械手分别与控制系统电连接；本发明提供的智能还书机器人利用自动引导技术、RFID射频技术，实现了图书从还书位置到放归书架的流水化作业，极大的方便了书本的整理和归架，达到节省人力和时间的目的。

Description

一种智能还书机器人

技术领域

本发明涉及还书机器人技术领域，特别是涉及一种智能还书机器人。

背景技术

随着科技的不断进步，信息化和智能化逐渐开始走入我们的生活，在这样一个信息时代，计算机的广泛应用为我们的生活工作都带来了很多便利，图书馆智能还书机器人也是大势所趋。将控制系统融入图书馆还书系统中，实现图书馆还书的智能化。

现有的图书管还书整理工作大多数由人工进行整理，传统的人工还书效率低下，耗费大量的人力和时间，增加管理图书成本。例如，当图书管理人员要整理归还的图书时，需要先检阅图书的编号，然后按照编号的排序归还至相应的位置，因此这项工作具有较强的重复性。而且，图书的整理工作具有一定的枯燥性，可能存现摆放不准确的情况，常常给读者借阅图书造成不便。所以图书管理的智能化研究成为一种必然的趋势。

目前，虽然在图书管理的智能化有一定的研究成果，但都不能高效、准确地实现智能化运送图书，对于图书的自动化定位和摆放都有所欠缺。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种智能还书机器人，该控制系统通过自动引导技术和RFID射频技术，实现了图书从还书位置到放归书架的流水化作业。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种智能还书机器人，包括AGV小车、还书模块、归架手臂、机械手和控制系统，所述还书模块位于AGV小车的左侧，所述归架手臂和机械手位于AGV小车的右侧；所述控制系统位于AGV小车的内部；所述机械手与归架手臂呈可旋转连接；所述AGV小车、还书模块、归架手臂和机械手分别与控制系统电连接。

优选的，所述AGV小车的外表面设有触摸显示屏和控制按钮；所述还书模块上开设有图书信息显示触摸屏。

优选的，所述还书模块为箱体结构，所述还书模块的上方开设有放书板，所述放书板上设有RFID射频卡，所述放书板的一侧连接有升降电机一；所述还书模块开设有书仓，所述书仓内部设有出书机构，所述出书机构包括底板、支撑板、翻书板和横移平台；所述支撑板位于底板的中部上方；所述支撑板的底部与底板不接触；所述底板的一端设有翻书板，所述翻书板的一端设有横移平台；所述底板上设有推板电机、传动链和传送带；所述传送带位于底板的中部；所述推板电机的输出轴通过传动链带动底板上的传送带进行传动；所述传送带上固定连接有推板；所述底板靠近翻书板的一侧还设有翻书电机，所述翻书板靠近横移平台的一侧设有传动轴；所述翻书电机通过链条与传动轴相连接；所述横移平台的两侧设有横移平台夹持舵机；所述横移平台的下方设有滑槽，所述横移平台的下侧通过螺栓固定连接有可旋转云台；所述支撑板上设有升降板、光杠和升降电机二；所述升降板在升降电机二的带动下沿光杠上下移动；所述滑槽的一侧设有横移电机和传送带，所述传送带一端与横移电机的输出轴相连，另外两端分别与云台和滑槽相连，通过横移电机带动云台和横移平台沿滑槽移动。

优选的，所述归架手臂包括导轨、电机和滑块；所述导轨包括X轴导轨、Y轴导轨和Z轴导轨；所述电机包括X轴电机、Y轴电机和Z轴电机；所述滑块包括X轴导轨滑块、Y轴导轨滑块和Z轴导轨滑块；所述X轴电机通过螺母与X轴导轨连接；所述Y轴导轨垂直设置在X轴导轨上； 所述Y轴电机通过螺母安装在Y轴导轨上靠近X轴导轨的位置；所述Z轴导轨通过Y轴导轨滑块与Y轴导轨连接；所述 Z轴电机通过螺母安装在Z轴导轨上。

优选的，所述机械手通过Z轴导轨滑块安装在Z轴导轨上；所述机械手下方安装有旋转云盘；所述旋转云盘通过螺母与Z轴导轨滑块连接，通过传动轴与机械手连接并带动机械手旋转。

优选的，所述机械手包括架体、夹书手爪、推书杆、撑书手爪、夹书电机、推书电机和撑书电机；所述夹书电机、推书电机和撑书电机位于架体内部，所述夹书手爪、推书杆和撑书手爪分别通过联轴器与夹书电机、推书电机和撑书电机相连；所述撑书手爪和夹书手爪各两个，并分别沿推书杆左右对称设置；所述夹书手爪的夹持面上设有若干个橡胶轮，所述橡胶轮通过销轴固定在夹持面上。

优选的，所述控制系统包括还书模块控制系统、AGV控制系统、归架手臂控制系统和机械手控制系统，

所述AGV控制系统用于为还书机器人提供移动、寻迹、承载；

所述还书模块控制系统用于为还书机器人提供图书识别、存书、出书、翻书和触摸屏状态显示；

所述归架手臂控制系统用于为还书机器人提供将图书从出书位置到书架的移动；

所述机械手控制系统用于为还书机器人提供图书的盘点、夹书、归架动作。

本发明的有益效果体现在：

（1）在还书模块中，通过升降板可以控制只允许一本图书通过并传送到翻书板，进而实现了对该图书的精确归架整理；通过设置翻书板，可以使横向的图书在翻书板的作用下竖向推入到横移平台中，从而实现了后续的传递工作；可旋转的云台可以实现对竖向书籍的角度调整，方便机械手对书籍的夹取；

（2）还书机器人的夹书手爪的夹持面上设有若干个橡胶轮，通过橡胶可以把书夹的更紧，通过滑动可以有效的使书籍放入书架中；

（3）通过Z轴、Y轴、X轴电机动作利用带传动带动机械手进行三个方向的移动，完成Z轴、Y轴、X轴方向的定位；机械手下的旋转云盘通过电机带动机械手动作，完成机械手从出书面到还书面的转换；解决了机械手定位问题，准确性更高；

（4）本发明提供的智能还书机器人利用自动引导技术、RFID射频技术，实现了图书从还书位置到放归书架的流水化作业，极大的方便了书本的整理和归架，达到节省人力和时间的目的。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，其中：

图1是本发明实施例的智能还书机器人的立体结构示意图。

图2是本发明实施例的智能还书机器人的侧面结构示意图。

图3-图9是本发明实施例的智能还书机器人还书模块结构示意图。

图10是本发明实施例的智能还书机器人归架手臂和机械手连接关系示意图。

图11是本发明实施例的智能还书机器人机械手的侧面剖视图。

图12是本发明实施例的智能还书机器人机械手的俯视图；

图13是图12的部分放大示意图；

图14是本发明实施例的智能还书机器人的控制系统结构示意图；

图中：1-AGV小车，2-书仓，3-归架手臂，4-机械手，201-放书板，202-推板电机，203-翻书电机，204-升降电机二，205-横移电机，206-翻书板，207-横移平台，208-云台，209-横移平台夹持舵机，210-底板，211-支撑板，212-传送带，213-推板，214-升降板，215-光杠，301-X轴电机，302-Y轴电机，303-Z轴电机，304-X轴导轨，305-Y轴导轨，306-Z轴导轨，307-旋转云盘，308-同步带，309-X轴导轨滑块，310-Y轴导轨滑块，311-Z轴导轨滑块；401-撑书电机，402-推书电机，403-夹书电机，404-架体，405-推书杆，406-撑书手爪，407-夹书手爪，408-橡胶轮，409-销轴。

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做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。

如图1和2所示，本发明优选的实施例提供了一种智能还书机器人，包括AGV小车1、还书模块、归架手臂3、机械手4和控制系统，所述还书模块位于AGV小车1的左侧，所述归架手臂3和机械手4位于AGV小车1的右侧；所述控制系统位于AGV小车1的内部；所述机械手4与归架手臂3呈可旋转连接；所述AGV小车1、还书模块、归架手臂3和机械手4分别与控制系统电连接。

具体的，所述AGV小车1的外表面设有触摸显示屏和控制按钮；所述还书模块上开设有图书信息显示触摸屏。

如图3-图9所示，所述还书模块为箱体结构，所述还书模块的上方开设有放书板201，所述放书板201上设有RFID射频卡，所述放书板201的一侧连接有升降电机一；所述还书模块开设有书仓，所述书仓内部设有出书机构，所述出书机构包括底板210、支撑板211、翻书板206和横移平台207；所述支撑板211位于底板210的中部上方；所述支撑板211的底部与底板210不接触；所述底板210的一端设有翻书板206，所述翻书板206的一端设有横移平台207；所述底板210上设有推板电机202、传动链和传送带212；所述传送带位于底板210的中部；所述推板电机202的输出轴通过传动链带动底板210上的传送带212进行传动；所述传送带一上固定连接有推板213；所述底板210靠近翻书板206的一侧还设有翻书电机203，所述翻书板206靠近横移平台207的一侧设有传动轴；所述翻书电机203通过链条与传动轴相连接；所述横移平台207的两侧设有横移平台207夹持舵机；所述横移平台207的下方设有滑槽，所述横移平台207的下侧通过螺栓固定连接有可旋转云台208；所述支撑板211上设有升降板214、光杠215和升降电机二204；所述升降板214在升降电机二204的带动下沿光杠215上下移动；所述滑槽的一侧设有横移电机205和传送带，所述传送带一端与横移电机205的输出轴相连，另外两端分别与云台208和滑槽相连，通过横移电机205带动云台208和横移平台207沿滑槽移动。

如图10所示，所述归架手臂包括导轨、电机和滑块；所述导轨包括X轴导轨304、Y轴导轨305和Z轴导轨306；所述电机包括X轴电机301、Y轴电机302和Z轴电机303；所述滑块包括X轴导轨滑块309、Y轴导轨滑块310和Z轴导轨滑块311；所述X轴电机301通过螺母与X轴导轨304连接；所述Y轴导轨305垂直设置在X轴导轨304上； 所述Y轴电机302通过螺母安装在Y轴导轨305上靠近X轴导轨304的位置；所述Z轴导轨306通过Y轴导轨滑块310与Y轴导轨305连接；所述 Z轴电机303通过螺母安装在Z轴导轨306上；所述Y轴导轨305通过X轴导轨滑块309与X轴导轨连接。所述X轴电机301通过同步带308传动带动Y轴导轨305完成X轴方向移动；所述Y轴电机302通过带传动带动Z轴导轨306动作完成Y轴方向移动；所述Z轴电机303通过带传动带动机械手进行Z轴方向移动。

如图11-13所示，所述机械手包括架体404、夹书手爪407、推书杆405、撑书手爪406、夹书电机403、推书电机402和撑书电机401；所述夹书电机403、推书电机402和撑书电机401位于架体404内部，所述夹书手爪407、推书杆405和撑书手爪406分别通过联轴器与夹书电机403、推书电机402和撑书电机401相连；所述撑书手爪406和夹书手爪407各两个，并分别沿推书杆405左右对称设置；所述夹书手爪407的夹持面上设有若干个橡胶轮408，所述橡胶轮408通过销轴409固定在夹持面上。所述机械手通过Z轴导轨滑块311安装在Z轴导轨306上；所述机械手下方安装有旋转云盘307；所述旋转云盘307通过螺母与Z轴导轨滑块311连接，通过传动轴与机械手连接并带动机械手旋转。

本发明智能还书机器人的工作流程为：

首先，放置在放书板201上的图书，经放书板201上的REID射频卡识别图书信息后，升降电机一带动放书板201反转，使得图书落入还书模块的书仓中，底板210上的推板电机202带动传送带一上的推板213向前移动，同时控制系统通过RFID射频卡读出的图书厚度信息控制升降板214移动至合适高度，以确保该图书顺利通过；当图书在推板213的作用下移动到翻书板206处时，翻书电机203通过传动轴将翻书板206上的图书竖起至横移平台207，然后横移平台夹持舵机209向图书方向转动以固定住横移平台207内部的图书；在横移电机205和传送带的配合下将横移平台207沿滑槽向外侧移动，控制云台208带动图书旋转至适宜角度等待机械手进行抓取；

机械手夹书时，夹书电机403带动夹书手爪407夹住横移平台207上的图书，夹书手爪407上的橡胶轮408可以确保将书夹的更紧，不滑脱，不破坏书本；当智能机器人到达目的书架时，撑书电机401带动撑书手爪406将书架上的书向两边撑开进而产生空间，与此同时，夹书手爪407打开，书本由夹紧状态变为自由状态，此时，推书电机402驱动推书杆405向前推动书本进入该空间，使得书本归位，整个动作完成。

如图14所示，本发明智能还书机器人的控制系统包括还书模块控制系统、AGV控制系统、归架手臂控制系统和机械手控制系统，所述AGV控制系统用于为还书机器人提供移动、寻迹、承载；该AGV控制系统由输入输出系统、电源系统和触摸屏组成；所述还书模块控制系统用于为还书机器人提供图书识别、存书、出书、翻书和触摸屏状态显示；该还书模块控制系统由RFID模块、触摸屏、电源系统、输入输出系统组成；所述归架手臂控制系统用于为还书机器人提供将图书从出书位置到书架的移动；该归架手臂控制系统由电源系统和输入输出系统组成；所述机械手控制系统用于为还书机器人提供图书的盘点、夹书、归架动作；该机械手控制系统由输入输出系统、电源系统和书籍识别模块组成。所述还书模块控制系统、AGV控制系统、归架手臂控制系统和机械手控制系统中的电源系统均由蓄电池组、稳压模块和滤波模块组成。

本发明智能还书机器人控制系统的控制流程为：

管理人员通过AGV控制系统的触摸屏对AGV小车1进行参数设计以及启动，当启动按钮信号输入后，状态提示灯点亮。用户将图书放置在放书板201后，位于下方的一次RFID进行识别图书信息以及在还书模块控制系统的触摸屏显示书籍信息，按下还书模块控制系统的触摸屏 “我要还书”按钮，还书信号确认后，还书模块控制系统中的电机驱动模块得到信号使升降电机一正转动作将还书位书板下降从而使图书落入书仓2进行存书，当图书落入书仓2后，升降电机一将放书板201返回原位后停止动作，位于下方的二次RFID识别书仓中最底层图书位置信息、高度信息。位置信号确认后，AGV控制系统得到输入信号，启动轮毂电机、并根据图书位置信号通过磁导寻迹对目标架位方向移动。当还书机器人到达目标架位后，AGV控制系统的轮毂电机停止。通过得到的图书高度信息，升降电机二204进行升降动作，当达到图书可通过高度时，推板电机402动作将图书从书仓推至翻书板中，当图书到达翻书板206后，推板电机202停止。升降电机二204下降至原位并且步进电机驱动模块给翻书电机203动作信号进行翻书板206的翻书动作，当图书被翻起，翻书电机203停止运行，横移平台207夹持舵机209将图书进行固定，电机驱动模块给横移电机205动作信号，进行出书动作，当图书出书动作完成，翻书电机203反转，翻书板206返回原位后舵机驱动模块向云台208发出动作信号使图书旋转。当图书旋转90度后，归架手臂控制系统发出X轴电机301正转动作和Z轴电机303下降或上升动作，当触发Z轴限位后Z轴电机303停止，当触发X轴限位后X轴电机301停止。机械手控制系统的电机驱动模块向Y轴电机302发出动作信号，当触发Y轴限位后Y轴电机302停止，撑书电机401、推书电机402进行动作，推书电机限位触发后撑书电机401停止，夹书电机403进行图书夹持动作，图书夹持完成后，推书电机402缩回原位。X轴电机301反转，将图书从横移平台207取出，图书取出后，横移电机205反转返回原位，X轴电机301、Z轴电机303、Y轴电机302通过图书位置信息进行对目标书架移动，当位置到达后，X轴电机301、Z轴电机303、Y轴电机302停止；旋转电机动作将机械手旋转90度，撑书电机401将书架图书撑开一定空间，推书杆动作将图书推至目标书架，之后夹书手爪407、推书杆、撑书手爪406一并缩回。图书归架后，AGV控制系统向轮毂电机发送返回起始点或下一个目标架位信号，完成还书。

综上所述，本发明提供的智能还书机器人，在还书模块中，通过升降板可以控制只允许一本图书通过并传送到翻书板，进而实现了对该图书的精确归架整理；通过设置翻书板，可以使横向的图书在翻书板的作用下竖向推入到横移平台中，从而实现了后续的传递工作；可旋转的云台可以实现对竖向书籍的角度调整，方便机械手对书籍的夹取；还书机器人的夹书手爪407的夹持面上设有若干个橡胶轮，通过橡胶可以把书夹的更紧，通过滑动可以有效的使书籍放入书架中；通过Z轴、Y轴、X轴电机动作利用带传动带动机械手进行三个方向的移动，完成Z轴、Y轴、X轴方向的定位；机械手下的旋转云盘通过电机带动机械手动作，完成机械手从出书面到还书面的转换；解决了机械手定位问题，准确性更高；本发明提供的智能还书机器人利用自动引导技术、RFID射频技术，实现了图书从还书位置到放归书架的流水化作业，极大的方便了书本的整理和归架，达到节省人力和时间的目的。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。本领域的普通技术人员，以本发明所明确公开的或根据文件的书面描述毫无异议的得到的，均应认为是本专利所要保护的范围。

Claims (7)

1.一种智能还书机器人，包括AGV小车、还书模块、归架手臂、机械手和控制系统，其特征在于，所述还书模块位于AGV小车的左侧，所述归架手臂和机械手位于AGV小车的右侧；所述控制系统位于AGV小车的内部；所述机械手与归架手臂呈可旋转连接；所述AGV小车、还书模块、归架手臂和机械手分别与控制系统电连接。

2.根据权利要求1所述的智能还书机器人，其特征在于，所述AGV小车的外表面设有触摸显示屏和控制按钮；所述还书模块上开设有图书信息显示触摸屏。

3.根据权利要求1所述的智能还书机器人，其特征在于，所述还书模块为箱体结构，所述还书模块的上方开设有放书板，所述放书板上设有RFID射频卡，所述放书板的一侧连接有升降电机一；所述还书模块开设有书仓，所述书仓内部设有出书机构，所述出书机构包括底板、支撑板、翻书板和横移平台；所述支撑板位于底板的中部上方；所述支撑板的底部与底板不接触；所述底板的一端设有翻书板，所述翻书板的一端设有横移平台；所述底板上设有推板电机、传动链和传送带；所述传送带位于底板的中部；所述推板电机的输出轴通过传动链带动底板上的传送带进行传动；所述传送带上固定连接有推板；所述底板靠近翻书板的一侧还设有翻书电机，所述翻书板靠近横移平台的一侧设有传动轴；所述翻书电机通过链条与传动轴相连接；所述横移平台的两侧设有横移平台夹持舵机；所述横移平台的下方设有滑槽，所述横移平台的下侧通过螺栓固定连接有可旋转云台；所述支撑板上设有升降板、光杠和升降电机二；所述升降板在升降电机二的带动下沿光杠上下移动；所述滑槽的一侧设有横移电机和传送带，所述传送带一端与横移电机的输出轴相连，另外两端分别与云台和滑槽相连，通过横移电机带动云台和横移平台沿滑槽移动。

4.根据权利要求1所述的智能还书机器人，其特征在于，所述归架手臂包括导轨、电机和滑块；所述导轨包括X轴导轨、Y轴导轨和Z轴导轨；所述电机包括X轴电机、Y轴电机和Z轴电机；所述滑块包括X轴导轨滑块、Y轴导轨滑块和Z轴导轨滑块；所述X轴电机通过螺母与X轴导轨连接；所述Y轴导轨垂直设置在X轴导轨上； 所述Y轴电机通过螺母安装在Y轴导轨上靠近X轴导轨的位置；所述Z轴导轨通过Y轴导轨滑块与Y轴导轨连接；所述 Z轴电机通过螺母安装在Z轴导轨上。

5.根据权利要求4所述的智能还书机器人，其特征在于，所述机械手通过Z轴导轨滑块安装在Z轴导轨上；所述机械手下方安装有旋转云盘；所述旋转云盘通过螺母与Z轴导轨滑块连接，通过传动轴与机械手连接并带动机械手旋转。

6.根据权利要求5所述的智能还书机器人，其特征在于，所述机械手包括架体、夹书手爪、推书杆、撑书手爪、夹书电机、推书电机和撑书电机；所述夹书电机、推书电机和撑书电机位于架体内部，所述夹书手爪、推书杆和撑书手爪分别通过联轴器与夹书电机、推书电机和撑书电机相连；所述撑书手爪和夹书手爪各两个，并分别沿推书杆左右对称设置；所述夹书手爪的夹持面上设有若干个橡胶轮，所述橡胶轮通过销轴固定在夹持面上。

7.根据权利要求1所述的智能还书机器人，其特征在于，所述控制系统包括还书模块控制系统、AGV控制系统、归架手臂控制系统和机械手控制系统，

所述AGV控制系统用于为还书机器人提供移动、寻迹、承载；

所述还书模块控制系统用于为还书机器人提供图书识别、存书、出书、翻书和触摸屏状态显示；

所述归架手臂控制系统用于为还书机器人提供将图书从出书位置到书架的移动；

所述机械手控制系统用于为还书机器人提供图书的盘点、夹书、归架动作。

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