CN110861065A - 一种图书馆自动存取书籍机器人及其控制系统和控制方法 - Google Patents

一种图书馆自动存取书籍机器人及其控制系统和控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种图书馆自动存取书籍机器人及其控制系统和控制方法，所述机器人由采集路面及书籍图像的信号采集识别单元、控制夹取书籍的书籍存取执行单元以及行驶底盘单元组成，所述控制系统由图书馆内环境模块、无线通信模块、图像信号采集模块、车身信号模块和中央处理模块组成，无线通信模块、图像信号采集模块、车身信号模块分别获取的书籍名称信息、路面及书籍图像信息、机器人运动状态信息发送至中央处理模块，经中央处理模块分析处理后生成相应的控制信号控制书籍存取执行单元以及行驶底盘单元运行，所述控制方法包括取书和还书控制方法。本发明能实现在不同的图书馆环境下对书籍的精确识别、稳定抓取以及高效存放。

Description

一种图书馆自动存取书籍机器人及其控制系统和控制方法
技术领域
本发明属于智能机器人技术领域，具体涉及一种图书馆自动存取书籍机器人及其控制系统和控制方法。
背景技术
图书馆作为书籍主要的存放和阅读地点，是人们日常生活中不可缺少的重要场所，而对于其中数目庞大的书籍管理工作就成为了普遍关注的重点。结合当下智能车、机器人技术的普及应用，将其代替人类管理员完成重复性较高、较为枯燥的图书馆书籍的收集和存取工作，既节省了劳动力，又提高了精准度。
但是，图书馆机器人的引入涉及多方面问题，包括对不同结构的图书馆环境的适应性，对书籍的识别能力和查找能力，以及机器人自身的设计结构和经济实用性。通过简易的结构实现足够精确的图书馆书籍存取工作，同时尽可能保证对图书馆整体环境和书籍完整性的最小影响，是当前图书馆机器人设计所需要完成的主要任务和目标。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，提供了一种图书馆自动存取书籍机器人及其控制系统和控制方法，以实现在不同的图书馆环境下对书籍的精确识别、稳定抓取以及高效存放，进一步提高图书馆图书的管理效率。结合说明书附图，本发明的技术方案如下：
一种图书馆自动存取书籍机器人，由信号采集识别单元、书籍存取执行单元以及行驶底盘单元组成；
所述信号采集识别单元包括：寻路摄像头14、书籍识别摄像头15和射频识别装置22，其中，寻路摄像头14安装在行驶底盘单元上方用于采集行驶路面信息，书籍识别摄像头15安装在书籍存取执行单元前端用于采集书籍图像信息，射频识别装置22安装在行驶底盘单元上以识别书籍上的射频电子标签；
所述书籍存取执行单元包括：旋转底座机构、书籍夹取机构和书籍拾取机构，其中，旋转底座机构由步进电机6和底座27竖直驱动连接组成；书籍夹取机构由夹持装置21、夹持机械臂1和机械臂舵机2组成，机械臂舵机2与夹持机械臂1驱动连接并安装在底座27上，夹持装置21安装在机械臂舵机2前端；书籍拾取机构由拾取机构舵机16、水平传动机构、拾取操纵杆18、电磁铁装置17和位移传感器19组成，拾取机构舵机16与水平传动机构驱动连接并安装在底座27上，拾取操纵杆18与水平传动机构相连，电磁铁装置17安装在拾取操纵杆18前端并与书籍上的磁铁片吸合实现对书籍的拾取，在水平传动机构的传动下，拾取操纵杆18带动电磁铁装置17水平直线运动，位移传感器19安装在水平传动机构与拾取操纵杆18之间以检测拾取操纵杆18的相对位移；
所述行驶底盘单元包括：底板29、车轮28、转向驱动舵机5、电池8、后轴驱动舵机3和编码器4，其中，转向驱动舵机5安装在底板29前端并与两侧的车轮28相连控制转向，后轴驱动舵机3安装在底板29后端并与两侧的车轮28相连实现行驶驱动，电池8安装在底板29上，编码器4安装在底板29后端以检测行驶底盘单元的行驶速度。
进一步地，所述夹持机械臂1由两组左右平行设置的曲柄摇杆机构组成；
第一曲柄摇杆机构由第一曲柄101、第一摇杆102和第一连杆105组成，其中，第一曲柄101的底端铰接在底座27上并与对应侧的机械臂舵机2的输出轴相连，第一摇杆102设置在第一曲柄101后侧，且第一摇杆102底端铰接在底座27上，第一连杆105的后端铰接在第一摇杆102的顶端，第一连杆105的中部铰接在第一曲柄101的顶端，第一连杆105的前端与夹持装置21的外侧壁固定连接；
第二曲柄摇杆机构由第二曲柄107、第二摇杆103、第二连杆106和连接板104组成，其中，第二曲柄107的底端铰接在底座27上并与对应侧的机械臂舵机2的输出轴相连，第二摇杆103设置在第二曲柄107后侧，且第二摇杆103底端铰接在底座27上，连接板104下端与第二曲柄107的顶端铰接，连接板104上端一侧与第二摇杆103的顶端铰接，连接板104上端另一侧与第二连杆106的一端铰接，第二连杆106的另一端与夹持装置21的外侧壁固定连接。
进一步地，所述夹持装置21由夹持机构舵机7、压力传感器20和夹持机构30组成；
所述加持机构30采用齿轮啮合式夹持机构，夹持机构舵机7的输出端与加持机构30的传动轴相连，以控制加持机构30夹紧或松开，压力传感器20安装在夹持机构30的夹持端，以实时监测夹持机构30所施加的夹紧力。
进一步地，所述水平传动机构由拾取驱动杆24、滑套25和直线导轨套26组成；
所述拾取驱动杆24的底端与拾取机构舵机16的输出轴相连，拾取驱动杆24的顶端穿过滑套25，使滑套25滑动套装在拾取驱动杆24上，直线导轨套26通过支撑架固定在底板29上，直线导轨套26上开有直线滑孔，拾取操纵杆18滑动安装在直线导轨套26内，滑套25外侧设置的短滑杆穿过直线导轨套26上的直线滑孔并铰接在拾取操纵杆18上。
一种图书馆自动存取书籍机器人的控制系统，所述控制系统包括图书馆内环境模块、无线通信模块、图像信号采集模块、车身信号模块和中央处理模块；
所述图书馆内环境模块包括：图书馆内部道路中线处的特征标记、图书馆柜台处特征点标记、书架处的机器人停车特征点标记、书籍中线特征点标记、书籍上的射频电子标签以及书籍上的磁铁片；
所述无线通信模块包括：车载蓝牙通信装置；
所述图像信号采集模块包括：置寻路摄像头、书籍识别摄像头和射频识别装置；
所述车身信号模块包括：编码器、位移传感器和压力传感器；
所述中央处理模块包括：位置处理单元、图像处理单元、数据处理单元和控制执行单元；
所述车载蓝牙通信装置用于将书籍的名称信号发送给位置处理单元；
所述置寻路摄像头用于采集包括机器人行驶方向上路面实时画面信息、图书馆内部道路中线处的特征标记、图书馆柜台处特征点标记、书架处的机器人停车特征点标记在内的路面图像信息，并将路面图像信息发送至数据处理单元；
所述书籍识别摄像头用于采集包括书籍表面实时画面信息和书籍中线特征点标记在内的书籍图像信息，并将书籍图像信息发送至数据处理单元；
所述射频识别装置用于识别书籍上的射频电子标签，并将识别出的书籍的名称信号发送给位置处理单元；
所述编码器用于采集机器人实时行驶速度信号并发送至数据处理单元；
所述位移传感器用于采集拾取操纵杆实时位移信号并发送至数据处理单元；
所述压力传感器用于采集夹持装置施加的实时夹紧力信号并发送至数据处理单元；
所述位置处理单元用于在接收到书籍的名称信号后，将在预存的图书馆书籍位置数据库中查询并确定的机器人停车特征点信息、书架高度信息、书籍横向距离信息、书籍中线特征点信息以及图书馆柜台处特征点信息发送至数据处理单元；
所述图像处理单元用于对寻路摄像头和书籍识别摄像头所采集到的图像进行解析，获得路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差数据、机器人停车特征点标记解析数据、书籍表面实时画面中线与书籍中线特征点之间的水平位置偏差数据以及图书馆柜台处特征点标记解析数据，并将解析后的数据信息发送至数据处理单元；
所述数据处理单元用于对接收到的信号进行综合分析和处理，并向控制执行单元中的机械臂舵机控制器、后轴驱动舵机控制器、转向驱动舵机控制器、步进电机控制器、夹持机构舵机控制器、拾取机构舵机控制器或电磁铁装置控制器发送对应的控制信号，其中：
数据处理单元对接收到的机器人行驶过程中的方向偏差数据信息进行分析后，生成控制信号并发送至转向驱动舵机控制器以使转向驱动舵机控制器控制转向驱动舵机运转进而控制机器人行驶的方向，实现消除路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差；
数据处理单元对接收到的书架处机器人的停车特征点标记解析数据与位置处理单元确定的机器人停车特征点信息进行比对且一致时，生成控制信号并发送至后轴驱动舵机控制器，控制后轴驱动舵机停止向外输出转矩，实现机器人停止在书架处机器人的停车特征点标记位置；
数据处理单元对接收到的书籍水平位置偏差数据信息进行分析后，生成控制信号并发送至步进电机控制器以使步进电机控制器控制步进电机运转进而控制夹持装置的水平位置，实现消除书籍表面实时画面中线与书籍中线特征点之间的水平位置偏差；
数据处理单元对接收到的图书馆柜台处特征点标记解析数据与位置处理单元确定的图书馆柜台处特征点信息进行比对且一致时，生成控制信号并发送至后轴驱动舵机控制器，控制后轴驱动舵机停止向外输出转矩，实现机器人停止在图书馆柜台处特征点标记位置；
数据处理单元对接收到的机器人实时行驶速度信息与预存在数据处理单元中的预设车速进行分析获得速度偏差，并对速度偏差进行处理，生成控制信号并发送至后轴驱动舵机控制器，控制后轴驱动舵机运转，以消除速度偏差；
数据处理单元对接收到的拾取操纵杆的实时位移信息与预存在数据处理单元中的预设拾取位移进行分析获得位移偏差，并对位移偏差进行处理，生成控制信号并发送至拾取机构舵机控制器，控制拾取机构舵机运转，进而控制拾取操纵杆的位移，以消除位移偏差；
数据处理单元对接收到的夹持装置施加的实际夹紧力与预存在数据处理单元中的预设夹紧力进行分析获得夹紧力偏差，并对夹紧力偏差进行处理，生成控制信号并发送至夹持机构舵机控制器，控制夹持机构舵机运转，以消除夹紧力偏差；
数据处理单元对接收到的书架高度信息进行分析，生成控制信号并发送至机械臂舵机控制器，控制机械臂舵机运转，实现将夹持装置送至书架对应高度位置；
数据处理单元对接收到的书籍横向距离信息进行分析，生成控制信号并发送至步进电机控制器，控制步进电机运转，实现将夹持装置送至书架上对应的书籍横向位置。
数据处理单元根据接收到的拾取操纵杆的实时位移信息与夹持装置施加的实际夹紧力信息进行分析判断，进而生成控制信号并发送至电磁铁装置控制器，控制电磁铁装置通电或断电，实现对装有磁铁片的书籍的拾取或放置。
一种图书馆自动存取书籍机器人的控制系统的控制方法，包括取书控制方法和还书控制方法；
所述取书控制方法具体控制过程如下：
Q1：车载蓝牙通信装置将目标书籍名称信号传输给位置处理单元，位置处理单元根据接收到的书籍名称信号，在预存的图书馆书籍位置数据库中查询并确定与目标书籍对应的机器人停车特征点信息、书架高度信息、书籍横向距离信息、书籍中线特征点信息以及图书馆柜台处特征点信息，并发送至数据处理单元；
Q2：寻路摄像头将采集到的机器人行驶方向的路面信息发送至图像处理单元，图像处理单元对接收到的机器人行驶方向上路面实时画面信息进行解析并提取到路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差，图像处理单元将所述方向偏差发送至中央处理模块中的数据处理单元，数据处理单元对方向偏差进行分析后，向控制执行单元中的转向驱动舵机控制器发送控制指令信号，以使转向驱动舵机控制器控制转向驱动舵机运转进而控制机器人行驶的方向，消除路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差；
与此同时，后轴驱动舵机控制器控制后轴驱动舵机运转，进而驱动机器人运动，数据处理单元接收编码器采集并发送的机器人的实际行驶速度信息后，获得机器人的实际行驶速度与预存在数据处理单元中的预设车速之间的速度偏差，并对所述速度偏差进行分析处理，随后，数据处理单元向控制执行单元中的后轴驱动舵机控制器发送控制指令信号，以使后轴驱动舵机控制器控制后轴驱动舵机运转，通过控制后轴驱动舵机输出的转矩进而控制机器人的行驶速度，消除机器人的实际行驶速度与预设车速之间的速度偏差，使机器人的行驶速度始终维持在预设车速；
Q3：图像处理单元对接收到寻路摄像头采到的书架处的机器人的停车特征点标记进行图像解析，并将解析后的数据发送至数据处理单元，当数据处理单元对图像处理单元发送的解析数据与位置处理单元确定的机器人停车特征点信息进行比对，且二者一致时，则确定机器人运动至书架处的机器人停车位置，此时，数据处理单元向控制执行单元中的后轴驱动舵机控制器发送机器人运动至书架处的机器人停车位置的信号，轴驱动舵机控制器接收到相应的信号后，向后轴驱动舵机发送控制指令信号，控制后轴驱动舵机停止输出转矩，使机器人停止在机器人停车特征点标记位置；
Q4：数据处理单元对位置处理单元确定并发送的书架高度信息分析处理后，向机械臂舵机控制器发送控制指令信号，以使机械臂舵机控制器控制机械臂舵机正向运转并对机械臂舵机进行开环控制，通过控制机械臂舵机输出的转矩进而控制夹持机械臂摆动，进而控制夹持机械臂前端夹持装置的高度，当夹持装置的高度达到目标书架高度时，机械臂舵机控制器向机械臂舵机发出控制指令，控制机械臂舵机停止输出转矩，使夹持装置保持在目标书架高度对应位置处；
Q5：数据处理单元对位置处理单元确定并发送的书籍横向距离信息进行分析处理后，向控制执行单元中的步进电机控制器发送控制指令信号，以使步进电机控制器控制步进电机运转并对步进电机进行开环控制，通过控制步进电机输出的转矩，进而控制夹持机械臂旋转带动夹持装置水平旋转，控制夹持装置的水平横向位置，当夹持装置的水平横向位置到达目标书籍横向距离时，步进电机控制器向步进电机发出控制指令，控制步进电机停止输出转矩，使加持装置对准并保持在目标书籍横向对应位置处；
Q6：图像信号采集模块中的书籍识别摄像头将采集到的书籍的图像信息发送至图像处理单元，图像处理单元对接收到的书籍表面实时画面信息进行解析并提取到书籍表面实时画面中线与书籍中线特征点之间的水平位置偏差，图像处理单元将所述水平位置偏差发送至数据处理单元，数据处理单元对水平位置偏差进行分析后，向控制执行单元中的步进电机控制器发送控制指令信号，以使步进电机控制器控制步进电机运转并对步进电机进行开环控制，进而通过控制夹持机械臂旋转带动夹持机构水平旋转，消除书籍表面实时画面中线与书籍中线特征点之间的水平位置偏差，当水平位置偏差消除后，步进电机控制器向步进电机发出控制指令，控制步进电机停止输出转矩，此时，夹持装置正对着目标书籍中线位置；
Q7：拾取机构舵机控制器向拾取机构舵机发出控制指令启动拾取机构舵机，水平传动机构在拾取机构舵机的驱动下，带动拾取操纵杆沿水平向前直线运动，与此同时，电磁铁装置控制器控制电磁铁装置通电，此时，数据处理单元接收位移传感器采集并发送的拾取操纵杆的实际位移，获得拾取操纵杆的实际位移与预存在数据处理单元中的正向预设拾取位移之间的正向位移偏差，数据处理单元对所述正向位移偏差进行分析处理后，向控制执行单元中的拾取机构舵机控制器发送控制指令信号，以控制拾取机构舵机正向运转进而控制拾取操纵杆位移，以消除正向位移偏差，当正向位移偏差消除时，电磁铁装置将与目标书籍上的磁铁片相吸合，即实现电磁铁装置对目标书籍的拾取，随后，拾取机构舵机控制器向拾取机构舵机发送反向运转指令，此时，水平传动机构在拾取机构舵机的驱动下，带动拾取操纵杆沿水平向后直线运动，数据处理单元接收位移传感器采集并发送的拾取操纵杆的实际位移，获得拾取操纵杆的实际位移与预存在数据处理单元中的反向预设拾取位移之间的反向位移偏差，数据处理单元对所述反向位移偏差进行分析处理后，向拾取机构舵机控制器发送控制指令信号，以控制拾取机构舵机反向运转进而控制拾取操纵杆位移，以消除反向位移偏差，当反向位移偏差消除时，即实现电磁铁装置将目标书籍水平抽出，此时，拾取机构舵机控制器向拾取机构舵机发送控制指令，控制拾取机构舵机停止转矩输出，此时，电磁铁装置将目标书籍吸至夹取装置的夹持端；
Q8：夹持机构舵机控制器控制夹持机构舵机运转，夹持机构舵机驱动夹持机构向目标书籍施加夹紧力，数据处理单元接收压力传感器采集并发送的夹持机构施加的实际夹紧力，获得夹持机构施加的实际夹紧力与预存在数据处理单元中的预设夹紧力之间的夹紧力偏差，并对所述夹紧力偏差进行分析处理，随后，数据处理单元向控制执行单元中的夹持机构舵机控制器发送控制指令信号，以使夹持机构舵机控制器控制夹持机构舵机运转，通过控制夹持机构舵机输出的转矩进而控制夹持机构施加的实际夹紧力，消除夹持机构施加的实际夹紧力与预设夹紧力之间的夹紧力偏差，使夹持机构施加在目标书籍上的夹紧力始终保持，同时使电磁铁装置控制器控制电磁铁装置保持通电状态，通过夹持机构和电磁铁装置同时固定目标书籍；
Q9：数据处理单元对位置处理单元确定并发送的书架高度信息分析处理后，向机械臂舵机控制器发送控制指令信号，以使机械臂舵机控制器控制机械臂舵机反向运转并对机械臂舵机进行开环控制，通过控制机械臂舵机输出的转矩进而控制夹持机械臂摆动，进而控制夹持机械臂前端夹持装置的高度，当夹持装置的高度下降到目标书架高度以下时，机械臂舵机控制器向机械臂舵机发出控制指令，控制机械臂舵机停止输出转矩，以实现目标书籍与目标书架相分离；
Q10：后轴驱动舵机控制器控制后轴驱动舵机运转，数据处理单元接收编码器采集并发送的机器人的实际行驶速度信息后，获得机器人的实际行驶速度与预存在数据处理单元中的预设车速之间的速度偏差，并对所述速度偏差进行分析处理，随后，数据处理单元向后轴驱动舵机控制器发送控制指令信号，以使后轴驱动舵机控制器控制后轴驱动舵机运转，通过控制后轴驱动舵机输出的转矩进而控制机器人的行驶速度，消除机器人的实际行驶速度与预设车速之间的速度偏差，使机器人的行驶速度始终维持在预设车速；
与此同时，图像信号采集模块中的寻路摄像头将采集到的机器人行驶方向的路面信息发送至中央处理模块中的图像处理单元，图像处理单元对接收到的机器人行驶方向上路面实时画面信息进行解析并提取到路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差，图像处理单元将所述方向偏差发送至中央处理模块中的数据处理单元，数据处理单元对方向偏差进行分析后，向转向驱动舵机控制器发送控制指令信号，以使转向驱动舵机控制器控制转向驱动舵机运转进而控制机器人行驶的方向，消除路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差；
Q11：图像处理单元对接收到寻路摄像头采到的图书馆柜台处特征点标记进行图像解析，并将解析后的数据发送至数据处理单元，当数据处理单元对图像处理单元发送的解析数据与位置处理单元确定的图书馆柜台处特征点信息进行比对，且二者一致时，则确定机器人运动至图书馆柜台位置，此时，数据处理单元向的后轴驱动舵机控制器发送机器人运动至图书馆柜台位置的信号，轴驱动舵机控制器接收到相应的信号后，向后轴驱动舵机发送控制指令信号，控制后轴驱动舵机停止输出转矩，使机器人停止在图书馆柜台处特征点标记位置；
Q12：夹持机构舵机控制器控制夹持机构舵机停至输出转矩，夹持装置施加在目标书籍上的实际夹紧力小于预设夹紧力，与此同时，电磁铁装置控制器控制电磁铁装置断电，此时目标书籍脱离夹持装置和电磁铁装置；
所述还书控制方法具体控制过程如下：
H1：通过射频识别装置识别目标书籍上的射频电子标签，进而确定目标书籍的名称，并将识别到的目标书籍名称信息发送至位置处理单元，位置处理单元根据接收到的目标书籍名称信号，在预存的图书馆书籍位置数据库中查询并确定与目标书籍对应的机器人停车特征点信息、书架高度信息、书籍横向距离信息、书籍中线特征点信息以及图书馆柜台处特征点信息，并发送至数据处理单元；
H2：夹持机构舵机控制器控制夹持机构舵机运转，夹持机构舵机驱动夹持机构向目标书籍施加夹紧力，数据处理单元接收压力传感器采集并发送的夹持机构施加的实际夹紧力，获得夹持机构施加的实际夹紧力与预存在数据处理单元中的预设夹紧力之间的夹紧力偏差，并对所述夹紧力偏差进行分析处理，随后，数据处理单元向控制执行单元中的夹持机构舵机控制器发送控制指令信号，以使夹持机构舵机控制器控制夹持机构舵机运转，通过控制夹持机构舵机输出的转矩进而控制夹持机构施加的实际夹紧力，消除夹持机构施加的实际夹紧力与预设夹紧力之间的夹紧力偏差，使夹持机构施加在目标书籍上的夹紧力始终保持，同时使电磁铁装置控制器控制电磁铁装置保持通电状态，通过夹持机构和电磁铁装置同时固定目标书籍；
H3：寻路摄像头将采集到的机器人行驶方向的路面信息发送至图像处理单元，图像处理单元对接收到的机器人行驶方向上路面实时画面信息进行解析并提取到路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差，图像处理单元将所述方向偏差发送至中央处理模块中的数据处理单元，数据处理单元对方向偏差进行分析后，向控制执行单元中的转向驱动舵机控制器发送控制指令信号，以使转向驱动舵机控制器控制转向驱动舵机运转进而控制机器人行驶的方向，消除路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差；
与此同时，后轴驱动舵机控制器控制后轴驱动舵机运转，进而驱动机器人运动，数据处理单元接收编码器采集并发送的机器人的实际行驶速度信息后，获得机器人的实际行驶速度与预存在数据处理单元中的预设车速之间的速度偏差，并对所述速度偏差进行分析处理，随后，数据处理单元向控制执行单元中的后轴驱动舵机控制器发送控制指令信号，以使后轴驱动舵机控制器控制后轴驱动舵机运转，通过控制后轴驱动舵机输出的转矩进而控制机器人的行驶速度，消除机器人的实际行驶速度与预设车速之间的速度偏差，使机器人的行驶速度始终维持在预设车速；
H4：图像处理单元对接收到寻路摄像头采到的书架处的机器人的停车特征点标记进行图像解析，并将解析后的数据发送至数据处理单元，当数据处理单元对图像处理单元发送的解析数据与位置处理单元确定的机器人停车特征点信息进行比对，且二者一致时，则确定机器人运动至书架处的机器人停车位置，此时，数据处理单元向控制执行单元中的后轴驱动舵机控制器发送机器人运动至书架处的机器人停车位置的信号，轴驱动舵机控制器接收到相应的信号后，向后轴驱动舵机发送控制指令信号，控制后轴驱动舵机停止输出转矩，使机器人停止在机器人停车特征点标记位置；
H5：数据处理单元对位置处理单元确定并发送的书架高度信息分析处理后，向机械臂舵机控制器发送控制指令信号，以使机械臂舵机控制器控制机械臂舵机正向运转并对机械臂舵机进行开环控制，通过控制机械臂舵机输出的转矩进而控制夹持机械臂摆动，进而控制夹持机械臂前端夹持装置的高度，当夹持装置的高度达到目标书架高度时，机械臂舵机控制器向机械臂舵机发出控制指令，控制机械臂舵机停止输出转矩，使夹持装置保持在目标书架高度对应位置处；
H6：数据处理单元对位置处理单元确定并发送的书籍横向距离信息进行分析处理后，向控制执行单元中的步进电机控制器发送控制指令信号，以使步进电机控制器控制步进电机运转并对步进电机进行开环控制，通过控制步进电机输出的转矩，进而控制夹持机械臂旋转带动夹持装置水平旋转，控制夹持装置的水平横向位置，当夹持装置的水平横向位置到达目标书籍横向距离时，步进电机控制器向步进电机发出控制指令，控制步进电机停止输出转矩，使加持装置对准并保持在目标书籍横向对应位置处；
H7：图像信号采集模块中的书籍识别摄像头将采集到的书籍的图像信息发送至图像处理单元，图像处理单元对接收到的书籍表面实时画面信息进行解析并提取到书籍表面实时画面中线与书籍中线特征点之间的水平位置偏差，图像处理单元将所述水平位置偏差发送至数据处理单元，数据处理单元对水平位置偏差进行分析后，向控制执行单元中的步进电机控制器发送控制指令信号，以使步进电机控制器控制步进电机运转并对步进电机进行开环控制，进而通过控制夹持机械臂旋转带动夹持机构水平旋转，消除书籍表面实时画面中线与书籍中线特征点之间的水平位置偏差，当水平位置偏差消除后，步进电机控制器向步进电机发出控制指令，控制步进电机停止输出转矩，此时，夹持装置正对着目标书籍中线位置；
H8：拾取机构舵机控制器向拾取机构舵机发出控制指令启动拾取机构舵机，水平传动机构在拾取机构舵机的驱动下，带动拾取操纵杆沿水平向前直线运动，与此同时，电磁铁装置控制器控制电磁铁装置通电，此时，数据处理单元接收位移传感器采集并发送的拾取操纵杆的实际位移，获得拾取操纵杆的实际位移与预存在数据处理单元中的正向预设拾取位移之间的正向位移偏差，数据处理单元对所述正向位移偏差进行分析处理后，向控制执行单元中的拾取机构舵机控制器发送控制指令信号，以控制拾取机构舵机正向运转进而控制拾取操纵杆位移，以消除正向位移偏差，当正向位移偏差消除时，电磁铁装置即将目标书籍放还至目标书架的指定位置处，此时拾取机构舵机控制器向拾取机构舵机发送控制指令，控制拾取机构舵机停止转矩输出，同时，电磁铁装置控制器控制电磁铁装置断电，目标书籍落至书架指定位置处。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明所述图书馆自动存取书籍机器人中，将行驶执行装置与抓取执行装置结合在一起，设计结构紧凑，能够在图书馆环境中自由、灵活且准确地运行，且机器人结构设计巧妙简单，生产制造成本较低，易与推广应用；
2、本发明所述图书馆自动存取书籍机器人中，图像信号采集装置采用双摄像头结构，分别对机器人行驶的道路信息和目标书籍或书籍目标存放位置信息进行图像采集和处理，提高了机器人行驶路径跟踪和书籍存取的精确度；
3、本发明所述图书馆自动存取书籍机器人中，采用了电磁铁与目标书籍外表面上的磁铁片相吸合以及配有压力传感器的夹持机构对目标书籍进行有控制地夹持，进而实现对目标书籍的抓取，有效防止书籍的意外脱落和对其他书籍造成不必要的损伤，提高了书籍存取的安全性与稳定性；
4、本发明所述图书馆自动存取书籍机器人的控制系统对图书馆环境进行设置，包括图书馆内部道路特征及书籍特征的预搭建，有利于机器人对行驶道路及目标书籍的准确识别；
5、本发明所述图书馆自动存取书籍机器人的控制系统采用射频识别装置对图书馆内的书籍的统一管理和精准抓取；
6、本发明所述图书馆自动存取书籍机器人的控制方法针对存书模式和取书模式分别设置了控制流程，保证了书籍存取控制过程更加精确。
附图说明
图1为本发明所述图书馆自动存取书籍机器人的机械结构示意图；
图2为本发明所述图书馆自动存取书籍机器人的控制系统结构框图；
图3为本发明所述图书馆自动存取书籍机器人的控制方法中，存书模式流程框图；
图4为本发明所述图书馆自动存取书籍机器人的控制方法中，取书模式流程框图.
图中：
1夹持机械臂， 2机械臂舵机， 3后轴驱动舵机， 4编码器，
5转向驱动舵机， 6步进电机， 7夹持机构舵机 8电池，
9第一摄像头支撑架， 10后轴舵机支撑架， 11联轴器， 12转向舵机支撑架，
13步进电机壳体， 14寻路摄像头， 15书籍识别摄像头， 16拾取机构舵机，
17电磁铁装置， 18拾取操纵杆， 19位移传感器， 20压力传感器，
21夹持装置， 22射频识别装置， 23第二摄像头支撑架， 24拾取驱动杆，
25滑套， 26直线导轨套， 27底座， 28车轮，
29底板， 30夹持机构；
101第一曲柄， 102第一摇杆， 103第二摇杆， 104连接板，
105第一连杆， 106第二连杆， 107第二曲柄。
具体实施方式
为清楚、完整地描述本发明所述技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：
本发明所述图书馆自动存取书籍机器人包括：信号采集识别单元、书籍存取执行单元以及行驶底盘单元。
如图1所示，所述信号采集识别单元包括：寻路摄像头14、书籍识别摄像头15和射频识别装置22。其中，所述寻路摄像头14通过第一摄像头支撑架9安装在行驶底盘单元的底板29上，寻路摄像头14铰接于第一摄像头支撑架9上端，可相对于第一摄像头支撑架9调整角度，使寻路摄像头14根据机器人实际行走路面的工况，调整朝向斜前方地面的摄像角度，在使寻路摄像头14采集前方行驶路面图像的同时，使寻路摄像头14与斜前方地面之间无遮挡，以实现寻路摄像头14对斜前方地面图像的全面、精准采集；所述书籍识别摄像头15通过第二摄像头支撑架23安装在书籍存取执行单元的前端，使书籍识别摄像头15与书籍存取执行单元前端的书籍夹取机构同步运动，书籍识别摄像头15铰接于第二摄像头支撑架23上端，并可相对于第一摄像头支撑架9调整角度，使书籍识别摄像头15的摄像角度朝向书籍夹取机构所夹取的书籍所在位置，书籍识别摄像头15与所夹取的书籍之间无遮挡，实现书籍识别摄像头15全面、精准地采集所夹取的书籍的书脊图像信息；所述射频识别装置22固定安装在行驶底盘单元后端的后轴驱动舵机支撑架10的上表面，用于识别固定在数籍外表面的射频电子标签，进而识别书籍并确定书籍在书架上的准确位置。
所述第一摄像头支撑架9和第二摄像头支撑架23均为3D打印件。
如图1所示，所述书籍存取执行单元包括：旋转底座机构、书籍夹取机构和书籍拾取机构。
所述旋转底座机构由步进电机6、联轴器11和底座27组成，所述步进电机6通过外侧的步进电机壳体13固定安装在行驶底盘单元的底板29上表面前端，步进电机6的输出轴竖直向上设置，步进电机6的输出轴通过联轴器11与底座27的底部固定连接，在步进电机6的驱动下，底座27沿竖直设置的轴线旋转。
所述书籍夹取机构由夹持装置21、夹持机械臂1和机械臂舵机2组成，两个所述机械臂舵机2对称安装在底座27的两侧壁上，所述夹持装置21安装在夹持机械臂1前端，两个机械臂舵机2的输出轴分别与夹持机械臂1下端驱动连接，使得在机械臂舵机2的驱动下，夹持机械臂1带动前端的夹持装置21摆动。
所述夹持机械臂1由两组左右平行设置的曲柄摇杆机构组成。第一曲柄摇杆机构由第一曲柄101、第一摇杆102和第一连杆105组成，其中，第一曲柄101的底端铰接在底座27上并与对应侧的机械臂舵机2的输出轴相连，第一摇杆102设置在第一曲柄101后侧，且第一摇杆102底端铰接在底座27上，第一连杆105的后端铰接在第一摇杆102的顶端，第一连杆105的中部铰接在第一曲柄101的顶端，第一连杆105的前端与夹持装置21的外侧壁固定连接；第二曲柄摇杆机构由第二曲柄107、第二摇杆103、第二连杆106和连接板104组成，其中，第二曲柄107的底端铰接在底座27上并与对应侧的机械臂舵机2的输出轴相连，第二摇杆103设置在第二曲柄107后侧，且第二摇杆103底端铰接在底座27上，连接板104下端与第二曲柄107的顶端铰接，连接板104上端一侧与第二摇杆103的顶端铰接，连接板104上端另一侧与第二连杆106的一端铰接，第二连杆106的另一端与夹持装置21的外侧壁固定连接。在机械臂舵机2的摆动带动下，夹持机械臂1带动前端的夹持装置21前后摆动。
所述夹持装置21由夹持机构舵机7、压力传感器20和夹持机构30组成，其中，所述加持机构30采用现有的齿轮啮合式夹持机构，实现对书籍精准、可靠夹取；夹持机构舵机7的输出端与加持机构30的传动轴相连，以控制加持机构30夹紧或松开，所述压力传感器20安装在夹持机构30的夹持端，以实时监测夹持机构30所施加的夹紧力。
所述书籍拾取机构由拾取机构舵机16、拾取驱动杆24、滑套25、直线导轨套26、拾取操纵杆18、电磁铁装置17、位移传感器19和磁铁片组成，拾取机构舵机16安装在底座27上，拾取驱动杆24的底端与拾取机构舵机16的输出轴相连，拾取驱动杆24的顶端穿过滑套25，使滑套25滑动套装在拾取驱动杆24上，直线导轨套26水平设置，直线导轨套26一侧壁的外侧固定在第一摄像头支撑架9上，直线导轨套26另一侧壁上沿直线导轨套26长度方向水平地开有直线滑孔，拾取操纵杆18安装在直线导轨套26内侧，并可沿直线导轨套26水平直线运动，滑套25的外侧并垂直于滑套25的外侧面设有短滑杆，所述短滑杆穿过直线导轨套26侧壁上开设的直线滑孔并铰接在直线导轨套26内的拾取操纵杆18后端，电磁铁装置17固定在取操纵杆18的前端，所述位移传感器19安装在直线导轨套26的前端，用于检测拾取操纵杆18相对于直线导轨套26向前伸出的距离。在拾取机构舵机16的驱动下，拾取驱动杆24前后摆动，在直线导轨套26的导向下，滑套25一方面沿拾取驱动杆24滑动，另一方面沿直线导轨套26滑动，滑套25通过外侧的短滑杆带动取操纵杆18沿着直线导轨套26直线运动，最终带动电磁铁装置17直线运动，电磁铁装置17与固定在书籍上的磁铁片相吸合，从而实现对书籍的拾取。
如图1所示，所述行驶底盘单元包括：底板29、车轮28、转向驱动舵机5、转向舵机支撑架12、电池8、后轴驱动舵机3、后轴舵机支撑架10和编码器4。其中，所述转向驱动舵机5通过转向舵机支撑架12安装在底板29前端上表面，转向驱动舵机5两侧的输出轴分别通过传动机构与底板29前端连接两侧车轮28的转向横拉杆相连，实现控制前方两侧车轮的转向，进而控制行驶底盘单元的转向；所述后轴驱动舵机3通过后轴舵机支撑架10安装在底板29后端上表面，后轴驱动舵机3两侧的输出轴分别与安装在底板29后端两侧的车轮28同轴连接，在后轴驱动舵机3的正向或反向驱动下，行驶底盘单元实现前进或倒退，所述编码器4安装在后轴驱动舵机支撑架10的后侧，以检测行驶底盘单元的行驶速度；所述电池8安装在底板29的中部，分别与机械臂舵机2、后轴驱动舵机3、转向驱动舵机5、步进电机6、夹持机构舵机7和拾取机构舵机16电连接，实现对机械臂舵机2、后轴驱动舵机3、转向驱动舵机5、步进电机6、夹持机构舵机7和拾取机构舵机16的集中供电。
所述转向舵机支撑架12和后轴舵机支撑架10均为3D打印件。
本发明还公开了一种图书馆自动存取书籍机器人的控制系统，如图2所示，所述控制系统包括图书馆内环境模块、无线通信模块、图像信号采集模块、车身信号模块和中央处理模块；其中，无线通信模块与中央处理模块均安装在底板29的下方。
所述图书馆内环境模块包括：图书馆内部道路中线处的特征标记、图书馆柜台处特征点标记、书架处的机器人停车特征点标记、书籍中线特征点标记、书籍上的射频电子签以及书籍上的磁铁片；
所述无线通信模块包括：车载蓝牙通信装置；
所述图像信号采集模块包括：置寻路摄像头、书籍识别摄像头和射频识别装置；
所述车身信号模块包括：编码器、位移传感器和压力传感器；
所述中央处理模块包括：位置处理单元、图像处理单元、数据处理单元和控制执行单元。
所述图书馆内环境模块中：
图书馆内部道路中线处的特征标记用于标记图书馆内部道路中线位置，图书馆内部道路中线处的特征标记通过图像信号采集模块中的置寻路摄像头采集识别；
图书馆柜台处特征点标记用于标记图书馆柜台所在位置，图书馆柜台处特征点标记通过图像信号采集模块中的置寻路摄像头采集识别；
书架处的机器人停车特征点标记用于标记机器人在书架所在处的停车位置，书架处的机器人的停车特征点标记通过图像信号采集模块中的置寻路摄像头采集识别；
书籍中线特征点标记用于标记书籍中线所在位置，书籍中线特征点标记通过图像信号采集模块中的书籍识别摄像头采集识别；
书籍上的射频电子签用于标记书籍的名称，书籍上的射频电子签通过图像信号采集模块中的射频识别装置识别；
书籍上的磁铁片用于与书籍拾取机构中安装在拾取操纵杆前端的电磁铁装置配合，电磁铁装置通过电磁力与书籍上的磁铁片相吸合，进而实现对书籍的拾取；
所述无线通信模块中：
车载蓝牙通信装置与位置处理单元信号连接，车载蓝牙通信装置将书籍的名称信号发送给中央处理模块中的位置处理单元。
所述图像信号采集模块中：
寻路摄像头用于采集机器人行驶方向上的路面信息，机器人行驶方向上的路面信息包括：机器人行驶方向上路面实时画面信息、图书馆内部道路中线处的特征标记、图书馆柜台处特征点标记、书架处的机器人的停车特征点标记，并将采集到的机器人行驶方向上的路面信息发送至中央处理模块中的图像处理单元；
书籍识别摄像头用于采集书籍的图像信息，书籍的图像信息包括：书籍表面实时画面信息和书籍中线特征点标记，并将采集到的书籍图像信息发送至中央处理模块中的图像处理单元；
射频识别装置用于识别书籍上的射频电子标签，进而确定书籍的名称，并将识别到的书籍的名称信息发送至中央处理模块中的位置处理单元。
所述车身信号模块中：
编码器4用于在机器人行驶过程中(即后轴驱动舵机工作过程中)实时监测机器人的行驶速度，并将检测到的机器人行驶速度信息发送至中央处理模块中的数据处理单元；
位移传感器19用于在书籍拾取机构运动过程中(即拾取机构舵机工作过程中)实时监测拾取操纵杆18的位移，并将检测到的拾取操纵杆18的位移信息发送至中央处理模块中的数据处理单元；
压力传感器20用于在夹持装置运动过程中(即夹持机构舵机工作过程中)实时监测夹持机构30施加的夹紧力，并将检测到的夹持机构的夹紧力信息发送至中央处理模块中的数据处理单元。
所述中央处理模块中：
位置处理单元用于确定书籍的位置信息，位置处理单元中预存有图书馆书籍位置数据库，位置处理单元接收到书籍的名称信号后，在预存的图书馆书籍位置数据库中查询并确定书籍在书架上准确的位置信息以及图书馆柜台处特征点信息，其中，所述位置信息包括机器人停车特征点信息、书架高度信息、书籍横向距离信息以及书籍中线特征点信息；位置处理单元将机器人的停车特征点信息、图书馆柜台处特征点信息、书架高度信息、书籍的横向距离信息以及书籍中线特征点信息发送至数据处理单元。
图像处理单元用于对图像信号采集模块中的寻路摄像头和书籍识别摄像头所采集到的图像信息进行解析，并将解析后的数据信息发送至数据处理单元作进一步计算分析，其中：
图像处理单元接收寻路摄像头采集机器人行驶方向上的路面信息后，对机器人行驶方向上路面实时画面信息先进行灰度处理，然后进行滤波处理，再解算阈值并二值化，最终提取到路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差；所述路面实时画面中线默认为机器人的行驶底盘单元中线；图像处理单元将解析后获得的方向偏差发送至数据处理单元；
图像处理单元接收寻路摄像头采集到的书架处机器人的停车特征点标记，并对书架处机器人的停车特征点标记进行解析后，图像处理单元将解析数据发送至数据处理单元；
图像处理单元接收书籍识别摄像头采集到的书籍表面实时画面信息后，对书籍表面实时画面信息先进行灰度处理，然后进行滤波处理，再解算阈值并二值化，最终提取到书籍表面实时画面中线与书籍中线特征点之间的水平位置偏差；所述书籍表面实时画面中线默认为机器人的夹持机构中线。图像处理单元将解析后获得的水平位置偏差发送至数据处理单元；
图像处理单元接收寻路摄像头采集到的图书馆柜台处特征点标记，并对图书馆柜台处特征点标记进行解析后，图像处理单元将解析数据发送至数据处理单元。
数据处理单元用于对接收到的信号进行综合分析和处理，并向控制执行单元中的各控制器发送对应控制信号。其中：
数据处理单元接收图像处理单元发送的机器人行驶过程中的方向偏差信息，即机器人行驶过程中路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差，并对所述方向偏差进行分析处理，随后，数据处理单元向控制执行单元中的转向驱动舵机控制器发送控制指令信号，以使转向驱动舵机控制器控制转向驱动舵机5运转进而控制机器人行驶的方向，消除路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差；
数据处理单元接收图像处理单元发送的书架处机器人的停车特征点标记解析数据，并与位置处理单元确定的机器人停车特征点信息进行比对，当二者一致时，数据处理单元向控制执行单元中的后轴驱动舵机控制器发送控制指令信号，控制后轴驱动舵机3停止向外输出转矩运行，使机器人停止在书架处机器人的停车特征点标记位置；
数据处理单元接收图像处理单元发送的书籍的水平位置偏差信息，即夹持机构30夹取书籍过程中书籍表面实时画面中线与书籍中线特征点之间的水平位置偏差，并对所述水平位置偏差进行分析处理，随后，数据处理单元向控制执行单元中的步进电机控制器发送控制指令信号，以使步进电机控制器控制步进电机6运转，进而通过控制夹持机械臂1旋转带动夹持机构30水平旋转，消除书籍表面实时画面中线与书籍中线特征点之间的水平位置偏差；
数据处理单元接收图像处理单元发送的图书馆柜台处特征点标记解析数据，并与位置处理单元确定的图书馆柜台处特征点信息进行比对，当二者一致时，数据处理单元向控制执行单元中的后轴驱动舵机控制器发送控制指令信号，控制后轴驱动舵机3停止向外输出转矩运行，使机器人停止在图书馆柜台处特征点标记位置；
数据处理单元接收编码器4采集并发送的机器人的实际行驶速度信息后，获得机器人的实际行驶速度与预存在数据处理单元中的预设车速之间的速度偏差，并对所述速度偏差进行分析处理，随后，数据处理单元向控制执行单元中的后轴驱动舵机控制器发送控制指令信号，以使后轴驱动舵机控制器控制后轴驱动舵机3运转，通过控制后轴驱动舵机3输出的转矩进而控制机器人的行驶速度，消除机器人的实际行驶速度与预设车速之间的速度偏差，使机器人的行驶速度始终维持在预设车速；
数据处理单元接收位移传感器19采集并发送的拾取操纵杆18的实际位移，获得拾取操纵杆18的实际位移与预存在数据处理单元中的预设拾取位移之间的位移偏差，并对所述位移偏差进行分析处理，随后，数据处理单元向控制执行单元中的拾取机构舵机控制器发送控制指令信号，以使拾取机构舵机控制器控制拾取机构舵机16运转，通过控制拾取驱动杆24驱动拾取操纵杆18直线运动，控制拾取操纵杆18的位移，消除拾取操纵杆18的实际位移与预设拾取位移之间的位移偏差，使拾取操纵杆18带动其前端的电磁铁装置17至预设位移处；与此同时，数据处理单元还向控制执行单元中的电磁铁装置控制器发送相应的控制指令，以通过电磁铁装置控制器控制电磁铁装置17通电或断电；
数据处理单元接收压力传感器20采集并发送的夹持机构30施加的实际夹紧力，获得夹持机构30施加的实际夹紧力与预存在数据处理单元中的预设夹紧力之间的夹紧力偏差，并对所述夹紧力偏差进行分析处理，随后，数据处理单元向控制执行单元中的夹持机构舵机控制器发送控制指令信号，以使夹持机构舵机控制器控制夹持机构舵机7运转，通过控制夹持机构舵机7输出的转矩进而控制夹持机构30施加的实际夹紧力，消除夹持机构30施加的实际夹紧力与预设夹紧力之间的夹紧力偏差，使夹持机构30保持施加预设夹紧力；
数据处理单元接收位置处理单元确定并发送的书架高度信息后，对书架高度信息进行分析处理，随后，数据处理单元向控制执行单元中的机械臂舵机控制器发送控制指令信号，以使机械臂舵机控制器控制机械臂舵机2运转，通过控制机械臂舵机2输出的转矩进而控制夹持机械臂1摆动，进而控制的夹持机械臂1前端夹持机构30的高度；
数据处理单元接收位置处理单元确定并发送的书籍横向距离信息后，对书籍横向距离信息进行分析处理，随后，数据处理单元向控制执行单元中的步进电机控制器发送控制指令信号，以使步进电机控制器控制步进电机6运转，通过控制步进电机6输出的转矩，进而控制夹持机械臂1旋转带动夹持机构30水平旋转，控制夹持机构30的水平横向位置。
所述控制执行单元用于接收数据处理单元发来的控制信号，通过相应的控制器控制对应的执行器运转。所述控制执行单元包括机械臂舵机控制器、后轴驱动舵机控制器、转向驱动舵机控制器、步进电机控制器、夹持机构舵机控制器、拾取机构舵机控制器和电磁铁装置控制器；其中：
机械臂舵机控制器、后轴驱动舵机控制器、转向驱动舵机控制器、步进电机控制器、夹持机构舵机控制器和拾取机构舵机控制器接收数据处理单元发送的控制指令，并对应控制机械臂舵机、后轴驱动舵机、转向驱动舵机、步进电机、夹持机构舵机以及拾取机构舵机启动或停止，以及启动后输出的转矩大小及转矩方向；
电磁铁装置控制器根据接收到的数据处理单元发送的控制指令控制电磁铁装置通电或断电，进而实现与装有磁铁片的书籍吸合或分离。
根据上述图书馆自动存取书籍机器人及其控制系统，本发明还公开了一种图书馆自动存取书籍机器人的控制方法，所述控制方法包括取书控制方法和还书控制方法，具体过程分别如下：
如图3所示，所述图书馆自动存取书籍机器人的取书控制方法具体控制过程如下：
Q1:由管理员确定目标书籍，通过无线通信模块中的车载蓝牙通信装置将目标书籍名称信号传输给中央处理模块中的位置处理单元，位置处理单元根据接收到的书籍名称信号，在预存的图书馆书籍位置数据库中查询并确定与目标书籍对应的包括机器人停车特征点信息、书架高度信息、书籍横向距离信息以及书籍中线特征点信息在内的目标书籍在书架上准确的位置信息以及图书馆柜台处特征点信息，并将机器人的停车特征点信息、图书馆柜台处特征点信息、目标书架高度信息、目标书籍的横向距离信息和目标书籍中线特征点信息均发送至数据处理单元；
Q2：图像信号采集模块中的寻路摄像头14将采集到的机器人行驶方向的路面信息发送至中央处理模块中的图像处理单元，图像处理单元对接收到的机器人行驶方向上路面实时画面信息先进行灰度处理，然后进行滤波处理，再解算阈值并二值化，最终提取到路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差Δα，其中，所述路面实时画面中线默认为机器人的行驶底盘单元中线，图像处理单元将所述方向偏差Δα发送至中央处理模块中的数据处理单元，数据处理单元对方向偏差Δα进行分析后，向控制执行单元中的转向驱动舵机控制器发送控制指令信号，以使转向驱动舵机控制器控制转向驱动舵机5运转进而控制机器人行驶的方向，消除路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差Δα；
与此同时，控制执行模块中的后轴驱动舵机控制器控制后轴驱动舵机3运转，进而驱动机器人运动，数据处理单元接收编码器4采集并发送的机器人的实际行驶速度信息后，获得机器人的实际行驶速度v与预存在数据处理单元中的预设车速v0之间的速度偏差Δv，并对所述速度偏差Δv进行分析处理，随后，数据处理单元向控制执行单元中的后轴驱动舵机控制器发送控制指令信号，以使后轴驱动舵机控制器控制后轴驱动舵机3运转，通过控制后轴驱动舵机3输出的转矩进而控制机器人的行驶速度，消除机器人的实际行驶速度与预设车速之间的速度偏差，使机器人的行驶速度始终维持在预设车速v0；
Q3：图像处理单元对接收到寻路摄像头14采到的书架处的机器人的停车特征点标记进行图像解析，并将解析后的数据发送至数据处理单元，当数据处理单元对图像处理单元发送的解析数据与位置处理单元确定的机器人停车特征点信息进行比对，且二者一致时，则确定机器人运动至书架处的机器人停车位置，此时，数据处理单元向控制执行单元中的后轴驱动舵机控制器发送机器人运动至书架处的机器人停车位置的信号，轴驱动舵机控制器接收到相应的信号后，向后轴驱动舵机3发送控制指令信号，控制后轴驱动舵机3停止输出转矩，使机器人停止在机器人停车特征点标记位置；
Q4：数据处理单元对位置处理单元确定并发送的书架高度信息分析处理后，向控制执行单元中的机械臂舵机控制器发送控制指令信号，以使机械臂舵机控制器控制机械臂舵机2正向运转并对机械臂舵机2进行开环控制，通过控制机械臂舵机2输出的转矩进而控制夹持机械臂1摆动，进而控制夹持机械臂1前端夹持机构30的高度，当夹持机构30的高度达到目标书架高度L时，机械臂舵机控制器向机械臂舵机2发出控制指令，控制机械臂舵机2停止输出转矩，使夹持机构30保持在目标书架高度对应位置处；
Q5：数据处理单元对位置处理单元确定并发送的书籍横向距离信息进行分析处理后，向控制执行单元中的步进电机控制器发送控制指令信号，以使步进电机控制器控制步进电机6运转并对步进电机6进行开环控制，通过控制步进电机6输出的转矩，进而控制夹持机械臂1旋转带动夹持机构30水平旋转，控制夹持机构30的水平横向位置，当夹持机构30的水平横向位置到达目标书籍横向距离D时，步进电机控制器向步进电机6发出控制指令，控制步进电机6停止输出转矩，使夹持机构30对准并保持在目标书籍横向对应位置处；
Q6：图像信号采集模块中的书籍识别摄像头15将采集到的书籍的图像信息发送至中央处理模块中的图像处理单元，图像处理单元对接收到的书籍表面实时画面信息先进行灰度处理，然后进行滤波处理，再解算阈值并二值化，最终提取到书籍表面实时画面中线与书籍中线特征点之间的水平位置偏差Δd，其中，所述书籍表面实时画面中线默认为机器人的夹持机构中线；图像处理单元将所述水平位置偏差Δd发送至中央处理模块中的数据处理单元，数据处理单元对水平位置偏差Δd进行分析后，向控制执行单元中的步进电机控制器发送控制指令信号，以使步进电机控制器控制步进电机6运转并对步进电机6进行开环控制，进而通过控制夹持机械臂1旋转带动夹持机构30水平旋转，消除书籍表面实时画面中线与书籍中线特征点之间的水平位置偏差Δd，当水平位置偏差Δd消除后，步进电机控制器向步进电机6发出控制指令，控制步进电机6停止输出转矩；此时，夹持机构30正对着目标书籍中线位置；
Q7：控制执行单元中的拾取机构舵机控制器向拾取机构舵机16发出控制指令启动拾取机构舵机16，拾取驱动杆24在拾取机构舵机16的驱动下，通过滑套25带动拾取操纵杆18沿直线导轨套26正向直线运动，与此同时，控制执行单元中的电磁铁装置控制器控制电磁铁装置17通电，此时，数据处理单元接收位移传感器19采集并发送的拾取操纵杆18的实际位移，获得拾取操纵杆18的实际位移s与预存在数据处理单元中的正向预设拾取位移s0之间的正向位移偏差Δs0，数据处理单元对所述正向位移偏差进行分析处理后，向控制执行单元中的拾取机构舵机控制器发送控制指令信号，以控制拾取机构舵机16正向运转进而控制拾取操纵杆18位移，以消除正向位移偏差Δs0，当正向位移偏差Δs0消除时，电磁铁装置17将与目标书籍上的磁铁片相吸合，即实现电磁铁装置17对目标书籍的拾取，随后，拾取机构舵机控制器向拾取机构舵机16发送反向运转指令，此时，拾取驱动杆24在拾取机构舵机16的驱动下，通过滑套25带动拾取操纵杆18沿直线导轨套26反向直线运动，数据处理单元接收位移传感器19采集并发送的拾取操纵杆18的实际位移，获得拾取操纵杆18的实际位移s1与预存在数据处理单元中的反向预设拾取位移之间的反向位移偏差Δs1，数据处理单元对所述反向位移偏差进行分析处理后，向控制执行单元中的拾取机构舵机控制器发送控制指令信号，以控制拾取机构舵机16反向运转进而控制拾取操纵杆18位移，以消除反向位移偏差Δs1，当反向位移偏差Δs1消除时，即实现电磁铁装置17将目标书籍水平抽出，此时，拾取机构舵机控制器向拾取机构舵机16发送控制指令，控制拾取机构舵机16停止转矩输出；此时，电磁铁装置17将目标书籍吸至夹取机构21的夹指之间；
Q8：控制执行单元中夹持机构舵机控制器控制夹持机构舵机7运转，夹持机构舵机7驱动夹持机构30向目标书籍施加夹紧力，数据处理单元接收压力传感器20采集并发送的夹持机构30施加的实际夹紧力，获得夹持机构30施加的实际夹紧力F与预存在数据处理单元中的预设夹紧力F0之间的夹紧力偏差ΔF，并对所述夹紧力偏差进行分析处理，随后，数据处理单元向控制执行单元中的夹持机构舵机控制器发送控制指令信号，以使夹持机构舵机控制器控制夹持机构舵机7运转，通过控制夹持机构舵机7输出的转矩进而控制夹持机构30施加的实际夹紧力，消除夹持机构30施加的实际夹紧力与预设夹紧力之间的夹紧力偏差ΔF，使夹持机构30施加在目标书籍上的夹紧力始终保持F0，同时使电磁铁装置控制器控制电磁铁装置17保持通电状态，通过夹持机构30和电磁铁装置17同时固定目标书籍；
Q9：数据处理单元对位置处理单元确定并发送的书架高度信息分析处理后，向控制执行单元中的机械臂舵机控制器发送控制指令信号，以使机械臂舵机控制器控制机械臂舵机2反向运转并对机械臂舵机2进行开环控制，通过控制机械臂舵机2输出的转矩进而控制夹持机械臂1摆动，进而控制夹持机械臂1前端夹持机构30的高度，当夹持机构30的高度下降到目标书架高度L以下时，机械臂舵机控制器向机械臂舵机2发出控制指令，控制机械臂舵机2停止输出转矩，以实现目标书籍与目标书架相分离；
Q10：控制执行模块中的后轴驱动舵机控制器控制后轴驱动舵机3运转，数据处理单元接收编码器4采集并发送的机器人的实际行驶速度信息后，获得机器人的实际行驶速度v’与预存在数据处理单元中的预设车速v0之间的速度偏差Δv’，并对所述速度偏差Δv’进行分析处理，随后，数据处理单元向控制执行单元中的后轴驱动舵机控制器发送控制指令信号，以使后轴驱动舵机控制器控制后轴驱动舵机3运转，通过控制后轴驱动舵机3输出的转矩进而控制机器人的行驶速度，消除机器人的实际行驶速度与预设车速之间的速度偏差，使机器人的行驶速度始终维持在预设车速v0；
与此同时，图像信号采集模块中的寻路摄像头14将采集到的机器人行驶方向的路面信息发送至中央处理模块中的图像处理单元，图像处理单元对接收到的机器人行驶方向上路面实时画面信息先进行灰度处理，然后进行滤波处理，再解算阈值并二值化，最终提取到路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差Δα’，其中，所述路面实时画面中线默认为机器人的行驶底盘单元中线，图像处理单元将所述方向偏差Δα’发送至中央处理模块中的数据处理单元，数据处理单元对方向偏差Δα’进行分析后，向控制执行单元中的转向驱动舵机控制器发送控制指令信号，以使转向驱动舵机控制器控制转向驱动舵机5运转进而控制机器人行驶的方向，消除路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差Δα’；
Q11:图像处理单元对接收到寻路摄像头14采到的图书馆柜台处特征点标记进行图像解析，并将解析后的数据发送至数据处理单元，当数据处理单元对图像处理单元发送的解析数据与位置处理单元确定的图书馆柜台处特征点信息进行比对，且二者一致时，则确定机器人运动至图书馆柜台位置，此时，数据处理单元向控制执行单元中的后轴驱动舵机控制器发送机器人运动至图书馆柜台位置的信号，轴驱动舵机控制器接收到相应的信号后，向后轴驱动舵机3发送控制指令信号，控制后轴驱动舵机3停止输出转矩，使机器人停止在图书馆柜台处特征点标记位置；
Q12：控制执行单元中夹持机构舵机控制器控制夹持机构舵机7停至输出转矩，夹持机构30施加在目标书籍上的实际夹紧力F＜预设夹紧力F0，以此同时，电磁铁装置控制器控制电磁铁装置17断电，此时目标书籍脱离夹持机构30和电磁铁装置17；
取书模式结束。
如图4所示，所述图书馆自动存取书籍机器人的取书控制方法具体控制过程如下：
H1：通过图像信号采集模块中的射频识别装置22识别目标书籍上的射频电子标签，进而确定目标书籍的名称，并将识别到的目标书籍名称信息发送至中央处理模块中的位置处理单元，位置处理单元根据接收到的目标书籍名称信号，在预存的图书馆书籍位置数据库中查询并确定与目标书籍对应的包括机器人停车特征点信息、书架高度信息、书籍横向距离信息以及书籍中线特征点信息在内的目标书籍在书架上准确的位置信息以及图书馆柜台处特征点信息，并将机器人的停车特征点信息、图书馆柜台处特征点信息和目标书籍中线特征点信息发送至图像处理单元，将目标书架高度信息和目标书籍的横向距离信息发送至数据处理单元；
H2：将目标书籍置于夹持机构30的夹持指之间，控制执行单元中夹持机构舵机控制器控制夹持机构舵机7运转，夹持机构舵机7驱动夹持机构30向目标书籍施加夹紧力，数据处理单元接收压力传感器20采集并发送的夹持机构30施加的实际夹紧力，获得夹持机构30施加的实际夹紧力F与预存在数据处理单元中的预设夹紧力F0之间的夹紧力偏差ΔF，并对所述夹紧力偏差进行分析处理，随后，数据处理单元向控制执行单元中的夹持机构舵机控制器发送控制指令信号，以使夹持机构舵机控制器控制夹持机构舵机7运转，通过控制夹持机构舵机7输出的转矩进而控制夹持机构30施加的实际夹紧力，消除夹持机构30施加的实际夹紧力与预设夹紧力之间的夹紧力偏差ΔF，使夹持机构30施加在目标书籍上的夹紧力始终保持F0，同时使电磁铁装置控制器控制电磁铁装置17保持通电状态，通过夹持机构30和电磁铁装置17同时固定目标书籍；
H3：图像信号采集模块中的寻路摄像头14将采集到的机器人行驶方向的路面信息发送至中央处理模块中的图像处理单元，图像处理单元对接收到的机器人行驶方向上路面实时画面信息先进行灰度处理，然后进行滤波处理，再解算阈值并二值化，最终提取到路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差Δα，其中，所述路面实时画面中线默认为机器人的行驶底盘单元中线，图像处理单元将所述方向偏差Δα发送至中央处理模块中的数据处理单元，数据处理单元对方向偏差Δα进行分析后，向控制执行单元中的转向驱动舵机控制器发送控制指令信号，以使转向驱动舵机控制器控制转向驱动舵机5运转进而控制机器人行驶的方向，消除路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差Δα；
与此同时，控制执行模块中的后轴驱动舵机控制器控制后轴驱动舵机3运转，进而驱动机器人运动，数据处理单元接收编码器4采集并发送的机器人的实际行驶速度信息后，获得机器人的实际行驶速度v与预存在数据处理单元中的预设车速v0之间的速度偏差Δv，并对所述速度偏差Δv进行分析处理，随后，数据处理单元向控制执行单元中的后轴驱动舵机控制器发送控制指令信号，以使后轴驱动舵机控制器控制后轴驱动舵机3运转，通过控制后轴驱动舵机3输出的转矩进而控制机器人的行驶速度，消除机器人的实际行驶速度与预设车速之间的速度偏差，使机器人的行驶速度始终维持在预设车速v0；
H4：图像处理单元对接收到寻路摄像头14采到的书架处的机器人的停车特征点标记进行图像解析，并将解析后的数据发送至数据处理单元，当数据处理单元对图像处理单元发送的解析数据与位置处理单元确定的机器人停车特征点信息进行比对，且二者一致时，则确定机器人运动至书架处的机器人停车位置，此时，数据处理单元向控制执行单元中的后轴驱动舵机控制器发送机器人运动至书架处的机器人停车位置的信号，轴驱动舵机控制器接收到相应的信号后，向后轴驱动舵机3发送控制指令信号，控制后轴驱动舵机3停止输出转矩，使机器人停止在机器人停车特征点标记位置；
H5：数据处理单元对位置处理单元确定并发送的书架高度信息分析处理后，向控制执行单元中的机械臂舵机控制器发送控制指令信号，以使机械臂舵机控制器控制机械臂舵机2正向运转并对机械臂舵机2进行开环控制，通过控制机械臂舵机2输出的转矩进而控制夹持机械臂1摆动，进而控制夹持机械臂1前端夹持机构30的高度，当夹持机构30的高度达到目标书架高度L时，机械臂舵机控制器向机械臂舵机2发出控制指令，控制机械臂舵机2停止输出转矩，使夹持机构30保持在目标书架高度对应位置处；
H6：数据处理单元对位置处理单元确定并发送的书籍横向距离信息进行分析处理后，向控制执行单元中的步进电机控制器发送控制指令信号，以使步进电机控制器控制步进电机6运转并对步进电机6进行开环控制，通过控制步进电机6输出的转矩，进而控制夹持机械臂1旋转带动夹持机构30水平旋转，控制夹持机构30的水平横向位置，当夹持机构30的水平横向位置到达目标书籍横向距离D时，步进电机控制器向步进电机6发出控制指令，控制步进电机6停止输出转矩，使夹持机构30对准并保持在目标书籍横向对应位置处；
H7：图像信号采集模块中的书籍识别摄像头15将采集到的书籍的图像信息发送至中央处理模块中的图像处理单元，图像处理单元对接收到的书籍表面实时画面信息先进行灰度处理，然后进行滤波处理，再解算阈值并二值化，最终提取到书籍表面实时画面中线与书籍中线特征点之间的水平位置偏差Δd1，其中，所述书籍表面实时画面中线默认为机器人的夹持机构中线；图像处理单元将所述水平位置偏差Δd1发送至中央处理模块中的数据处理单元，数据处理单元对水平位置偏差Δd1进行分析后，向控制执行单元中的步进电机控制器发送控制指令信号，以使步进电机控制器控制步进电机6运转并对步进电机6进行开环控制，进而通过控制夹持机械臂1旋转带动夹持机构30水平旋转，消除书籍表面实时画面中线与书籍中线特征点之间的水平位置偏差Δd1，当水平位置偏差Δd1消除后，步进电机控制器向步进电机6发出控制指令，控制步进电机6停止输出转矩；此时，夹持机构30正对着目标书籍中线位置；
H8：控制执行单元中的拾取机构舵机控制器向拾取机构舵机16发出控制指令启动拾取机构舵机16，拾取驱动杆24在拾取机构舵机16的驱动下，通过滑套25带动拾取操纵杆18沿直线导轨套26正向直线运动，与此同时，数据处理单元接收位移传感器19采集并发送的拾取操纵杆18的实际位移，获得拾取操纵杆18的实际位移s’与预存在数据处理单元中的正向预设拾取位移s1之间的正向位移偏差Δs1，数据处理单元对所述正向位移偏差进行分析处理后，向控制执行单元中的拾取机构舵机控制器发送控制指令信号，以控制拾取机构舵机16正向运转进而控制拾取操纵杆18位移，以消除正向位移偏差Δs1，当正向位移偏差Δs1消除时，电磁铁装置17即将目标书籍放还至目标书架的指定位置处，此时拾取机构舵机控制器向拾取机构舵机16发送控制指令，控制拾取机构舵机16停止转矩输出，同时，电磁铁装置控制器控制电磁铁装置17断电，目标书籍落至书架指定位置处；
还书模式结束。

Claims (6)

1.一种图书馆自动存取书籍机器人，其特征在于：
由信号采集识别单元、书籍存取执行单元以及行驶底盘单元组成；
所述信号采集识别单元包括：寻路摄像头(14)、书籍识别摄像头(15)和射频识别装置(22)，其中，寻路摄像头(14)安装在行驶底盘单元上方用于采集行驶路面信息，书籍识别摄像头(15)安装在书籍存取执行单元前端用于采集书籍图像信息，射频识别装置(22)安装在行驶底盘单元上以识别书籍上的射频电子标签；
所述书籍存取执行单元包括：旋转底座机构、书籍夹取机构和书籍拾取机构，其中，旋转底座机构由步进电机(6)和底座(27)竖直驱动连接组成；书籍夹取机构由夹持装置(21)、夹持机械臂(1)和机械臂舵机(2)组成，机械臂舵机(2)与夹持机械臂(1)驱动连接并安装在底座(27)上，夹持装置(21)安装在机械臂舵机(2)前端；书籍拾取机构由拾取机构舵机(16)、水平传动机构、拾取操纵杆(18)、电磁铁装置(17)和位移传感器(19)组成，拾取机构舵机(16)与水平传动机构驱动连接并安装在底座(27)上，拾取操纵杆(18)与水平传动机构相连，电磁铁装置(17)安装在拾取操纵杆(18)前端并与书籍上的磁铁片吸合实现对书籍的拾取，在水平传动机构的传动下，拾取操纵杆(18)带动电磁铁装置(17)水平直线运动，位移传感器(19)安装在水平传动机构与拾取操纵杆(18)之间以检测拾取操纵杆(18)的相对位移；
所述行驶底盘单元包括：底板(29)、车轮(28)、转向驱动舵机(5)、电池(8)、后轴驱动舵机(3)和编码器(4)，其中，转向驱动舵机(5)安装在底板(29)前端并与两侧的车轮(28)相连控制转向，后轴驱动舵机(3)安装在底板(29)后端并与两侧的车轮(28)相连实现行驶驱动，电池(8)安装在底板(29)上，编码器(4)安装在底板(29)后端以检测行驶底盘单元的行驶速度。
2.如权利要求1所述一种图书馆自动存取书籍机器人，其特征在于：
所述夹持机械臂(1)由两组左右平行设置的曲柄摇杆机构组成；
第一曲柄摇杆机构由第一曲柄(101)、第一摇杆(102)和第一连杆(105)组成，其中，第一曲柄(101)的底端铰接在底座(27)上并与对应侧的机械臂舵机(2)的输出轴相连，第一摇杆(102)设置在第一曲柄(101)后侧，且第一摇杆(102)底端铰接在底座(27)上，第一连杆(105)的后端铰接在第一摇杆(102)的顶端，第一连杆(105)的中部铰接在第一曲柄(101)的顶端，第一连杆(105)的前端与夹持装置(21)的外侧壁固定连接；
第二曲柄摇杆机构由第二曲柄(107)、第二摇杆(103)、第二连杆(106)和连接板(104)组成，其中，第二曲柄(107)的底端铰接在底座(27)上并与对应侧的机械臂舵机(2)的输出轴相连，第二摇杆(103)设置在第二曲柄(107)后侧，且第二摇杆(103)底端铰接在底座(27)上，连接板(104)下端与第二曲柄(107)的顶端铰接，连接板(104)上端一侧与第二摇杆(103)的顶端铰接，连接板(104)上端另一侧与第二连杆(106)的一端铰接，第二连杆(106)的另一端与夹持装置(21)的外侧壁固定连接。
3.如权利要求1所述一种图书馆自动存取书籍机器人，其特征在于：
所述夹持装置(21)由夹持机构舵机(7)、压力传感器(20)和夹持机构(30)组成；
所述加持机构(30)采用齿轮啮合式夹持机构，夹持机构舵机(7)的输出端与加持机构(30)的传动轴相连，以控制加持机构(30)夹紧或松开，压力传感器(20)安装在夹持机构(30)的夹持端，以实时监测夹持机构(30)所施加的夹紧力。
4.如权利要求1所述一种图书馆自动存取书籍机器人，其特征在于：
所述水平传动机构由拾取驱动杆(24)、滑套(25)和直线导轨套(26)组成；
所述拾取驱动杆(24)的底端与拾取机构舵机(16)的输出轴相连，拾取驱动杆(24)的顶端穿过滑套(25)，使滑套(25)滑动套装在拾取驱动杆(24)上，直线导轨套(26)通过支撑架固定在底板(29)上，直线导轨套(26)上开有直线滑孔，拾取操纵杆(18)滑动安装在直线导轨套(26)内，滑套(25)外侧设置的短滑杆穿过直线导轨套(26)上的直线滑孔并铰接在拾取操纵杆(18)上。
5.如权利要求1所述一种图书馆自动存取书籍机器人的控制系统，其特征在于：
所述控制系统包括图书馆内环境模块、无线通信模块、图像信号采集模块、车身信号模块和中央处理模块；
所述图书馆内环境模块包括：图书馆内部道路中线处的特征标记、图书馆柜台处特征点标记、书架处的机器人停车特征点标记、书籍中线特征点标记、书籍上的射频电子标签以及书籍上的磁铁片；
所述无线通信模块包括：车载蓝牙通信装置；
所述图像信号采集模块包括：置寻路摄像头、书籍识别摄像头和射频识别装置；
所述车身信号模块包括：编码器、位移传感器和压力传感器；
所述中央处理模块包括：位置处理单元、图像处理单元、数据处理单元和控制执行单元；
所述车载蓝牙通信装置用于将书籍的名称信号发送给位置处理单元；
所述置寻路摄像头用于采集包括机器人行驶方向上路面实时画面信息、图书馆内部道路中线处的特征标记、图书馆柜台处特征点标记、书架处的机器人停车特征点标记在内的路面图像信息，并将路面图像信息发送至数据处理单元；
所述书籍识别摄像头用于采集包括书籍表面实时画面信息和书籍中线特征点标记在内的书籍图像信息，并将书籍图像信息发送至数据处理单元；
所述射频识别装置用于识别书籍上的射频电子标签，并将识别出的书籍的名称信号发送给位置处理单元；
所述编码器用于采集机器人实时行驶速度信号并发送至数据处理单元；
所述位移传感器用于采集拾取操纵杆实时位移信号并发送至数据处理单元；
所述压力传感器用于采集夹持装置施加的实时夹紧力信号并发送至数据处理单元；
所述位置处理单元用于在接收到书籍的名称信号后，将在预存的图书馆书籍位置数据库中查询并确定的机器人停车特征点信息、书架高度信息、书籍横向距离信息、书籍中线特征点信息以及图书馆柜台处特征点信息发送至数据处理单元；
所述图像处理单元用于对寻路摄像头和书籍识别摄像头所采集到的图像进行解析，获得路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差数据、机器人停车特征点标记解析数据、书籍表面实时画面中线与书籍中线特征点之间的水平位置偏差数据以及图书馆柜台处特征点标记解析数据，并将解析后的数据信息发送至数据处理单元；
所述数据处理单元用于对接收到的信号进行综合分析和处理，并向控制执行单元中的机械臂舵机控制器、后轴驱动舵机控制器、转向驱动舵机控制器、步进电机控制器、夹持机构舵机控制器、拾取机构舵机控制器或电磁铁装置控制器发送对应的控制信号，其中：
数据处理单元对接收到的机器人行驶过程中的方向偏差数据信息进行分析后，生成控制信号并发送至转向驱动舵机控制器以使转向驱动舵机控制器控制转向驱动舵机运转进而控制机器人行驶的方向，实现消除路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差；
数据处理单元对接收到的书架处机器人的停车特征点标记解析数据与位置处理单元确定的机器人停车特征点信息进行比对且一致时，生成控制信号并发送至后轴驱动舵机控制器，控制后轴驱动舵机停止向外输出转矩，实现机器人停止在书架处机器人的停车特征点标记位置；
数据处理单元对接收到的书籍水平位置偏差数据信息进行分析后，生成控制信号并发送至步进电机控制器以使步进电机控制器控制步进电机运转进而控制夹持装置的水平位置，实现消除书籍表面实时画面中线与书籍中线特征点之间的水平位置偏差；
数据处理单元对接收到的图书馆柜台处特征点标记解析数据与位置处理单元确定的图书馆柜台处特征点信息进行比对且一致时，生成控制信号并发送至后轴驱动舵机控制器，控制后轴驱动舵机停止向外输出转矩，实现机器人停止在图书馆柜台处特征点标记位置；
数据处理单元对接收到的机器人实时行驶速度信息与预存在数据处理单元中的预设车速进行分析获得速度偏差，并对速度偏差进行处理，生成控制信号并发送至后轴驱动舵机控制器，控制后轴驱动舵机运转，以消除速度偏差；
数据处理单元对接收到的拾取操纵杆的实时位移信息与预存在数据处理单元中的预设拾取位移进行分析获得位移偏差，并对位移偏差进行处理，生成控制信号并发送至拾取机构舵机控制器，控制拾取机构舵机运转，进而控制拾取操纵杆的位移，以消除位移偏差；
数据处理单元对接收到的夹持装置施加的实际夹紧力与预存在数据处理单元中的预设夹紧力进行分析获得夹紧力偏差，并对夹紧力偏差进行处理，生成控制信号并发送至夹持机构舵机控制器，控制夹持机构舵机运转，以消除夹紧力偏差；
数据处理单元对接收到的书架高度信息进行分析，生成控制信号并发送至机械臂舵机控制器，控制机械臂舵机运转，实现将夹持装置送至书架对应高度位置；
数据处理单元对接收到的书籍横向距离信息进行分析，生成控制信号并发送至步进电机控制器，控制步进电机运转，实现将夹持装置送至书架上对应的书籍横向位置。
数据处理单元根据接收到的拾取操纵杆的实时位移信息与夹持装置施加的实际夹紧力信息进行分析判断，进而生成控制信号并发送至电磁铁装置控制器，控制电磁铁装置通电或断电，实现对装有磁铁片的书籍的拾取或放置。
6.如权利要求5所述一种图书馆自动存取书籍机器人的控制系统的控制方法，其特征在于：
包括取书控制方法和还书控制方法；
所述取书控制方法具体控制过程如下：
Q1：车载蓝牙通信装置将目标书籍名称信号传输给位置处理单元，位置处理单元根据接收到的书籍名称信号，在预存的图书馆书籍位置数据库中查询并确定与目标书籍对应的机器人停车特征点信息、书架高度信息、书籍横向距离信息、书籍中线特征点信息以及图书馆柜台处特征点信息，并发送至数据处理单元；
Q2：寻路摄像头将采集到的机器人行驶方向的路面信息发送至图像处理单元，图像处理单元对接收到的机器人行驶方向上路面实时画面信息进行解析并提取到路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差，图像处理单元将所述方向偏差发送至中央处理模块中的数据处理单元，数据处理单元对方向偏差进行分析后，向控制执行单元中的转向驱动舵机控制器发送控制指令信号，以使转向驱动舵机控制器控制转向驱动舵机运转进而控制机器人行驶的方向，消除路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差；
与此同时，后轴驱动舵机控制器控制后轴驱动舵机运转，进而驱动机器人运动，数据处理单元接收编码器采集并发送的机器人的实际行驶速度信息后，获得机器人的实际行驶速度与预存在数据处理单元中的预设车速之间的速度偏差，并对所述速度偏差进行分析处理，随后，数据处理单元向控制执行单元中的后轴驱动舵机控制器发送控制指令信号，以使后轴驱动舵机控制器控制后轴驱动舵机运转，通过控制后轴驱动舵机输出的转矩进而控制机器人的行驶速度，消除机器人的实际行驶速度与预设车速之间的速度偏差，使机器人的行驶速度始终维持在预设车速；
Q3：图像处理单元对接收到寻路摄像头采到的书架处的机器人的停车特征点标记进行图像解析，并将解析后的数据发送至数据处理单元，当数据处理单元对图像处理单元发送的解析数据与位置处理单元确定的机器人停车特征点信息进行比对，且二者一致时，则确定机器人运动至书架处的机器人停车位置，此时，数据处理单元向控制执行单元中的后轴驱动舵机控制器发送机器人运动至书架处的机器人停车位置的信号，轴驱动舵机控制器接收到相应的信号后，向后轴驱动舵机发送控制指令信号，控制后轴驱动舵机停止输出转矩，使机器人停止在机器人停车特征点标记位置；
Q4：数据处理单元对位置处理单元确定并发送的书架高度信息分析处理后，向机械臂舵机控制器发送控制指令信号，以使机械臂舵机控制器控制机械臂舵机正向运转并对机械臂舵机进行开环控制，通过控制机械臂舵机输出的转矩进而控制夹持机械臂摆动，进而控制夹持机械臂前端夹持装置的高度，当夹持装置的高度达到目标书架高度时，机械臂舵机控制器向机械臂舵机发出控制指令，控制机械臂舵机停止输出转矩，使夹持装置保持在目标书架高度对应位置处；
Q5：数据处理单元对位置处理单元确定并发送的书籍横向距离信息进行分析处理后，向控制执行单元中的步进电机控制器发送控制指令信号，以使步进电机控制器控制步进电机运转并对步进电机进行开环控制，通过控制步进电机输出的转矩，进而控制夹持机械臂旋转带动夹持装置水平旋转，控制夹持装置的水平横向位置，当夹持装置的水平横向位置到达目标书籍横向距离时，步进电机控制器向步进电机发出控制指令，控制步进电机停止输出转矩，使加持装置对准并保持在目标书籍横向对应位置处；
Q6：图像信号采集模块中的书籍识别摄像头将采集到的书籍的图像信息发送至图像处理单元，图像处理单元对接收到的书籍表面实时画面信息进行解析并提取到书籍表面实时画面中线与书籍中线特征点之间的水平位置偏差，图像处理单元将所述水平位置偏差发送至数据处理单元，数据处理单元对水平位置偏差进行分析后，向控制执行单元中的步进电机控制器发送控制指令信号，以使步进电机控制器控制步进电机运转并对步进电机进行开环控制，进而通过控制夹持机械臂旋转带动夹持机构水平旋转，消除书籍表面实时画面中线与书籍中线特征点之间的水平位置偏差，当水平位置偏差消除后，步进电机控制器向步进电机发出控制指令，控制步进电机停止输出转矩，此时，夹持装置正对着目标书籍中线位置；
Q7：拾取机构舵机控制器向拾取机构舵机发出控制指令启动拾取机构舵机，水平传动机构在拾取机构舵机的驱动下，带动拾取操纵杆沿水平向前直线运动，与此同时，电磁铁装置控制器控制电磁铁装置通电，此时，数据处理单元接收位移传感器采集并发送的拾取操纵杆的实际位移，获得拾取操纵杆的实际位移与预存在数据处理单元中的正向预设拾取位移之间的正向位移偏差，数据处理单元对所述正向位移偏差进行分析处理后，向控制执行单元中的拾取机构舵机控制器发送控制指令信号，以控制拾取机构舵机正向运转进而控制拾取操纵杆位移，以消除正向位移偏差，当正向位移偏差消除时，电磁铁装置将与目标书籍上的磁铁片相吸合，即实现电磁铁装置对目标书籍的拾取，随后，拾取机构舵机控制器向拾取机构舵机发送反向运转指令，此时，水平传动机构在拾取机构舵机的驱动下，带动拾取操纵杆沿水平向后直线运动，数据处理单元接收位移传感器采集并发送的拾取操纵杆的实际位移，获得拾取操纵杆的实际位移与预存在数据处理单元中的反向预设拾取位移之间的反向位移偏差，数据处理单元对所述反向位移偏差进行分析处理后，向拾取机构舵机控制器发送控制指令信号，以控制拾取机构舵机反向运转进而控制拾取操纵杆位移，以消除反向位移偏差，当反向位移偏差消除时，即实现电磁铁装置将目标书籍水平抽出，此时，拾取机构舵机控制器向拾取机构舵机发送控制指令，控制拾取机构舵机停止转矩输出，此时，电磁铁装置将目标书籍吸至夹取装置的夹持端；
Q8：夹持机构舵机控制器控制夹持机构舵机运转，夹持机构舵机驱动夹持机构向目标书籍施加夹紧力，数据处理单元接收压力传感器采集并发送的夹持机构施加的实际夹紧力，获得夹持机构施加的实际夹紧力与预存在数据处理单元中的预设夹紧力之间的夹紧力偏差，并对所述夹紧力偏差进行分析处理，随后，数据处理单元向控制执行单元中的夹持机构舵机控制器发送控制指令信号，以使夹持机构舵机控制器控制夹持机构舵机运转，通过控制夹持机构舵机输出的转矩进而控制夹持机构施加的实际夹紧力，消除夹持机构施加的实际夹紧力与预设夹紧力之间的夹紧力偏差，使夹持机构施加在目标书籍上的夹紧力始终保持，同时使电磁铁装置控制器控制电磁铁装置保持通电状态，通过夹持机构和电磁铁装置同时固定目标书籍；
Q9：数据处理单元对位置处理单元确定并发送的书架高度信息分析处理后，向机械臂舵机控制器发送控制指令信号，以使机械臂舵机控制器控制机械臂舵机反向运转并对机械臂舵机进行开环控制，通过控制机械臂舵机输出的转矩进而控制夹持机械臂摆动，进而控制夹持机械臂前端夹持装置的高度，当夹持装置的高度下降到目标书架高度以下时，机械臂舵机控制器向机械臂舵机发出控制指令，控制机械臂舵机停止输出转矩，以实现目标书籍与目标书架相分离；
Q10：后轴驱动舵机控制器控制后轴驱动舵机运转，数据处理单元接收编码器采集并发送的机器人的实际行驶速度信息后，获得机器人的实际行驶速度与预存在数据处理单元中的预设车速之间的速度偏差，并对所述速度偏差进行分析处理，随后，数据处理单元向后轴驱动舵机控制器发送控制指令信号，以使后轴驱动舵机控制器控制后轴驱动舵机运转，通过控制后轴驱动舵机输出的转矩进而控制机器人的行驶速度，消除机器人的实际行驶速度与预设车速之间的速度偏差，使机器人的行驶速度始终维持在预设车速；
与此同时，图像信号采集模块中的寻路摄像头将采集到的机器人行驶方向的路面信息发送至中央处理模块中的图像处理单元，图像处理单元对接收到的机器人行驶方向上路面实时画面信息进行解析并提取到路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差，图像处理单元将所述方向偏差发送至中央处理模块中的数据处理单元，数据处理单元对方向偏差进行分析后，向转向驱动舵机控制器发送控制指令信号，以使转向驱动舵机控制器控制转向驱动舵机运转进而控制机器人行驶的方向，消除路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差；
Q11：图像处理单元对接收到寻路摄像头采到的图书馆柜台处特征点标记进行图像解析，并将解析后的数据发送至数据处理单元，当数据处理单元对图像处理单元发送的解析数据与位置处理单元确定的图书馆柜台处特征点信息进行比对，且二者一致时，则确定机器人运动至图书馆柜台位置，此时，数据处理单元向的后轴驱动舵机控制器发送机器人运动至图书馆柜台位置的信号，轴驱动舵机控制器接收到相应的信号后，向后轴驱动舵机发送控制指令信号，控制后轴驱动舵机停止输出转矩，使机器人停止在图书馆柜台处特征点标记位置；
Q12：夹持机构舵机控制器控制夹持机构舵机停至输出转矩，夹持装置施加在目标书籍上的实际夹紧力小于预设夹紧力，与此同时，电磁铁装置控制器控制电磁铁装置断电，此时目标书籍脱离夹持装置和电磁铁装置；
所述还书控制方法具体控制过程如下：
H1：通过射频识别装置识别目标书籍上的射频电子标签，进而确定目标书籍的名称，并将识别到的目标书籍名称信息发送至位置处理单元，位置处理单元根据接收到的目标书籍名称信号，在预存的图书馆书籍位置数据库中查询并确定与目标书籍对应的机器人停车特征点信息、书架高度信息、书籍横向距离信息、书籍中线特征点信息以及图书馆柜台处特征点信息，并发送至数据处理单元；
H2：夹持机构舵机控制器控制夹持机构舵机运转，夹持机构舵机驱动夹持机构向目标书籍施加夹紧力，数据处理单元接收压力传感器采集并发送的夹持机构施加的实际夹紧力，获得夹持机构施加的实际夹紧力与预存在数据处理单元中的预设夹紧力之间的夹紧力偏差，并对所述夹紧力偏差进行分析处理，随后，数据处理单元向控制执行单元中的夹持机构舵机控制器发送控制指令信号，以使夹持机构舵机控制器控制夹持机构舵机运转，通过控制夹持机构舵机输出的转矩进而控制夹持机构施加的实际夹紧力，消除夹持机构施加的实际夹紧力与预设夹紧力之间的夹紧力偏差，使夹持机构施加在目标书籍上的夹紧力始终保持，同时使电磁铁装置控制器控制电磁铁装置保持通电状态，通过夹持机构和电磁铁装置同时固定目标书籍；
H3：寻路摄像头将采集到的机器人行驶方向的路面信息发送至图像处理单元，图像处理单元对接收到的机器人行驶方向上路面实时画面信息进行解析并提取到路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差，图像处理单元将所述方向偏差发送至中央处理模块中的数据处理单元，数据处理单元对方向偏差进行分析后，向控制执行单元中的转向驱动舵机控制器发送控制指令信号，以使转向驱动舵机控制器控制转向驱动舵机运转进而控制机器人行驶的方向，消除路面实时画面中线与图书馆内部道路中线特征点之间的方向偏差；
与此同时，后轴驱动舵机控制器控制后轴驱动舵机运转，进而驱动机器人运动，数据处理单元接收编码器采集并发送的机器人的实际行驶速度信息后，获得机器人的实际行驶速度与预存在数据处理单元中的预设车速之间的速度偏差，并对所述速度偏差进行分析处理，随后，数据处理单元向控制执行单元中的后轴驱动舵机控制器发送控制指令信号，以使后轴驱动舵机控制器控制后轴驱动舵机运转，通过控制后轴驱动舵机输出的转矩进而控制机器人的行驶速度，消除机器人的实际行驶速度与预设车速之间的速度偏差，使机器人的行驶速度始终维持在预设车速；
H4：图像处理单元对接收到寻路摄像头采到的书架处的机器人的停车特征点标记进行图像解析，并将解析后的数据发送至数据处理单元，当数据处理单元对图像处理单元发送的解析数据与位置处理单元确定的机器人停车特征点信息进行比对，且二者一致时，则确定机器人运动至书架处的机器人停车位置，此时，数据处理单元向控制执行单元中的后轴驱动舵机控制器发送机器人运动至书架处的机器人停车位置的信号，轴驱动舵机控制器接收到相应的信号后，向后轴驱动舵机发送控制指令信号，控制后轴驱动舵机停止输出转矩，使机器人停止在机器人停车特征点标记位置；
H5：数据处理单元对位置处理单元确定并发送的书架高度信息分析处理后，向机械臂舵机控制器发送控制指令信号，以使机械臂舵机控制器控制机械臂舵机正向运转并对机械臂舵机进行开环控制，通过控制机械臂舵机输出的转矩进而控制夹持机械臂摆动，进而控制夹持机械臂前端夹持装置的高度，当夹持装置的高度达到目标书架高度时，机械臂舵机控制器向机械臂舵机发出控制指令，控制机械臂舵机停止输出转矩，使夹持装置保持在目标书架高度对应位置处；
H6：数据处理单元对位置处理单元确定并发送的书籍横向距离信息进行分析处理后，向控制执行单元中的步进电机控制器发送控制指令信号，以使步进电机控制器控制步进电机运转并对步进电机进行开环控制，通过控制步进电机输出的转矩，进而控制夹持机械臂旋转带动夹持装置水平旋转，控制夹持装置的水平横向位置，当夹持装置的水平横向位置到达目标书籍横向距离时，步进电机控制器向步进电机发出控制指令，控制步进电机停止输出转矩，使加持装置对准并保持在目标书籍横向对应位置处；
H7：图像信号采集模块中的书籍识别摄像头将采集到的书籍的图像信息发送至图像处理单元，图像处理单元对接收到的书籍表面实时画面信息进行解析并提取到书籍表面实时画面中线与书籍中线特征点之间的水平位置偏差，图像处理单元将所述水平位置偏差发送至数据处理单元，数据处理单元对水平位置偏差进行分析后，向控制执行单元中的步进电机控制器发送控制指令信号，以使步进电机控制器控制步进电机运转并对步进电机进行开环控制，进而通过控制夹持机械臂旋转带动夹持机构水平旋转，消除书籍表面实时画面中线与书籍中线特征点之间的水平位置偏差，当水平位置偏差消除后，步进电机控制器向步进电机发出控制指令，控制步进电机停止输出转矩，此时，夹持装置正对着目标书籍中线位置；
H8：拾取机构舵机控制器向拾取机构舵机发出控制指令启动拾取机构舵机，水平传动机构在拾取机构舵机的驱动下，带动拾取操纵杆沿水平向前直线运动，与此同时，电磁铁装置控制器控制电磁铁装置通电，此时，数据处理单元接收位移传感器采集并发送的拾取操纵杆的实际位移，获得拾取操纵杆的实际位移与预存在数据处理单元中的正向预设拾取位移之间的正向位移偏差，数据处理单元对所述正向位移偏差进行分析处理后，向控制执行单元中的拾取机构舵机控制器发送控制指令信号，以控制拾取机构舵机正向运转进而控制拾取操纵杆位移，以消除正向位移偏差，当正向位移偏差消除时，电磁铁装置即将目标书籍放还至目标书架的指定位置处，此时拾取机构舵机控制器向拾取机构舵机发送控制指令，控制拾取机构舵机停止转矩输出，同时，电磁铁装置控制器控制电磁铁装置断电，目标书籍落至书架指定位置处。
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