CN111311849A - 一种层叠式书籍智能自动存取装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种层叠式书籍智能自动存取装置及其控制方法，属于智能图书架领域。本发明的层叠式书籍智能自动存取装置，包括书架装置、取还书装置和控制系统，取还书装置设于书架装置的一侧，控制系统分别与书架装置和取还书装置的动作执行机构通信连接。书架装置利用层叠在一起的书籍托架机构卧式存放，并且利用抬升机构和锁定机构的配合实现了在基础书籍容纳空间的基础上能够进一步增大高度空间，进而满足了部分超厚书籍的存放需要，书籍存放紧凑，且书籍取放方便可靠，空间利用率高，实用性强，同时利用书籍伸缩架配合取还书装置的书籍托杆来实现书籍的取放，书籍取出和归还操作简单高效，极大地满足了大量书籍的统一管理需要。

Description

一种层叠式书籍智能自动存取装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种图书架及其控制方法，更具体地说，涉及一种层叠式书籍智能自动存取装置及其控制方法。

背景技术

近年来，随着图书行业的快速发展，书籍、文献的种类也越来越多，为了便于书籍的查阅，现有书籍大多存放于书架上，因此书架也成为图书馆等地方的必须设备。传统书架的架体上通常设置有多个存放图书的空格，方便插放各类不同的书籍，为了最大限度地利用书架内的空间，书本一般都是采用立式并排的方式放置，为方便读者查阅，一般都是将相同种类的图书放置在一起，由于不同种类的图书都在同一排的位置，相邻的书本之间一般夹得较紧，没有可供拿取的空间，拿取很不方便，并且在书本拿出后，原有空间容易被其他书本占用，导致书本再次插入原位更为困难，这样就导致读者在归还书籍时会将书籍在容易放置的位置插入，使书本的位置容易发生变化，不便于大量书籍的统一管理和读者的查阅。

书籍立式放置虽然方便读者在书架上查阅，但在智能取还书系统中，书籍从书架上取下后需要翻转90°将书籍放平，从而增加了书籍抓取机械手的设计难度，因此对于智能取还书系统，书籍卧式放置具有明显优势，一方面书籍放置更加稳定，另一方面书籍抓取更加灵活方便。中国专利申请号201910380024.7，申请公布日为2019年7月9日，发明创造名称为：一种全自动一体化智能还书装置及其还书方法，该申请案涉及一种全自动一体化智能还书装置，包括循迹小车，循迹小车内设有单片机，循迹小车的驱动模块连接单片机的输出端，循迹小车顶部设第一电动推杆，第一电动推杆的一端连接有舵机，舵机连接水平的连杆，连杆的一端连接机械臂固定架，机械臂固定架的底部设伸缩杆，伸缩杆的一端连接有具有铁磁性的夹板，机械臂固定架上设有用于吸合夹板的电磁铁，夹板上设第一挡板，机械臂固定架上设第二电动推杆，第二电动推杆的一端设向下延伸的第二挡板，第二挡板处设扫码器和第一红外探头，机械臂固定架的底部设用于夹持书籍的夹紧板，扫码器和第一红外探头均连接单片机的输入端。该专利申请案提供了一种节省人力的全自动一体化智能还书装置及其还书方法，但其书籍存取动作依靠机械臂的两个夹板挡板夹持书籍，由于书籍上下端存在柔性等因素，书籍上下端夹取稳定性较差，并且书籍的存放仅能在上部依次放置，取书时也只能先取出上部书籍，这样就导致下部书籍难以一次性抓取，且无法将不同书籍放置在指定书架位置，实际使用局限性较大。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明旨在提供一种层叠式书籍智能自动存取装置及其控制方法，采用书籍卧式存放的方式解决传统图书架存在的取还书操作复杂、效率不高、实用性较差等问题，采用本发明的技术方案，书架装置利用层叠在一起的书籍托架机构卧式存放，并且利用抬升机构和锁定机构的配合实现了在基础书籍容纳空间的基础上能够进一步增大高度空间，进而满足了部分超厚书籍的存放需要，书籍存放紧凑，空间利用率高，实用性强，同时利用书籍伸缩架配合取还书装置的书籍托杆来实现书籍的取放，书籍取出和归还操作简单高效，极大地满足了大量书籍的统一管理需要。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种层叠式书籍智能自动存取装置，包括书架装置、取还书装置和控制系统，所述的取还书装置设于书架装置的一侧，用于拿取或放置书架装置上的书籍，所述的控制系统分别与书架装置和取还书装置的动作执行机构通信连接，用于控制书架装置和取还书装置协同工作来实现书籍的拿取或归还，其中：

所述的书架装置包括书架架体和安装于书架架体上的层叠书籍存放机构，所述的层叠书籍存放机构包括若干上下层叠在一起的书籍托架机构、安装于各个书籍托架机构上的锁定机构和用于带动书籍托架机构上抬的抬升机构，所述的抬升机构通过支撑立柱安装于最上层的书籍托架机构上方，且该抬升机构具有能够升降动作的四根上抬齿条，四根上抬齿条分别设于书籍托架机构的四个角附近；所述的书籍托架机构通过导向座滑动套设于四根上抬齿条上，且相邻两层书籍托架机构之间形成用于卧式放置书籍的容纳腔，每层书籍托架机构均包括书籍支撑底板、滑动安装于书籍支撑底板上的书籍伸缩架和用于驱动书籍伸缩架向外水平伸缩运动的伸缩驱动机构，所述的书籍伸缩架的底部设有插槽；所述的锁定机构具有能够在对应的导向座上伸缩动作的锁杆，所述的锁杆的一端能够与相应的上抬齿条相抵以使对应的书籍托架机构与四根上抬齿条锁定连接；

所述的取还书装置包括移动框架、行走机构和升降取放机构，所述的行走机构设于移动框架的底部，用于带动移动框架沿书架装置的一侧水平移动；所述的升降取放机构安装于移动框架上，包括书籍托杆和用于带动书籍托杆上下运动的升降驱动机构，所述的书籍托杆与书籍伸缩架的插槽位置相对应。

更进一步地，所述的导向座包括设于书籍支撑底板前部左右两侧的前上下导向座和设于书籍支撑底板后部左右两侧的后上下导向座，所述的前上下导向座和后上下导向座上均设有用于与上抬齿条相配合的方孔；所述的书籍伸缩架的横截面为“凵”形，且在书籍伸缩架的两侧分别具有向外延伸的水平翻边，所述的书籍支撑底板的左右两侧分别设有用于与书籍伸缩架两侧的水平翻边滚动配合的导向滚轮；所述的伸缩驱动机构包括书籍伸缩齿条、书籍伸缩驱动电机和书籍伸缩齿轮，所述的书籍伸缩齿条安装于书籍伸缩架一侧的水平翻边底部，所述的书籍伸缩驱动电机安装于书籍支撑底板一侧前端，所述的书籍伸缩齿轮与书籍伸缩驱动电机的驱动轴传动连接，且书籍伸缩齿轮与书籍伸缩齿条相啮合。

更进一步地，所述的锁定机构包括前后推拉电磁铁、锁杆安装杆和锁杆，所述的前后推拉电磁铁安装于前后推拉电磁铁安装座上，所述的前后推拉电磁铁安装座通过前后推拉导杆固定于书籍支撑底板的后部，所述的锁杆安装杆滑动安装于前后推拉导杆上，且前后推拉电磁铁的驱动端与锁杆安装杆相连接，所述的锁杆分别安装于锁杆安装杆的左右两侧，两侧的锁杆均包括前锁杆和后锁杆，所述的前锁杆穿设于前上下导向座的方孔内，所述的后锁杆穿设于后上下导向座的方孔内。

更进一步地，所述的抬升机构包括上下推拉电磁铁安装座、上下推拉电磁铁、齿条安装板和上抬齿条，所述的上下推拉电磁铁安装座通过上下推拉导杆固定于支撑立柱顶部的顶板上，所述的齿条安装板滑动安装于上下推拉导杆上，所述的上抬齿条竖直固定于齿条安装板上，所述的上下推拉电磁铁安装于上下推拉电磁铁安装座上，且上下推拉电磁铁的驱动端与齿条安装板相连接。

更进一步地，所述的书架架体的四个角上分别安装有脚轮，所述的书架架体上还设有用于安装层叠书籍存放机构的安装台。

更进一步地，所述的行走机构包括行走滚轮、行走驱动电机、传动轴、行走驱动齿轮和行走齿条，所述的行走滚轮安装于移动框架的四个角上，所述的行走驱动电机安装于移动框架的底部，所述的传动轴水平安装于移动框架的底部，且行走驱动电机的驱动端与传动轴的一端传动连接，所述的行走驱动齿轮安装于传动轴上，所述的行走齿条沿书架装置的一侧横向水平铺设于地面上，所述的行走驱动齿轮与行走齿条相啮合，且在地面上还设有与行走滚轮相配合的轨道槽。

更进一步地，所述的升降驱动机构包括书籍托杆滑块、书籍托杆导轨、升降驱动电机、升降驱动丝杆和升降螺母，所述的书籍托杆导轨竖向安装于移动框架上，所述的书籍托杆的一端通过书籍托杆滑块安装于书籍托杆导轨上，所述的升降驱动丝杆与书籍托杆导轨平行地安装于移动框架上，所述的升降螺母固定于书籍托杆的后部，且升降螺母与升降驱动丝杆采用滚珠丝杆传动机构相连接，所述的升降驱动电机安装于移动框架上，且升降驱动电机的驱动端与升降驱动丝杆传动连接。

本发明的一种层叠式书籍智能自动存取装置的控制方法，

S1、取书时，用户通过控制系统索引到相应目标书籍，控制系统根据取书命令找到对应书籍在书架装置的层叠书籍存放机构中的位置，然后控制系统向取还书装置的行走机构和升降取放机构发出控制指令，控制取还书装置移动至目标书籍所在位置，使升降取放机构的书籍托杆上平面略低于目标书籍所在的书籍伸缩架下平面；同时，控制系统向目标书籍所在的书籍伸缩架上方的书籍托架机构所对应的锁定机构发出控制指令，控制该锁定机构动作，将目标书籍所在的书籍伸缩架上方的书籍托架机构与抬升机构的上抬齿条锁定；然后控制系统控制抬升机构动作，带动目标书籍所在的书籍伸缩架上方的书籍托架机构向上抬起，使目标书籍所在的容纳腔高度增大；之后，控制系统控制目标书籍所在的书籍托架机构的伸缩驱动机构动作，将书籍伸缩架连同目标书籍向外推出；再然后，控制系统再次向升降取放机构发出控制指令，控制升降驱动机构带动书籍托杆向上升起，进而使目标书籍向上抬起而脱离书籍伸缩架；随后控制系统控制书籍托架机构的伸缩驱动机构动作，将书籍伸缩架拉回复位，完成目标书籍在书架装置上的取出；

S2、还书时，用户向控制系统发出还书命令，控制系统根据所还书籍信息找到该书籍在书架装置的层叠书籍存放机构中所需归还的位置，控制系统向取还书装置的行走机构和升降取放机构发出控制指令，使升降取放机构带着书籍一起移动至目标书籍托架机构处，且使升降取放机构的书籍托杆上平面略高于目标书籍托架机构的书籍伸缩架的上平面；同时，控制系统向目标书籍托架机构上方的书籍托架机构所对应的锁定机构发出控制指令，控制该锁定机构动作，将目标书籍托架机构上方的书籍托架机构与抬升机构的上抬齿条锁定；然后控制系统控制抬升机构动作，带动该书籍托架机构向上抬起，使待归还书籍所在的容纳腔高度增大；之后，控制系统控制目标书籍托架机构的伸缩驱动机构动作，将书籍伸缩架向外推出，使目标书籍伸缩架位于所归还书籍的下方；随后，控制系统再次向升降取放机构发出控制指令，控制升降驱动机构带动书籍托杆向下移动，使所归还书籍放置在目标书籍伸缩架上；之后，控制系统控制书籍托架机构的伸缩驱动机构动作，将书籍伸缩架连同书籍一起拉回复位，并且控制系统控制抬升机构和锁定机构复位，完成书籍的归还。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种层叠式书籍智能自动存取装置，其包括书架装置、取还书装置和控制系统，取还书装置设于书架装置的一侧，用于拿取或放置书架装置上的书籍，控制系统分别与书架装置和取还书装置的动作执行机构通信连接，用于控制书架装置和取还书装置协同工作来实现书籍的拿取或归还；书架装置利用层叠在一起的书籍托架机构卧式存放，并且利用抬升机构和锁定机构的配合实现了在基础书籍容纳空间的基础上能够进一步增大高度空间，进而满足了部分超厚书籍的存放需要，书籍存放紧凑，且书籍取放方便可靠，空间利用率高，实用性强，同时利用书籍伸缩架配合取还书装置的书籍托杆来实现书籍的取放，书籍取出和归还操作简单高效，极大地满足了大量书籍的统一管理需要；

(2)本发明的一种层叠式书籍智能自动存取装置，其书籍托架机构通过导向座滑动套设于四根上抬齿条上，导向座包括设于书籍支撑底板前部左右两侧的前上下导向座和设于书籍支撑底板后部左右两侧的后上下导向座，使得书籍托架机构与抬升机构配合稳定可靠，提高了书籍托架机构的上下动作稳定性；

(3)本发明的一种层叠式书籍智能自动存取装置，其书籍伸缩架的横截面为“凵”形，且在书籍伸缩架的两侧分别具有向外延伸的水平翻边，书籍支撑底板的左右两侧分别设有用于与书籍伸缩架两侧的水平翻边滚动配合的导向滚轮，保证了书籍伸缩架的伸缩顺畅性和稳定性；并且，伸缩驱动机构包括书籍伸缩齿条、书籍伸缩驱动电机和书籍伸缩齿轮，采用齿轮齿条机构驱动书籍伸缩架的伸缩运动，结构简单紧凑，伸缩运动控制简单，稳定性好；

(4)本发明的一种层叠式书籍智能自动存取装置，其锁定机构包括前后推拉电磁铁、锁杆安装杆和锁杆，锁杆分别安装于锁杆安装杆的左右两侧，两侧的锁杆均包括前锁杆和后锁杆，前锁杆穿设于前上下导向座的方孔内，后锁杆穿设于后上下导向座的方孔内，利用前后推拉电磁铁带动前后锁杆同步实现与上抬齿条的锁定和解锁，结构设计简单紧凑，锁定和解锁动作稳定可靠；

(5)本发明的一种层叠式书籍智能自动存取装置，其抬升机构包括上下推拉电磁铁安装座、上下推拉电磁铁、齿条安装板和上抬齿条，上抬齿条的升降动作利用上下推拉电磁铁进行控制，动作响应速度快，配合锁定机构能够选择相应的书籍托架机构升降运动，使书籍具有足够的取放空间，满足了书籍的灵活取放需要；

(6)本发明的一种层叠式书籍智能自动存取装置，其取还书装置的行走机构采用齿轮齿条机构驱动，利用行走驱动电机带动行走驱动齿轮在行走齿条上行走，结构简单，运动稳定可靠；

(7)本发明的一种层叠式书籍智能自动存取装置，其取还书装置的升降驱动机构采用滚珠丝杆传动机构带动书籍托杆升降运动，升降运动稳定性好，且位置控制准确，保证了取还书装置的书籍托杆与书架装置的书籍伸缩架能够准确稳定配合；

(8)本发明的一种层叠式书籍智能自动存取装置的控制方法，其利用控制系统协调控制取还书装置与书架装置运动，控制方法简单可行，取还书动作灵活稳定，且工作效率高，实用性强，可广泛用于图书馆等大量书籍的统一管理。

附图说明

图1为本发明的一种层叠式书籍智能自动存取装置的立体结构示意图；

图2为本发明中书架装置的结构示意图；

图3为本发明中层叠书籍存放机构的结构示意图；

图4为本发明中书籍托架机构的结构示意图；

图5为本发明中取还书装置的结构示意图。

示意图中的标号说明：

100、书架装置；11、书架架体；11-1、安装台；11-2、脚轮；12、层叠书籍存放机构；12-1、支撑立柱；12-2、顶板；12-3、上下推拉电磁铁安装座；12-4、上下推拉电磁铁；12-5、齿条安装板；12-6、上抬齿条；12-7、上下推拉导杆；12-8、前上下导向座；12-9、后上下导向座；12-10、书籍伸缩架；12-11、书籍伸缩齿条；12-12、书籍伸缩驱动电机；12-13、前后推拉电磁铁安装座；12-14、前后推拉电磁铁；12-15、前后推拉导杆；12-16、锁杆安装杆；12-17、前锁杆；12-18、后锁杆；12-19、书籍支撑底板；12-20、书籍伸缩齿轮；12-21、插槽；

200、取还书装置；21、移动框架；22、行走机构；22-1、行走滚轮；22-2、行走驱动电机；22-3、传动轴；22-4、行走驱动齿轮；22-5、行走齿条；23、升降取放机构；23-1、书籍托杆；23-2、书籍托杆滑块；23-3、书籍托杆导轨；23-4、升降驱动电机；23-5、升降驱动丝杆；23-6、升降螺母。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例

结合图1至图5所示，本实施例的一种层叠式书籍智能自动存取装置，包括书架装置100、取还书装置200和控制系统，取还书装置200设于书架装置100的一侧，用于拿取或放置书架装置100上的书籍，图1中示出了一组书架装置100，实际应用过程中，可将书架装置100成排设置，每排书架装置100与一组取还书装置200相配合，即由一组取还书装置200即可完成一排书架装置100的书籍取还工作；控制系统分别与书架装置100和取还书装置200的动作执行机构通信连接，用于控制书架装置100和取还书装置200协同工作来实现书籍的拿取或归还，控制系统中记录有书籍信息及其所在地址，控制系统中具有交互终端设备，例如触摸屏等，用户通过交互终端设备选择需要查阅的书籍或通过扫描的方式输入需要归还的书籍信息，控制系统中存储有对应书籍的地址信息，即书籍在书架中的第几排、第几个书架装置100的哪一层上，控制系统根据用户输入的控制命令即可控制书架装置100和取还书装置200执行相应的动作。

如图2所示，书架装置100包括书架架体11和安装于书架架体11上的层叠书籍存放机构12，在图2中，一组书架装置100的书架架体11上设置了一组层叠书籍存放机构12，实际应用过程中，可在一组书架架体11上并排设置多组层叠书籍存放机构12。为了便于书架装置100的移动和安装，在书架架体11的四个角上分别安装有脚轮11-2，书架架体11上还设有用于安装层叠书籍存放机构12的安装台11-1。层叠书籍存放机构12包括若干上下层叠在一起的书籍托架机构、安装于各个书籍托架机构上的锁定机构和用于带动书籍托架机构上抬的抬升机构，层叠书籍存放机构12的高度可根据具体需要设计，其抬升机构通过支撑立柱12-1安装于最上层的书籍托架机构上方，且该抬升机构具有能够升降动作的四根上抬齿条12-6，在本实施例中，该上抬齿条12-6是指沿长度方向设有卡齿的杆件，并不特指机械领域中的“齿条”，四根上抬齿条12-6分别设于书籍托架机构的四个角附近；书籍托架机构通过导向座滑动套设于四根上抬齿条12-6上，且相邻两层书籍托架机构之间形成用于卧式放置书籍的容纳腔，每层书籍托架机构均包括书籍支撑底板12-19、滑动安装于书籍支撑底板12-19上的书籍伸缩架12-10和用于驱动书籍伸缩架12-10向外水平伸缩运动的伸缩驱动机构，伸缩驱动机构设于书籍支撑底板12-19与书籍伸缩架12-10之间，能够带动书籍伸缩架12-10向外伸出，书籍伸缩架12-10的底部设有插槽12-21，该插槽12-21至少设有两道，用于与取还书装置200相配合。锁定机构具有能够在对应的导向座上伸缩动作的锁杆，锁杆的一端能够与相应的上抬齿条12-6相抵以使对应的书籍托架机构与四根上抬齿条12-6锁定连接；在解锁状态下，书籍托架机构在重力作用下层叠在一起，使得相邻两层书籍托架机构之间形成容纳腔；在锁定状态下，书籍托架机构与四根上抬齿条12-6连接在一起，能够带动相应的书籍托架机构上下移动，进而使得需要取放书籍的一层书籍托架机构的容纳腔厚度增加，从而使得书籍的拿取或归还更加方便稳定。

如图2、图3和图4所示，在本实施例中，上述的导向座包括设于书籍支撑底板12-19前部左右两侧的前上下导向座12-8和设于书籍支撑底板12-19后部左右两侧的后上下导向座12-9，前上下导向座12-8和后上下导向座12-9上均设有用于与上抬齿条12-6相配合的方孔，上抬齿条12-6插在对应的导向座方孔内，能够在其内上下滑动，并且每组书籍托架机构与四根上抬齿条12-6均能够利用锁定机构锁定，使得书籍托架机构与抬升机构配合稳定可靠，提高了书籍托架机构的上下动作稳定性。书籍伸缩架12-10的横截面为“凵”形，形成用于放置书籍的空间，且在书籍伸缩架12-10的两侧分别具有向外延伸的水平翻边，书籍支撑底板12-19的左右两侧分别设有用于与书籍伸缩架12-10两侧的水平翻边滚动配合的导向滚轮，保证了书籍伸缩架12-10的伸缩顺畅性和稳定性。伸缩驱动机构包括书籍伸缩齿条12-11、书籍伸缩驱动电机12-12和书籍伸缩齿轮12-20，书籍伸缩齿条12-11安装于书籍伸缩架12-10一侧的水平翻边底部，书籍伸缩驱动电机12-12安装于书籍支撑底板12-19一侧前端，书籍伸缩齿轮12-20与书籍伸缩驱动电机12-12的驱动轴传动连接，且书籍伸缩齿轮12-20与书籍伸缩齿条12-11相啮合，书籍伸缩驱动电机12-12旋转带动书籍伸缩齿轮12-20转动，进而带动书籍伸缩齿条12-11直线运动，驱动书籍伸缩架12-10向外伸出或向内收缩，采用齿轮齿条机构驱动书籍伸缩架12-10的伸缩运动，结构简单紧凑，伸缩运动控制简单，稳定性好。

参见图3和图4所示，在本实施例中，锁定机构由直线驱动器带动锁杆前后伸缩运动，实现锁杆与上抬齿条12-6之间的锁定或解锁。具体地，锁定机构包括前后推拉电磁铁12-14、锁杆安装杆12-16和锁杆，前后推拉电磁铁12-14安装于前后推拉电磁铁安装座12-13上，前后推拉电磁铁安装座12-13通过前后推拉导杆12-15固定于书籍支撑底板12-19的后部，锁杆安装杆12-16滑动安装于前后推拉导杆12-15上，且前后推拉电磁铁12-14的驱动端与锁杆安装杆12-16相连接，前后推拉电磁铁12-14通电动作即可带动锁杆安装杆12-16前后伸缩动作；本实施例中的锁杆分别安装于锁杆安装杆12-16的左右两侧，两侧的锁杆均包括前锁杆12-17和后锁杆12-18，前锁杆12-17的长度长于后锁杆12-18的长度，前锁杆12-17穿设于前上下导向座12-8的方孔内，后锁杆12-18穿设于后上下导向座12-9的方孔内，为了便于与上抬齿条12-6稳定配合，在前锁杆12-17和后锁杆12-18的前端还设有尖端，在前后推拉电磁铁12-14向前伸出时，左右两侧的前锁杆12-17和后锁杆12-18能够同步与四根上抬齿条12-6锁定配合，结构设计简单紧凑，锁定和解锁动作稳定可靠。

接图2和图3所示，在本实施例中，抬升机构由直线驱动器带动四根上抬齿条12-6同步上下动作。具体地，抬升机构包括上下推拉电磁铁安装座12-3、上下推拉电磁铁12-4、齿条安装板12-5和上抬齿条12-6，上下推拉电磁铁安装座12-3通过上下推拉导杆12-7固定于支撑立柱12-1顶部的顶板12-2上，齿条安装板12-5滑动安装于上下推拉导杆12-7上，上抬齿条12-6竖直固定于齿条安装板12-5上，上下推拉电磁铁12-4安装于上下推拉电磁铁安装座12-3上，且上下推拉电磁铁12-4的驱动端与齿条安装板12-5相连接，上下推拉电磁铁12-4通电动作带动齿条安装板12-5上下运动，进而带动四根上抬齿条12-6同步上下运动。在锁定机构解锁状态时，抬升机构与书籍托架机构相分离，不会带动书籍托架机构运动；当锁定机构锁定时，抬升机构即可带动锁定的书籍托架机构上下运动，实现相应书籍托架机构的抬升运动。

如图5所示，取还书装置200包括移动框架21、行走机构22和升降取放机构23，行走机构22设于移动框架21的底部，用于带动移动框架21沿书架装置100的一侧水平移动；升降取放机构23安装于移动框架21上，包括书籍托杆23-1和用于带动书籍托杆23-1上下运动的升降驱动机构，书籍托杆23-1与书籍伸缩架12-10的插槽12-21位置相对应。具体地，行走机构22包括行走滚轮22-1、行走驱动电机22-2、传动轴22-3、行走驱动齿轮22-4和行走齿条22-5，行走滚轮22-1安装于移动框架21的四个角上，行走驱动电机22-2安装于移动框架21的底部，传动轴22-3水平安装于移动框架21的底部，且行走驱动电机22-2的驱动端与传动轴22-3的一端传动连接，优选采用联轴器连接行走驱动电机22-2和传动轴22-3，行走驱动齿轮22-4安装于传动轴22-3上，行走齿条22-5沿书架装置100的一侧横向水平铺设于地面上，行走驱动齿轮22-4与行走齿条22-5相啮合，且在地面上还设有与行走滚轮22-1相配合的轨道槽；工作时，行走驱动电机22-2通过传动轴22-3带动行走驱动齿轮22-4旋转，使得行走驱动齿轮22-4在行走齿条22-5上滚动移动，利用行走滚轮22-1在轨道槽中移动实现整个取还书装置200的水平移动。升降驱动机构包括书籍托杆滑块23-2、书籍托杆导轨23-3、升降驱动电机23-4、升降驱动丝杆23-5和升降螺母23-6，书籍托杆导轨23-3竖向安装于移动框架21上，书籍托杆23-1的一端通过书籍托杆滑块23-2安装于书籍托杆导轨23-3上，升降驱动丝杆23-5与书籍托杆导轨23-3平行地安装于移动框架21上，升降螺母23-6固定于书籍托杆23-1的后部，且升降螺母23-6与升降驱动丝杆23-5采用滚珠丝杆传动机构相连接，升降驱动电机23-4安装于移动框架21上，且升降驱动电机23-4的驱动端与升降驱动丝杆23-5传动连接，同样优选采用联轴器连接升降驱动电机23-4和升降驱动丝杆23-5。升降驱动电机23-4带动升降驱动丝杆23-5旋转，进而带动书籍托杆23-1在书籍托杆导轨23-3上上下运动。由于书籍托杆23-1的位置刚好与书籍伸缩架12-10上的插槽12-21相对应，使得书籍托杆23-1能够在书籍伸缩架12-10的插槽12-21内上下运动，从而能够实现书籍在书籍伸缩架12-10上托起或放置。

参见图1所示，本实施例的一种层叠式书籍智能自动存取装置的控制方法，其具体工作过程如下：

S1、取书时，用户通过控制系统索引到相应目标书籍，控制系统根据取书命令找到对应书籍(目标书籍)在书架装置100的层叠书籍存放机构12中的位置，然后控制系统向取还书装置200的行走机构22和升降取放机构23发出控制指令，控制取还书装置200移动至目标书籍所在位置，使升降取放机构23的书籍托杆23-1上平面略低于目标书籍所在的书籍伸缩架12-10下平面；具体地，控制系统控制图5所示的行走驱动电机22-2工作，使取还书装置200的升降取放机构23移动至目标书籍处，然后控制系统控制图5所示的升降驱动电机23-4工作，使书籍托杆23-1上平面略低于目标书籍所在的书籍伸缩架12-10下平面；同时，控制系统向目标书籍所在的书籍伸缩架12-10上方的书籍托架机构所对应的锁定机构发出控制指令，控制该锁定机构动作，将目标书籍所在的书籍伸缩架12-10上方的书籍托架机构与抬升机构的上抬齿条12-6锁定，即控制系统控制目标书籍所在的书籍伸缩架12-10上方的书籍托架机构所对应的锁定机构的前后推拉电磁铁12-14通电动作，带动左右两侧的两组前锁杆12-17和后锁杆12-18伸出插入四根上抬齿条12-6的卡齿内，使得该书籍托架机构的书籍支撑底板12-19与四根上抬齿条12-6连接在一起；然后控制系统控制抬升机构动作，带动目标书籍所在的书籍伸缩架12-10上方的书籍托架机构向上抬起，即控制系统控制上下推拉电磁铁12-4得电伸缩，进而拉动四根上抬齿条12-6向上运动，带动相应的书籍托架机构向上移动，使目标书籍所在的容纳腔高度增大，留出更多的空间以便于书籍顺利向外推出；之后，控制系统控制目标书籍所在的书籍托架机构的伸缩驱动机构动作，即控制系统控制书籍伸缩驱动电机12-12工作，通过齿轮齿条机构带动书籍伸缩架12-10向外伸出，将书籍伸缩架12-10连同目标书籍向外推出；再然后，控制系统再次向升降取放机构23发出控制指令，控制升降驱动机构带动书籍托杆23-1向上升起，进而使目标书籍向上抬起而脱离书籍伸缩架12-10；随后控制系统控制书籍托架机构的伸缩驱动机构动作，将书籍伸缩架12-10拉回复位，完成目标书籍在书架装置100上的取出；书籍取出后，可由行走机构22和升降驱动机构带动书籍移动至书籍输送平台中，将书籍输送至用户取书点。

S2、还书时，用户向控制系统发出还书命令，控制系统根据所还书籍信息找到该书籍在书架装置100的层叠书籍存放机构12中所需归还的位置，控制系统可提醒用户将书籍放置在相应还书点，书籍输送平台将书籍输送走，此时控制系统控制取还书装置200从书籍输送平台中将书籍取走，并且控制系统向取还书装置200的行走机构22和升降取放机构23发出控制指令，使升降取放机构23带着书籍一起移动至目标书籍托架机构处，且使升降取放机构23的书籍托杆23-1上平面略高于目标书籍托架机构的书籍伸缩架12-10的上平面；同时，控制系统向目标书籍托架机构上方的书籍托架机构所对应的锁定机构发出控制指令，控制该锁定机构动作，将目标书籍托架机构上方的书籍托架机构与抬升机构的上抬齿条12-6锁定；然后控制系统控制抬升机构动作，带动该书籍托架机构向上抬起，使待归还书籍所在的容纳腔高度增大；之后，控制系统控制目标书籍托架机构的伸缩驱动机构动作，将书籍伸缩架12-10向外推出，使目标书籍伸缩架12-10位于所归还书籍的下方；随后，控制系统再次向升降取放机构23发出控制指令，控制升降驱动机构带动书籍托杆23-1向下移动，使所归还书籍放置在目标书籍伸缩架12-10上；之后，控制系统控制书籍托架机构的伸缩驱动机构动作，将书籍伸缩架12-10连同书籍一起拉回复位，并且控制系统控制抬升机构和锁定机构复位，完成书籍的归还。

在本实施例中，上述的控制系统可采用PLC控制器，主要用于控制电机正反转和推拉电磁铁的通断电，至于控制系统的程序编制及其电路连接，其根据上述动作和功能即可依据现有技术设计得到，不属于本发明的改进，在此不再赘述。

本发明的一种层叠式书籍智能自动存取装置及其控制方法，其书架装置利用层叠在一起的书籍托架机构卧式存放，并且利用抬升机构和锁定机构的配合实现了在基础书籍容纳空间的基础上能够进一步增大高度空间，进而满足了部分超厚书籍的存放需要，书籍存放紧凑，且书籍取放方便可靠，空间利用率高，实用性强，同时利用书籍伸缩架配合取还书装置的书籍托杆来实现书籍的取放，书籍取出和归还操作简单高效，极大地满足了大量书籍的统一管理需要。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种层叠式书籍智能自动存取装置，包括书架装置(100)、取还书装置(200)和控制系统，所述的取还书装置(200)设于书架装置(100)的一侧，用于拿取或放置书架装置(100)上的书籍，所述的控制系统分别与书架装置(100)和取还书装置(200)的动作执行机构通信连接，用于控制书架装置(100)和取还书装置(200)协同工作来实现书籍的拿取或归还，其特征在于：

所述的书架装置(100)包括书架架体(11)和安装于书架架体(11)上的层叠书籍存放机构(12)，所述的层叠书籍存放机构(12)包括若干上下层叠在一起的书籍托架机构、安装于各个书籍托架机构上的锁定机构和用于带动书籍托架机构上抬的抬升机构，所述的抬升机构通过支撑立柱(12-1)安装于最上层的书籍托架机构上方，且该抬升机构具有能够升降动作的四根上抬齿条(12-6)，四根上抬齿条(12-6)分别设于书籍托架机构的四个角附近；所述的书籍托架机构通过导向座滑动套设于四根上抬齿条(12-6)上，且相邻两层书籍托架机构之间形成用于卧式放置书籍的容纳腔，每层书籍托架机构均包括书籍支撑底板(12-19)、滑动安装于书籍支撑底板(12-19)上的书籍伸缩架(12-10)和用于驱动书籍伸缩架(12-10)向外水平伸缩运动的伸缩驱动机构，所述的书籍伸缩架(12-10)的底部设有插槽(12-21)；所述的锁定机构具有能够在对应的导向座上伸缩动作的锁杆，所述的锁杆的一端能够与相应的上抬齿条(12-6)相抵以使对应的书籍托架机构与四根上抬齿条(12-6)锁定连接；

所述的取还书装置(200)包括移动框架(21)、行走机构(22)和升降取放机构(23)，所述的行走机构(22)设于移动框架(21)的底部，用于带动移动框架(21)沿书架装置(100)的一侧水平移动；所述的升降取放机构(23)安装于移动框架(21)上，包括书籍托杆(23-1)和用于带动书籍托杆(23-1)上下运动的升降驱动机构，所述的书籍托杆(23-1)与书籍伸缩架(12-10)的插槽(12-21)位置相对应。

2.根据权利要求1所述的一种层叠式书籍智能自动存取装置，其特征在于：所述的导向座包括设于书籍支撑底板(12-19)前部左右两侧的前上下导向座(12-8)和设于书籍支撑底板(12-19)后部左右两侧的后上下导向座(12-9)，所述的前上下导向座(12-8)和后上下导向座(12-9)上均设有用于与上抬齿条(12-6)相配合的方孔；所述的书籍伸缩架(12-10)的横截面为“凵”形，且在书籍伸缩架(12-10)的两侧分别具有向外延伸的水平翻边，所述的书籍支撑底板(12-19)的左右两侧分别设有用于与书籍伸缩架(12-10)两侧的水平翻边滚动配合的导向滚轮；所述的伸缩驱动机构包括书籍伸缩齿条(12-11)、书籍伸缩驱动电机(12-12)和书籍伸缩齿轮(12-20)，所述的书籍伸缩齿条(12-11)安装于书籍伸缩架(12-10)一侧的水平翻边底部，所述的书籍伸缩驱动电机(12-12)安装于书籍支撑底板(12-19)一侧前端，所述的书籍伸缩齿轮(12-20)与书籍伸缩驱动电机(12-12)的驱动轴传动连接，且书籍伸缩齿轮(12-20)与书籍伸缩齿条(12-11)相啮合。

3.根据权利要求2所述的一种层叠式书籍智能自动存取装置，其特征在于：所述的锁定机构包括前后推拉电磁铁(12-14)、锁杆安装杆(12-16)和锁杆，所述的前后推拉电磁铁(12-14)安装于前后推拉电磁铁安装座(12-13)上，所述的前后推拉电磁铁安装座(12-13)通过前后推拉导杆(12-15)固定于书籍支撑底板(12-19)的后部，所述的锁杆安装杆(12-16)滑动安装于前后推拉导杆(12-15)上，且前后推拉电磁铁(12-14)的驱动端与锁杆安装杆(12-16)相连接，所述的锁杆分别安装于锁杆安装杆(12-16)的左右两侧，两侧的锁杆均包括前锁杆(12-17)和后锁杆(12-18)，所述的前锁杆(12-17)穿设于前上下导向座(12-8)的方孔内，所述的后锁杆(12-18)穿设于后上下导向座(12-9)的方孔内。

4.根据权利要求3所述的一种层叠式书籍智能自动存取装置，其特征在于：所述的抬升机构包括上下推拉电磁铁安装座(12-3)、上下推拉电磁铁(12-4)、齿条安装板(12-5)和上抬齿条(12-6)，所述的上下推拉电磁铁安装座(12-3)通过上下推拉导杆(12-7)固定于支撑立柱(12-1)顶部的顶板(12-2)上，所述的齿条安装板(12-5)滑动安装于上下推拉导杆(12-7)上，所述的上抬齿条(12-6)竖直固定于齿条安装板(12-5)上，所述的上下推拉电磁铁(12-4)安装于上下推拉电磁铁安装座(12-3)上，且上下推拉电磁铁(12-4)的驱动端与齿条安装板(12-5)相连接。

5.根据权利要求4所述的一种层叠式书籍智能自动存取装置，其特征在于：所述的书架架体(11)的四个角上分别安装有脚轮(11-2)，所述的书架架体(11)上还设有用于安装层叠书籍存放机构(12)的安装台(11-1)。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种层叠式书籍智能自动存取装置，其特征在于：所述的行走机构(22)包括行走滚轮(22-1)、行走驱动电机(22-2)、传动轴(22-3)、行走驱动齿轮(22-4)和行走齿条(22-5)，所述的行走滚轮(22-1)安装于移动框架(21)的四个角上，所述的行走驱动电机(22-2)安装于移动框架(21)的底部，所述的传动轴(22-3)水平安装于移动框架(21)的底部，且行走驱动电机(22-2)的驱动端与传动轴(22-3)的一端传动连接，所述的行走驱动齿轮(22-4)安装于传动轴(22-3)上，所述的行走齿条(22-5)沿书架装置(100)的一侧横向水平铺设于地面上，所述的行走驱动齿轮(22-4)与行走齿条(22-5)相啮合，且在地面上还设有与行走滚轮(22-1)相配合的轨道槽。

7.根据权利要求6所述的一种层叠式书籍智能自动存取装置，其特征在于：所述的升降驱动机构包括书籍托杆滑块(23-2)、书籍托杆导轨(23-3)、升降驱动电机(23-4)、升降驱动丝杆(23-5)和升降螺母(23-6)，所述的书籍托杆导轨(23-3)竖向安装于移动框架(21)上，所述的书籍托杆(23-1)的一端通过书籍托杆滑块(23-2)安装于书籍托杆导轨(23-3)上，所述的升降驱动丝杆(23-5)与书籍托杆导轨(23-3)平行地安装于移动框架(21)上，所述的升降螺母(23-6)固定于书籍托杆(23-1)的后部，且升降螺母(23-6)与升降驱动丝杆(23-5)采用滚珠丝杆传动机构相连接，所述的升降驱动电机(23-4)安装于移动框架(21)上，且升降驱动电机(23-4)的驱动端与升降驱动丝杆(23-5)传动连接。

8.一种权利要求1所述的层叠式书籍智能自动存取装置的控制方法，其特征在于：

S1、取书时，用户通过控制系统索引到相应目标书籍，控制系统根据取书命令找到对应书籍在书架装置(100)的层叠书籍存放机构(12)中的位置，然后控制系统向取还书装置(200)的行走机构(22)和升降取放机构(23)发出控制指令，控制取还书装置(200)移动至目标书籍所在位置，使升降取放机构(23)的书籍托杆(23-1)上平面略低于目标书籍所在的书籍伸缩架(12-10)下平面；同时，控制系统向目标书籍所在的书籍伸缩架(12-10)上方的书籍托架机构所对应的锁定机构发出控制指令，控制该锁定机构动作，将目标书籍所在的书籍伸缩架(12-10)上方的书籍托架机构与抬升机构的上抬齿条(12-6)锁定；然后控制系统控制抬升机构动作，带动目标书籍所在的书籍伸缩架(12-10)上方的书籍托架机构向上抬起，使目标书籍所在的容纳腔高度增大；之后，控制系统控制目标书籍所在的书籍托架机构的伸缩驱动机构动作，将书籍伸缩架(12-10)连同目标书籍向外推出；再然后，控制系统再次向升降取放机构(23)发出控制指令，控制升降驱动机构带动书籍托杆(23-1)向上升起，进而使目标书籍向上抬起而脱离书籍伸缩架(12-10)；随后控制系统控制书籍托架机构的伸缩驱动机构动作，将书籍伸缩架(12-10)拉回复位，完成目标书籍在书架装置(100)上的取出；

S2、还书时，用户向控制系统发出还书命令，控制系统根据所还书籍信息找到该书籍在书架装置(100)的层叠书籍存放机构(12)中所需归还的位置，控制系统向取还书装置(200)的行走机构(22)和升降取放机构(23)发出控制指令，使升降取放机构(23)带着书籍一起移动至目标书籍托架机构处，且使升降取放机构(23)的书籍托杆(23-1)上平面略高于目标书籍托架机构的书籍伸缩架(12-10)的上平面；同时，控制系统向目标书籍托架机构上方的书籍托架机构所对应的锁定机构发出控制指令，控制该锁定机构动作，将目标书籍托架机构上方的书籍托架机构与抬升机构的上抬齿条(12-6)锁定；然后控制系统控制抬升机构动作，带动该书籍托架机构向上抬起，使待归还书籍所在的容纳腔高度增大；之后，控制系统控制目标书籍托架机构的伸缩驱动机构动作，将书籍伸缩架(12-10)向外推出，使目标书籍伸缩架(12-10)位于所归还书籍的下方；随后，控制系统再次向升降取放机构(23)发出控制指令，控制升降驱动机构带动书籍托杆(23-1)向下移动，使所归还书籍放置在目标书籍伸缩架(12-10)上；之后，控制系统控制书籍托架机构的伸缩驱动机构动作，将书籍伸缩架(12-10)连同书籍一起拉回复位，并且控制系统控制抬升机构和锁定机构复位，完成书籍的归还。

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