CN111687851A - 一种馆藏盘点机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种馆藏盘点机器人，包括主体、主体框架、底盘和升降装置；其中，主体安装于底盘之上，主体由主体框架支撑，升降装置安装于主体一侧；主体包括中央控制电脑和RFID读写器；中央控制电脑运行有中央控制系统；升降装置包括RFID天线和光电传感器；RFID天线连接并传输信号至RFID读写器，光电传感器连接并传输信号至中央控制电脑。本发明是通过升降装置上的RFID传感器集合距离传感器提高提高馆藏数据的准确性和实时性，解决了现有盘点机器人对RFID标签密集环境的读取、定位中会出现大量的漏读、定位误差的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及智能机器人领域，特别涉及一种馆藏盘点机器人。
背景技术
随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展，使机器人在功能和技术层次上有了很大的提高，移动机器人和机器人的视觉和触觉等技术就是典型的代表。由于这些技术的发展，推动了机器人概念的延伸。80年代，将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人。这一概念不但指导了机器人技术的研究和应用，而且又赋予了机器人技术向深广发展的巨大空间，水下机器人、空间机器人、空中机器人、地面机器人、微小型机器人等各种用途的机器人相继问世，许多梦想成为了现实。将机器人的技术(如传感技术、智能技术、控制技术等)扩散和渗透到各个领域形成了各式各样的新机器——机器人化机器。
随着仓储、图书馆、档案馆等馆藏相关领域正在逐步实现智能、自动管理，智能盘点机器人应运而生。然而现有的智能盘点机器人，还存在一些缺陷。例如体型过大、成本过高、无法自主导航避障、没有使用多种传感器对沿库架移动时的定位精度进行补偿，可能影响RFID信号质量甚至出现安全问题、没有对RFID标签密集环境的读取、定位问题提出解决方案，实际使用中会出现大量的漏读、定位误差较大情况等。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明中披露了一种馆藏盘点机器人，本发明的技术方案是这样实施的：
一种馆藏盘点机器人，包括主体、主体框架、底盘1和升降装置2；其中，
所述主体安装于所述底盘1之上，所述主体由所述主体框架支撑，所述升降装置2安装于所述主体一侧；
所述主体包括中央控制电脑和RFID读写器；
所述RFID读写器连接并受所述中央控制电脑控制，所述中央控制电脑运行有中央控制系统；
所述中央控制系统包括信息处理模块和定位模块；
所述信息处理模块连接所述定位模块；
所述底盘1包括电机控制器、驱动电机、驱动轮4和从动轮9；
所述驱动电机连接所述驱动轮、所述升降装置和所述电机控制器，所述电机控制器连接并受所述中央控制电脑控制；
所述升降装置包括RFID天线和光电传感器；
所述RFID天线连接并传输信号至所述RFID读写器，所述光电传感器安装于RFID天线上方相邻位置，连接并传输信号至所述中央控制电脑。
优选地，所述中央控制系统还包括AI模块；
所述AI模块连接所述定位模块。
优选地，还包括外壳；所述外壳由塑料或金属钣金制成并包裹所述主体框架。
优选地，还包括自主导航系统；
所述自主导航系统包括激光雷达、超声距离传感器和导航软件；
所述激光雷达位于所述主体底部，与所述底盘连接，所述超声距离传感器连接并传输信号至所述中央控制电脑，所述导航软件运行于所述中央控制电脑。
所述超声距离传感器，安装于所述外壳正前方、正后方、正左方与正右方。
优选地，所述超声距离传感器包括第一传感器和第二传感器；
所述第一传感器安装于所述外壳的正前方和正后方，安装高度75cm，所述第二传感器安装于所述底盘的正左方和正右方，安装高度10cm。
优选地，所述RFID天线数量与所述光电传感器的数量均为4，所述RFID天线之间的距离为30cm。
优选地，所述主体还包括触摸屏；
所述触摸屏位于所述主体上部并连接所述中央控制电脑。
优选地，所述升降装置包括同步带传动机构、导轨、限位传感器；
所述同步带传动机构和所述导轨安装于所述主体框架上，所述升降装置通过所述导轨和所述丝杠与所述主体连接，所述限位传感器连接并传输信号至所述中央控制电脑，所述限位传感器位于所述导轨的上下运动极限位置处。
优选地，所述驱动电机为伺服电机。
实施本发明的技术方案可解决现有技术中无法自主导航避障、没有使用多种传感器对沿库架移动时的定位精度进行补偿，可能影响RFID信号质量甚至出现安全问题、没有对RFID标签密集环境的读取、定位问题提出解决方案，实际使用中会出现大量的漏读、定位误差较大的技术问题；
实施本发明的技术方案，可实现对馆藏对象的精准定位；
可提高自主导航的运动精度和安全性；
可减少空扫时的信号干扰；
可以提高图书RFID读取率和准确度；
可实现自主避障的技术效果。
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。
其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
图1为本发明的正视图；
图2为本发明的右视图。
在上述附图中，各图号标记分别表示：
1-主体；
2-主体框架；
3-底盘；
4-升降装置；
5-驱动轮；
6-从动轮；
7-RFID天线；
8-光电传感器；
9-外壳；
10-激光雷达；
11-超声距离传感器；
12-触摸屏。
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。
一种馆藏盘点机器人，包括主体1、主体框架2、底盘3和升降装置4；其中，
主体1安装于底盘3之上，主体1由主体框架2支撑，升降装置4安装于主体1一侧；
主体1包括中央控制电脑和RFID读写器；
RFID读写器连接并受中央控制电脑控制，中央控制电脑运行有中央控制系统；
中央控制系统包括信息处理模块和定位模块；
信息处理模块连接定位模块；
底盘3包括电机控制器、驱动电机、驱动轮5和从动轮6；
驱动电机连接驱动轮5、升降装置4和电机控制器，电机控制器连接并受中央控制电脑控制；
升降装置4包括RFID天线7和光电传感器8；
RFID天线7连接并传输信号至RFID读写器，光电传感器8安装于RFID天线7上方相邻位置，连接并传输信号至中央控制电脑。主体框架2采用铝合金材质，材质较轻，内部空间较大，可安装各种电子设备、电池以及各种外围控制电路。中央控制电脑的中央控制系统是机器人的软件中枢。其中信息处理模块处理中央控制电脑的各种数据信息，定位模块负责控制机器人的位置信息结合信息处理器分析机器人的当前工作位置。底盘3用于承载主体1和升降装置4，较重的电池驱动器和电机等设施安装在底盘3上，因此整体重心较为稳定。驱动电机提供动力给驱动轮5，结合从动轮6控制电机前进转向，另外驱动电机连接并控制升降装置4升降。升降装置4上的RFID天线7读写馆藏书架上的RFID标签传输信号至RFID读写器，结合光电传感器8判定前方是否有书籍，以降低书架空余位置，后一架图书的信号干扰。
在一种优选的实施方式中，中央控制系统还包括AI模块；AI模块连接定位模块。
在本实施方式中，信息处理模块读取的RFID信号和数据库中的信息进行对比，将不同位置的RFID强弱信号通过AI模块进行人工智能分析，确定RFID标签的确切位置，和RFID标签对应的物品的实际状态，结合定位模块定位出馆藏对象的实际位置和缺漏。
在一种优选的实施方式中，还包括外壳9；外壳9由塑料或金属钣金制成并包裹主体框架2。
在本实施方式中，外壳的9作用一是对机器人的外形做美化处理；二是可以防尘，起到对主体1各部件的保护的效果。
在一种优选的实施方式中，还包括自主导航系统；
自主导航系统包括激光雷达10、超声距离传感器11和导航软件；
激光雷达10位于主体1底部，与底盘3连接，超声距离传感器11连接并传输信号至中央控制电脑，导航软件运行于中央控制电脑。
超声距离传感器11，安装于外壳9正前方、正后方、正左方与正右方。
在本实施方式中，激光雷达10扫描机器人行进前方的各种障碍，例如书架、人员、桌椅、柱子等等，将信息传输至中央控制电脑，其中信息处理系统分析收到的路径信息，结合导航软件生成的地图信息对机器人的行进路径进行调整。到达书架位置后，机器人会切换为以激光雷达10定位为辅、超声距离传感器11为主的导航方式，以精确保持与书架之间的距离。保证了货物、文档书籍的安全性和RFID信号读取的稳定性。超声距离传感器11的有效探测角度为120*30度，可有效检测到位置较低的激光雷达难以分辨的行人、桌椅、围栏等障碍物。
在一种优选的实施方式中，超声距离传感器11包括第一传感器和第二传感器，
第一传感器安装于外壳的正前方和正前方和正后方，安装高度75cm，第二传感器安装于底盘的正左方和正右方，安装高度10cm。
在本实施方式中，第一传感器用于检测行人、桌椅、围栏等障碍物，用于导航避障；第二传感器可以实现书架中间的辅助导航。
在一种优选的实施方式中，RFID天线7数量与光电传感器8的数量均为4，RFID天线7之间的距离为30cm。
国家标准的图书馆书架为7层，层距为30cm，四个RFID天线7相互距离为一个书架的标准层高，因此可以正好同时读取四层的书籍标签，该设计可以来回两次即读取完一个书架，相比于单天线、双天线方案效率更高，相比于七天线方案，更加轻巧稳定，并且便于收纳和搬运。
在一种优选的实施方式中，主体1还包括触摸屏12；触摸屏12位于主体1上部并连接中央控制电脑。
在本实施方式中，触摸屏12可操作安装于中控电脑中的盘点程序，并将盘点进度和显示统计结果显示在触摸屏12上，供工作人员查阅。
在一种优选的实施方式中，升降装置4包括同步带传动机构、导轨、限位传感器；
同步带传动机构和导轨安装于主体框架2上，升降装置4通过导轨和丝杠与主体1连接，限位传感器连接并传输信号至中央控制电脑，限位传感器位于导轨的上下运动极限位置处。
在本实施方式中，同步带传动机构具有传动比准确，结构紧凑和磨擦损耗小的特点，可以长期安全使用，限位传感器连接并传输信号至中央控制电脑用于使用归零法纠正天线支架的位置漂移，并做安全限位。
在一种优选的实施方式中，驱动电机为伺服电机。
伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。使用伺服电机驱动同步带传动机构，可以更加精确地控制升降装置4升降高度，来使得RFID天线7与光电传感器8的升降更加稳定，提高了盘点过程中的信息准确性，同时降低升降的噪声。
机器人工作时，首先：
1、工作人员在触摸屏12上对的机器人的盘点范围、盘点速度、盘点地图、是否是夜间盘点等参数，点击开始盘点按钮，机器人即开始运行。
2、机器人依照导航软件前往第一个书架位置
3、机器人行进过程中会避开人工设置的禁行区域(例如围栏)以及激光雷达10和超声距离传感器11探测到的实时障碍物。如果距离障碍物较近，信息处理模块会根据收到的实时路径信息结合导航软件和定位模块提出修改路径指令，实现机器人的自主避碍。
4、到达书架位置后，机器人会切换为以激光雷达10定位为辅、超声距离传感器11为主的行进方式，以精确保持与书架之间的距离。
5、然后沿整排书架来回移动一次，期间进行一次RFID天线7的升降操作，即可将整排书架盘点完毕。RFID天线7结合光电传感器8，以判定前方是否有书籍，以降低书架空余位置，后一架图书的信号干扰。并通过AI模块结合机器人的空间坐标、RFID信号强度、探测方向、RFID信号衰减函数等多种指标，定位书籍的较精确位置。
6、在盘点过程完成时，盘点机器人回到设置的结束位置，并将盘点进度和显示统计结果显示在触摸屏12上，供工作人员查阅。
实施本发明的技术方案通过RFID天线7结合光电传感器8的方式判定前方是否有书籍，以降低书架空余位置，后一架图书的信号干扰，提高了盘点机器人的工作效率，结合AI算法定位出馆藏对象的实际位置和缺漏，使用自主导航系统精确保持与书架之间的距离。保证了货物、文档书籍的安全，提高了盘点机器人数据收集处理的稳定性。解决了现有技术中无法自主导航避障、没有使用多种传感器对沿库架移动时的定位精度进行补偿、可能影响RFID信号质量甚至出现安全问题、实际使用中会出现大量的漏读、定位误差较大的技术问题。
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 (9)
1.一种馆藏盘点机器人，其特征在于：包括主体、主体框架、底盘和升降装置；其中，
所述主体安装于所述底盘之上，所述主体由所述主体框架支撑，所述升降装置安装于所述主体一侧；
所述主体包括中央控制电脑和RFID读写器；
所述RFID读写器连接并受所述中央控制电脑控制，所述中央控制电脑运行有中央控制系统；
所述中央控制系统包括信息处理模块和定位模块；
所述信息处理模块连接所述定位模块；
所述底盘包括电机控制器、驱动电机、驱动轮和从动轮；
所述驱动电机连接所述驱动轮、所述升降装置和所述电机控制器，所述电机控制器连接并受所述中央控制电脑控制；
所述升降装置包括RFID天线和光电传感器；
所述RFID天线连接并传输信号至所述RFID读写器，所述光电传感器安装于所述RFID天线上方相邻位置，连接并传输信号至所述中央控制电脑。
2.根据权利要求1所述的一种馆藏盘点机器人，其特征在于：所述中央控制系统还包括AI模块；
所述AI模块连接所述定位模块。
3.根据权利要求1所述的一种馆藏盘点机器人，其特征在于：还包括外壳；所述外壳由塑料或金属钣金制成并包裹所述主体框架。
4.根据权利要求3所述的一种馆藏盘点机器人，其特征在于：还包括自主导航系统；
所述自主导航系统包括激光雷达、超声距离传感器和导航软件；
所述激光雷达位于所述主体底部，与所述底盘连接，所述超声距离传感器连接并传输信号至所述中央控制电脑，所述导航软件运行于所述中央控制电脑；
所述超声距离传感器安装于所述外壳的正前方、正后方、正左方与正右方。
5.根据权利要求4所述的一种馆藏盘点机器人，其特征在于：所述超声距离传感器包括第一传感器和第二传感器；
所述第一传感器安装于所述外壳的正前方和正前方和正后方，安装高度75cm，所述第二传感器安装于所述底盘的正左方和正右方，安装高度10cm。
6.根据权利要求1所述的一种馆藏盘点机器人，其特征在于：所述RFID天线数量与所述光电传感器的数量均为4，所述RFID天线之间的距离为30cm。
7.根据权利要求1所述的一种馆藏盘点机器人，其特征在于：所述主体还包括触摸屏；
所述触摸屏位于所述主体上部并连接所述中央控制电脑。
8.根据权利要求1所述的一种馆藏盘点机器人，其特征在于：所述升降装置包括同步带传动机构、导轨、限位传感器；
所述同步带传动机构和所述导轨安装于所述主体框架上，所述升降装置通过所述导轨和所述丝杠与所述主体连接，所述限位传感器连接并传输信号至所述中央控制电脑，所述限位传感器位于所述导轨的上下运动极限位置处。
9.根据权利要求1所述的一种馆藏盘点机器人，其特征在于：所述驱动电机为伺服电机。
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