CN111941443A - 一种图书馆机器人的执行机构 - Google Patents

Abstract

一种图书馆机器人的执行机构。图书管理机器人的书籍归位动力系统与书籍存放存书系统是分离的，整体性并不好，并且机器人的控制难度会因此增加，此外实现批量整理工作时，细节整理动作难以准确完成。本发明中总支撑框架竖直设置，至少一个移动书架设在总支撑框架内，移动书架内设有目标书籍，移动书架沿总支撑框架的高度方向往复运动，控位夹和推送组件均设在总支撑框架上，推送组件沿总支撑框架的高度方向和/或长度方向往复运动，推送组件朝向移动书架一侧设置，控位夹沿总支撑框架的高度方向和/或长度方向往复运动，控位夹朝向移动书架另一侧设置，推送组件将移动书架内的目标书籍通过控位夹推送至书籍存放的指定位置。本发明用于图书馆。

Description

一种图书馆机器人的执行机构

技术领域：

本发明涉及一种执行机构，具体涉及一种图书馆机器人的执行机构。

背景技术：

随着经济水平与科学水平的提升，人们尤其是学生们，对于书籍与图书馆的需求与日俱增，图书量在越来越多的情况下，使得图书管理人员的工作越来越繁杂。图书管理机器人是很好的辅助工具之一，以往的图书管理机器人的结构设计，多数考虑兼顾图书的存放与拿取两个方面，因此在执行机构的结构设计上，多采用传统的夹持型机械手。这种机械手灵活度较高，但是在空间相对紧凑的书架中，及书籍排布紧密的情况下，难有良好的表现。夹持型机械手受结构的影响，其手指体积较大，在书籍紧密相接的时候，往往达不到将目标书籍周围的书分开，然后取出目标书籍的功能。此外，以往的图书管理机器人没有将执行机构与存储部分做出合理的设计，多数将执行机构与存储部分分离，设计为两个单独的机器人，在工作中需要存储部分的机器人时时跟随执行机构的机器人，并且需要两个机器人之间配合完成动作，对整体控制的要求变高，控制的难度加大。

总而言之，现有设计中的图书管理机器人往往处于理论阶段，利用机械手抓取书籍，而忽略了在实际过程中，书籍紧密排列，难以抓取的情况；并且多数图书管理机器人其书籍归位的动力系统与书籍存放的存书系统是分离的，整体性并不好，同时机器人的控制难度会因此增加，此外实现批量整理工作时，具体处理单本或多本搬运工作时，细节整理动作难以准确完成。

发明内容：

为解决上述背景技术中提及的问题，本发明的目的在于提供一种图书馆机器人的执行机构。

一种图书馆机器人的执行机构，包括总支撑框架、推送组件、控位夹和至少一个移动书架；

所述总支撑框架竖直设置，至少一个移动书架设置在总支撑框架内，移动书架内设置有目标书籍，移动书架沿总支撑框架的高度方向往复运动，控位夹和推送组件均设置在总支撑框架上，推送组件沿总支撑框架的高度方向和/或长度方向往复运动，推送组件朝向移动书架的一侧设置，控位夹沿总支撑框架的高度方向和/或长度方向往复运动，控位夹朝向移动书架的另一侧设置，所述推送组件将移动书架内的目标书籍通过控位夹推送至书籍存放的指定位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

一、本发明结构设计合理，通过总支撑框架、推送组件、控位夹和至少一个移动书架之间相互配合能够实现对单本或多本进行整理搬运的过程，搬运方式多样且灵活，控位方式准确。

二、总支撑框架的底部与移动小车组合，通过移动小车为本发明整体提供移动能力。

三、推送组件具有多个自由度，推送组件中通过横置滑轨、连接滑块、驱动电机、推送电机、托架、定位套和推送杆之间相互配合能够实现对单本或多本目标书籍进行适当推送动作，确保将移动书架内的目标书籍准确推送至控位夹中。

四、控位夹具有多个自由度，控位夹通过上滑轨、下滑轨、上滑块和下滑块的配合能够实现水平滑动和竖直滑动的多自由度的移动效果，控位夹不但能够为目标书籍提供预先拨动效果，为目标书籍的放置提供预放位置，还能够辅助推送组件实现目标书籍的终端放置效果，为本发明的有序排放书籍提供有利条件。

五、本发明不但能够实现单本目标书籍夹持和推送，还能够实现多本目标书籍的夹持和推送，操作灵活且稳定。

六、本发明中将存书位置与图书归位的动力系统集中化，减少对机器人控制的难度。

七、本发明中的存书架采用自适应的设计，利用书籍自身的重力，将书籍固定在竖直位置，方便书籍的取用以及归位；充分利用的存书的空间，并且减少了空置的存书架的占用空间。

附图说明：

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为本发明的第一立体结构示意图；

图2为本发明的第一立体结构示意图；

图3为本发明和移动小车连接时的立体结构示意图；

图4为控位夹、上滑轨、下滑轨、上滑块和下滑块之间连接关系的第一立体结构示意图；

图5为控位夹通过上滑轨、下滑轨、上滑块和下滑块之间连接关系的第二立体结构示意图；

图6为托板的立体结构示意图；

图7为推送组件的立体结构示意图；

图8为移动书架的立体结构示意图；

图9为控位夹的立体结构示意图；

图10为推送电机的立体结构示意图；

图11为移动书架的使用状态图；

图12为齿轮和齿条之间连接关系的侧视结构示意图；

图13为总支撑框架、移动书架、控位夹和识别摄像头之间连接关系的主视结构示意图；

图14为推送头和推送杆之间连接关系的俯视结构示意图；

图15为推送头的第一立体结构示意图，图中推送头处于展开状态；

图16为推送头的第二立体结构示意图，图中推送头处于闭合状态；

图17为推送头和推送杆之间连接关系的立体结构示意图；

图18为推送头用于本发明中的立体结构示意图。

图中，1-总支撑框架；1-1-上盖板；1-2-底座；1-3-第一支撑杆；1-4-第二支撑杆；2-推送组件；2-1-横置滑轨；2-2-连接滑块；2-3-驱动电机；2-4-推送电机；2-5-托架；2-6-定位套；2-7-推送杆；2-8-推送头；2-8-1-连接块；2-8-2-中间杆；2-8-3-分杆；2-8-4-辅助杆；3-控位夹；3-1-单板；4-移动书架；4-1-托板；4-1-1-水平板；4-1-2-竖板；4-2-底板；4-3-夹板；4-4-齿条；4-5-第一摆动杆；4-6-第二摆动杆；4-7-齿轮；4-8-竖杆；4-9-夹持间隙；5-目标书籍；6-啮合用放置孔；6-1-第一放置孔；6-2-第二放置孔；7-抬升电机；8-竖直轨道；9-引导缝隙；10-移动小车；11-上滑轨；12-下滑轨；13-上滑块；14-下滑块；15-识别摄像头；16-放置槽。

具体实施方式：

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

具体实施方式一：如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16、图17和图18所示，本具体实施方式采用以下技术方案：本实施方式包括总支撑框架1、推送组件2、控位夹3和至少一个移动书架4；

所述总支撑框架1竖直设置，至少一个移动书架4设置在总支撑框架1内，移动书架4内设置有目标书籍5，移动书架4沿总支撑框架1的高度方向往复运动，控位夹3和推送组件2均设置在总支撑框架1上，推送组件2沿总支撑框架1的高度方向和/或长度方向往复运动，推送组件2朝向移动书架4的一侧设置，控位夹3沿总支撑框架1的高度方向和/或长度方向往复运动，控位夹3朝向移动书架4的另一侧设置，所述推送组件2将移动书架4内的目标书籍5通过控位夹3推送至书籍存放的指定位置。

本发明配合设置有控制中心，控制中心通过现有程序运行控制器中的总控制芯片，从而实现控制总支撑框架1、推送组件2、控位夹3和至少一个移动书架4之间搬运目标书籍5的操作过程。

具体实施方式二：本实施方式为本实施方式一的进一步限定，移动书架4包括托板4-1、N个底板4-2、2N个夹板4-3、4N个第一摆动杆4-5、4N个第二摆动杆4-6和4N个竖杆4-8，托板4-1水平设置在总支撑框架1内，4N个竖杆4-8竖直并列设置在托板4-1的两侧，N个底板4-2并列设置在托板4-1上，每个底板4-2的两侧分别竖直设置有两个夹板4-3，底板4-2底部的每个端角处设置有一个齿条4-4，处于同一个底板4-2上的两个夹板4-3的相对侧面为夹持面，两个夹持面之间形成有配合目标书籍5的夹持间隙4-9，每个夹板4-3的外侧面底部并列设置有两个第一摆动杆4-5，每个第一摆动杆4-5上设置有齿轮4-7，每个齿轮4-7与其靠近的齿条4-4相啮合，每个夹板4-3的外侧面顶部并列设置有两个第二摆动杆4-6，第二摆动杆4-6与竖杆4-8一一对应设置，每个第二摆动杆4-6的一端铰接在夹板4-3的外侧面上，每个第二摆动杆4-6的另一端铰接在其对应的竖杆4-8上。

本实施方式中在每个移动书架4工作完成后，相对的两个夹板4-3作出合拢动作，以此实现降低移动书架4的高度的效果，减小空载状态的移动书架4所占体积，为工作中的移动书架4提供足够的工作空间。

进一步的，在整个存放过程结束后，即移动书架4空载后，移动书架4通过抬升电机7移动至原位，当移动书架4的个数为多个时，具体移动顺序为从下向上依次按设定间距排开，再由图书馆管理人员手动将托板4-1抬起，最后向移动书架4中补充新的目标书籍5，进行待归位处理即可。

本实施方式中N的取值为2～6个，根据托板4-1的尺寸而具体限定，N的最佳设置个数为3个。

本实施方式中第一摆动杆4-5为弯曲杆体，第一摆动杆4-5包括直杆段和弯曲段，直杆段和弯曲段固定连接制为一体，直杆段的一端与夹板4-3的外侧面底部相铰接，直杆段的另一端与弯曲段的一端固定连接，弯曲段的另一端固定连接在齿轮4-7的轮面上。

本实施方式中第二摆动杆4-6包括第一连接杆和第二连接杆，第一连接杆的一端与夹板4-3的外侧面顶部相铰接，第一连接杆的另一端与第二连接杆的一端相铰接，第二连接杆的另一端铰接在其对应的竖杆4-8上。

本实施方式中底板4-2中四个齿条4-4为两个第一齿条和两个第二齿条，第一齿条和第二齿条的设置方向相反，即处于底板4-2底面一侧的两个第一齿条的齿牙设置方向同向，处于底板4-2底面另一侧的两个第二齿条的齿牙设置方向同向，每个齿条4-4的齿牙设置方向朝向其对应的齿轮4-7。

移动书架4的夹持操作过程为：

当将目标书籍5放置在底板4-2上时，因目标书籍5的自重下压底板4-2，底板4-2下落并带动齿条4-4下移，齿条4-4下移带动齿轮4-7转动，齿轮4-7转动通过第一摆动杆4-5和第二摆动杆4-6带动其配合的夹板4-3移动，从而实现处于竖直状态的两个夹板4-3作出相对靠近的移动过程，直至夹持在目标书籍5的两侧，即实现移动书架4的夹持操作过程。

2N个夹板4-3实现N组夹持操作结构，能够配合推送组件2和控位夹3实现不同类型的目标书籍5的夹持过程。

具体实施方式三：本实施方式为本实施方式一或二的进一步限定，托板4-1包括水平板4-1-1和两个竖板4-1-2，水平板4-1-1水平设置，水平板4-1-1为矩形板体，两个竖板4-1-2竖直并列设置在水平板4-1-1的两端，水平板4-1-1沿其板厚方向加工有多个啮合用放置孔6。

本实施方式中啮合用放置孔6用于放置相互配合的齿条4-4和齿轮4-7，每个齿条4-4与其对应的齿轮4-7组成一组啮合结构，啮合用放置孔6包括多个第一放置孔6-1和四个第二放置孔6-2，四个第二放置孔6-2分别设置在水平板4-1-1的四个端角处，每个第二放置孔6-2内设置有一个齿条4-4和其对应配合的齿轮4-7。多个第一放置孔6-1均分两组布置在水平板4-1-1的两侧，每个第一放置孔6-1的长度大于第二放置孔6-2的长度，第一放置孔6-1用于放置两组啮合结构，用于放置相邻的两个齿轮4-7与各自对应的齿条4-4。啮合用放置孔6为相互配合的齿条4-4和齿轮4-7提供放置位置，从而确保底板4-2能够降落至托板4-1的上端面，有利于提高本发明整体结构的紧凑性。

具体实施方式四：本实施方式为本实施方式一、二或三的进一步限定，托板4-1的两侧外壁上分别设置有多个抬升电机7，每个抬升电机7对应设置有一个竖直轨道8，每个竖直轨道8竖直设置在总支撑框架1内，每个竖直轨道8的上端和下端分别与总支撑框架1的顶部和底部固定连接，每个抬升电机7套装在其对应的竖直轨道8上，托板4-1通过多个抬升电机7沿多个竖直轨道8的长度方向作出往复运动。

本实施方式中多个抬升电机7和多个竖直轨道8相配合实现对移动书架4的升降运动，便于控制移动书架4的位置，便于实现移动书架4停留在任一位置，便于配合推送组件2和控位夹3实现目标书籍5的运送和终端位置的放置。

具体实施方式五：本实施方式为本实施方式一、二、三或四的进一步限定，总支撑框架1包括上盖板1-1、底座1-2、两个第一支撑杆1-3和两个第二支撑杆1-4，上盖板1-1和底座1-2从上至下依次水平设置，底座1-2为方形座体，两个第一支撑杆1-3竖直并列在上盖板1-1和底座1-2之间，两个第一支撑杆1-3之间滑动配合有控位夹3，两个第二支撑杆1-4竖直并列在上盖板1-1和底座1-2之间，两个第二支撑杆1-4之间滑动配合有推送组件2。

具体实施方式六：本实施方式为本实施方式一、二、三、四或五的进一步限定，两个第一支撑杆1-3之间水平设置有上滑轨11和下滑轨12，上滑轨11设置在下滑轨12的上方，上滑轨11和下滑轨12沿第一支撑杆1-3的高度方向往复运动，上滑轨11上滑动配合有上滑块13，下滑轨12上滑动配合有下滑块14，控位夹3设置在上滑块13和下滑块14之间，控位夹3包括两个单板3-1，每个单板3-1一侧的上端和下端分别与上滑块13和下滑块14相铰接，两个单板3-1的另一侧之间形成有配合目标书籍5的引导缝隙9，引导缝隙9与夹持间隙4-9相对设置。

本实施方式中控位夹3通过上滑轨11和下滑轨12能够实现在两个第一支撑杆1-3之间的升降运动，控位夹3通过上滑块13和下滑块14能够实现在上滑轨11和下滑轨12之间水平运动，控位夹3的双自由度的运动能够使其配合移动书架4中的任一一个夹持间隙4-9。

具体实施方式七：本实施方式为本实施方式一、二、三、四、五或六的进一步限定，下滑块14上设置有识别摄像头15，识别摄像头15设置在引导缝隙9的正下方。

本实施方式中识别摄像头15为现有产品，用于采集引导缝隙9处的图像信息并传递给控制中心。

具体实施方式八：本实施方式为本实施方式一、二、三、四、五、六或七的进一步限定，推送组件2包括横置滑轨2-1、连接滑块2-2、驱动电机2-3、推送电机2-4、托架2-5、定位套2-6和推送杆2-7，横置滑轨2-1水平设置在两个第二支撑杆1-4的外壁上，横置滑轨2-1的两端分别与两个第二支撑杆1-4滑动配合，横置滑轨2-1的端部设置有配合横置滑轨2-1在两个第二支撑杆1-4上往复运动的驱动电机2-3，横置滑轨2-1的内侧壁沿其长度方向设置滑道，连接滑块2-2设置在滑道内且二者滑动配合，托架2-5设置在连接滑块2-2上，定位套2-6设置在托架2-5上，推送杆2-7穿设在定位套2-6内，推送电机2-4的输出端穿过定位套2-6与推送杆2-7相连接，推送杆2-7在推送电机2-4的带动下在定位套2-6内往复移动。

具体实施方式九：本实施方式为本实施方式一、二、三、四、五、六、七或八的进一步限定，移动书架4的设置个数为两个。

具体实施方式十：本实施方式为本实施方式一、二、三、四、五、六、七、八或九的进一步限定，总支撑框架1的底部配合设置有移动小车10。移动小车10为带有移动轮的平台式移动结构，为现有产品，其移动轨迹通过控制中心的既定程序进行控制。

进一步的，移动小车10具体为寻路小车，寻路小车与总支撑框架1的底部可拆卸连接，总支撑框架1通过寻路小车为其提供移动能力。

本发明中竖直轨道8与抬升电机7配合，为移动书架4提供升降动力，竖直轨道8的最佳设置个数为四个，四个竖直轨道8分布于上盖板1-1的四个端角处。

本发明中夹板4-3、第一摆动杆4-5、第二摆动杆4-6和竖杆4-8之间形成一个平行四杆机构，当目标书籍5放置在底板4-2后，由于自身重力，将底板4-2压下，底板4-2的齿条4-4带动齿轮4-7，并带动与齿轮4-7固连的第一摆动杆4-5，第一摆动杆4-5带动夹板4-3，将目标书籍5夹紧，并将其保持在竖直位姿。

本发明中推送组件2的推送杆2-7的宽度可调，以此达到可推送不同数量的目标书籍5的目的。

本发明中控位夹3设置在上滑块13和下滑块14之间，控位夹3中每个单板3-1的上端和下端分别通过扭簧与上滑块13和下滑块14相连接。

进一步的，扭簧替换为拉簧。

具体实施方式十一：本实施方式为本实施方式一、二、三、四、五、六、七、八、九或十的进一步限定，托板4-1配合设置有弹性件，用于实现托板4-1的快速复位效果，目标书籍5离开托板4-1后，托板4-1在弹性件的回弹下复位。

具体实施方式十二：本实施方式为本实施方式一、二、三、四、五、六、七、八、九、十或十一的进一步限定，如图14、图15、图16、图17和图18所示，推送杆2-7的一端为连接端，推送杆2-7的另一端推送端，推送端设置有推送头2-8，推送头2-8为宽度可调的端头，能够推送不同宽度的目标书籍5。

进一步的，推送头2-8包括连接块2-8-1、中间杆2-8-2和两个分杆2-8-3，连接块2-8-1上加工有中心孔，中间杆2-8-2的一端穿过连接块2-8-1的中心孔与推送杆2-7的推送端固定连接制为一体，中间杆2-8-2与中心孔滑动配合，两个分杆2-8-3分别设置在中间杆2-8-2的两侧，每个分杆2-8-3的一端与连接块2-8-1相铰接，每个分杆2-8-3的内侧壁与中间杆2-8-2的侧壁相接触，分杆2-8-3的转动动作通过中间杆2-8-2伸出或缩回中心孔的移动动作带动而实现，当中间杆2-8-2在推送杆2-7的带动下从中心孔作出伸出动作时，两个分杆2-8-3通过中间杆2-8-2的移动作出相对分开动作，从而实现推送头2-8的张开动作，当中间杆2-8-2在推送杆2-7的带动下从中心孔作出缩回动作时，两个分杆2-8-3通过中间杆2-8-2的移动作出相对合拢动作，从而实现推送头2-8的闭合动作，两个分杆2-8-3之间实现的张开或闭合动作实现夹持宽度的变化，从而用于夹持不同厚度的目标书籍5，因夹持宽度可变，增强本发明夹持书籍的灵活性。

进一步的，每个分杆2-8-3朝向中间杆2-8-2的顶部内侧壁上加工有放置槽16，放置槽16沿分杆2-8-3的长度方向设置，每个分杆2-8-3对应设置有辅助杆2-8-4，辅助杆2-8-4的一端铰接在放置槽16内，辅助杆2-8-4的另一端铰接在中间杆2-8-2的另一端。

进一步的，辅助杆2-8-4的一端铰接在放置槽16靠近连接块2-8-1的一端处，辅助杆2-8-4的长度与放置槽16的长度相配合，放置槽16用于放置辅助杆2-8-4。当两个分杆2-8-3通过中间杆2-8-2的移动作出相对合拢动作，每个辅助杆2-8-4处于其对应的放置槽16内，当中间杆2-8-2在推送杆2-7的带动下从中心孔作出缩回动作时，辅助杆2-8-4处于分杆2-8-3和中间杆2-8-2之间。

具体实施方式十三：本实施方式为本实施方式一、二、三、四、五、六、七、八、九、十、十一或十二的进一步限定，本实施方式中存书的整体顺序分为三个步骤：

第一步：识别存书架中待存放书籍，即为识别存书架中目标书籍5；

第二步：寻找待归位书架所在位置，通过控制中心寻找待归位书架所在位置；

第三步：控制中心控制移动小车10移动，控制推送组件2、控位夹3和移动书架4相配合实现对目标书籍5的归位过程。

第一步的操作过程为：

推送组件2中的驱动电机2-3带动推送杆2-7从上向下，从左向右运动，通过推送杆2-7上设置有扫描装置或其他信息识别装置，扫描装置将编码信息通过WiFi或其他无线通信方式上传给主机，主机检索出书籍信息后，再将待归还书籍的入库信息通过WiFi传递给本发明的控制中心，再将待归还书籍的入库信息通过wifi传递给本发明控制中心的总控制芯片；附在推送杆2-7上的识别装置，随推送杆2-7的移动连续扫描同一层书本书籍，将目标书籍5信息传递给总控制芯片，通过总控制芯片分析出出现的两种情况，两种情况分别为书籍顺序摆放与书籍乱序摆放。

上述操作中待归还书籍的入库信息包括并不限于书籍所在图书室，所在书架及层数，书籍纸张开本及书籍厚度；相应数据需要在书籍入库时进行采集并加入数据库。

当书籍顺序摆放时：推送杆2-7扫描该层书籍，至书籍不同号且不连号为止，且同次扫描书籍数量不超过三本。推送杆2-7将根据书籍的相同及连号数量，传递给总控制芯片，总控制芯片调取数据库中的书记厚度信息，并计算此次推送目标书籍5的总厚度，总控制芯片将确定推送策略，调节推送头宽度，此时推送头2-7-2的宽度应当处于小于等于此次目标书籍5的总厚度，并将推送头2-7-2对准此次目标书籍5的宽度中心点。

当书籍乱序摆放时：将推送杆2-7扫描获得的该层书籍位置信息传递给移动小车10控制芯片，根据书籍的位置信息规划移动小车10的移动路径；到达相应位置后，推送杆2-7重新扫描该层书籍，识别到此次须存放的书籍后，再向后扫描两本书籍，将目标书籍5的书籍信息传递至总控制芯片，总控制芯片根据此三本书籍的信息，具体信息为判定书籍连号或不连号、相同或不相同的信息，从而对应调节推送头2-7-2的夹持宽度，此时推送头2-7-2的夹持宽度与目标书籍5的总厚度相配合，并将推送头2-7-2对准此次存放书籍的宽度中心点。由于移动书架4的结构，当书籍乱序排放时推送杆2-7需要重复扫描书籍信息，延长了一个工作流程的时间，因此要求图书管理人员在向图书管理机器人放置书籍时，应当按顺序摆放。

第二步的操作过程为：根据方案9中所识别的书籍基本信息，确定书籍所在的具体分区位置、房间位置、书架位置及书架层数的信息，总控制芯片将此地址信息传递给移动小车10，移动小车10根据上述的信息，移动至具体位置。

第三步的操作过程为：移动至具体书架旁后，总控制芯片将推送杆2-7的位置信息传递给用于控制控位夹3的芯片，控制控位夹3对准待归还书籍，控位夹3、移动书架4与推送杆2-7同时移动至待归还书籍应存放的层数，然后通过移动小车10移动，通过设置在控位夹3上的扫描摄像装置或其他信息识别装置，识别书架中已存在书籍，确定待归还书籍的具体位置，控位夹3在对准相应位置后，总控制芯片将信息传递至移动小车10的控制芯片，移动小车10移动，将机器人整体靠近书架，控位夹3抵在相应的书缝中，通过附在单板3-1两侧的距离传感器，确定传感器位置距书架距离、以及单板3-1抵入深度，并将此距离信息传递给总控制芯片，总控制芯片计算出推送杆2-7运动距离后，控制推送杆2-7将待存放书籍推送归位，推送距离公式为：推送距离＝书籍书脊距书架边缘长度+单板3-1传感器所测长度，书籍书脊距书架边缘长度＝书籍开本宽度+托板距单板3-1传感器长度。

每完成一层移动书架4的书籍存放工作后，推送杆2-7将重新扫描该层，确定无遗漏书籍后，将信息传递至总控制芯片，空载的移动书架4由抬升电机7抬升至顶，并由移动书架4上配置的限位开关和距离传感器控制具体位置，防止移动书架4与总支撑框架1间的碰撞挤压。

重复上述步骤，将所有书籍归为完毕后，传递结束信号至总控制芯片，总控制芯片发送返回信号至移动小车10的控制芯片，由移动小车10带回图书馆还书处，同时移动书架4通过抬升电机7提供动力，限位开关与距离传感器控制每层级之间距离，将所有移动书架4移动至适合图书管理员装载书籍的高度。在图书管理人员再次将待归位书籍放置完成后，总控制芯片控制所有移动书架4移动回原有位置，即由下向上的相应层数，以降低机器人整体重心，使在移动小车10运动时，整体结构更加平稳。

上述过程中适合图书管理员装载书籍的高度的取值范围为1～1.2m。

本发明中控位夹3的操作过程为：

两个单板3-1的另一侧之间形成有配合目标书籍5的引导缝隙9，引导缝隙9与夹持间隙4-9相对设置，控位夹3处于未夹持目标书籍5时，两个单板3-1处于常闭位置，成锐角状态设置，引导缝隙9为三角形缝隙9，当将待归位目标书籍5送回的过程中，经识别摄像头15识别确定目标书籍5的位置后，控位夹3通过上滑块13和下滑块14带动至送回位置，整个图书管理机器人通过移动小车10向书架靠近，将控位夹3抵入待归位书籍两侧的书籍之间，当目标书籍5从移动书架4被推送组件2推送时，两个单板3-1被目标书籍5挤开，并将书架两侧书本分开，直至目标书籍5被推送至原位即可。

本发明中推送组件2的推送杆2-7的移动顺序为从下向上，从左向右运动，通过推送杆2-7上设置的摄像头或是其他信息识别装置，识别目标书籍5的入库信息；推送杆2-7将连续扫描书本书籍，直到书籍不相同且不连号。

推送杆2-7将根据书籍的相同及连号数量，调节推送杆2-7的推送头宽度，并确定推送策略，具体选择同时推送或是分次推送即可。

本发明存书顺序为根据控制中心所识别的书籍基本信息，确定目标书籍5所在的具体分区位置、房间位置、书架位置及书架层数等，移动小车10根据上述的信息找到具体位置。

本发明存书的具体操作过程如下：

移动小车10带动本发明至具体书架旁后，控位夹3和推送杆2-7相配合对准目标书籍5，并同时移动至目标书籍5应存放的层数，然后通过移动小车10移动，通过设置在控位夹3下方的识别摄像头15，识别书架中的目标书籍5，确定目标书籍5的具体位置，控位夹3在对准相应位置后，通过移动小车5的移动，将本发明整体靠近书架，控位夹3抵在相应的书缝中，而后推送杆2-7将目标书籍5推送归位。

本发明中的轴转动部位均采用滚动轴承。

本发明的推送组件2配合设置有第一限位开关，防止横置滑轨2-1运动过量。

本发明的总支撑框架1上设置有第二限位开关，限制存书架运动范围，防止书籍书架间挤压，防止存书架与总支撑框架1之间的碰撞。

本发明的控位夹3外侧设置摄像头或其他信息识别装置，以获取书架中书籍信息；并在两个单板3-1外侧设置位置传感器，用以检测控位夹3的抵入深度。

本发明的总支撑框架1外壁上还配合设置距离传感器，以此防止本发明外侧突出部件的刮蹭。

本发明的移动书架4放置目标书籍的工作原理为：

位于底层的移动书架4尽量放置图书馆中位于书架下部的书籍，中间位置的移动书架4要避免存放顶层或底层的书籍，位于顶层的移动书架4要避免存放过于靠下的书籍。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种图书馆机器人的执行机构，其特征在于：包括总支撑框架(1)、推送组件(2)、控位夹(3)和至少一个移动书架(4)；

所述总支撑框架(1)竖直设置，至少一个移动书架(4)设置在总支撑框架(1)内，移动书架(4)内设置有目标书籍(5)，移动书架(4)沿总支撑框架(1)的高度方向往复运动，控位夹(3)和推送组件(2)均设置在总支撑框架(1)上，推送组件(2)沿总支撑框架(1)的高度方向和/或长度方向往复运动，推送组件(2)朝向移动书架(4)的一侧设置，控位夹(3)沿总支撑框架(1)的高度方向和/或长度方向往复运动，控位夹(3)朝向移动书架(4)的另一侧设置，所述推送组件(2)将移动书架(4)内的目标书籍(5)通过控位夹(3)推送至书籍存放的指定位置。

2.根据权利要求1所述的一种图书馆机器人的执行机构，其特征在于：移动书架(4)包括托板(4-1)、N个底板(4-2)、2N个夹板(4-3)、4N个第一摆动杆(4-5)、4N个第二摆动杆(4-6)和4N个竖杆(4-8)，托板(4-1)水平设置在总支撑框架(1)内，4N个竖杆(4-8)竖直并列设置在托板(4-1)的两侧，N个底板(4-2)并列设置在托板(4-1)上，每个底板(4-2)的两侧分别竖直设置有两个夹板(4-3)，底板(4-2)底部的每个端角处设置有一个齿条(4-4)，处于同一个底板(4-2)上的两个夹板(4-3)的相对侧面为夹持面，两个夹持面之间形成有配合目标书籍(5)的夹持间隙(4-9)，每个夹板(4-3)的外侧面底部并列设置有两个第一摆动杆(4-5)，每个第一摆动杆(4-5)上设置有齿轮(4-7)，每个齿轮(4-7)与其靠近的齿条(4-4)相啮合，每个夹板(4-3)的外侧面顶部并列设置有两个第二摆动杆(4-6)，第二摆动杆(4-6)与竖杆(4-8)一一对应设置，每个第二摆动杆(4-6)的一端铰接在夹板(4-3)的外侧面上，每个第二摆动杆(4-6)的另一端铰接在其对应的竖杆(4-8)上。

3.根据权利要求2所述的一种图书馆机器人的执行机构，其特征在于：托板(4-1)包括水平板(4-1-1)和两个竖板(4-1-2)，水平板(4-1-1)水平设置，两个竖板(4-1-2)竖直并列设置在水平板(4-1-1)的两端，水平板(4-1-1)沿其板厚方向加工有多个啮合用放置孔(6)。

4.根据权利要求2或3所述的一种图书馆机器人的执行机构，其特征在于：托板(4-1)的两侧外壁上分别设置有多个抬升电机(7)，每个抬升电机(7)对应设置有一个竖直轨道(8)，每个竖直轨道(8)竖直设置在总支撑框架(1)内，每个竖直轨道(8)的上端和下端分别与总支撑框架(1)的顶部和底部固定连接，每个抬升电机(7)套装在其对应的竖直轨道(8)上，托板(4-1)通过多个抬升电机(7)沿多个竖直轨道(8)的长度方向作出往复运动。

5.根据权利要求1所述的一种图书馆机器人的执行机构，其特征在于：总支撑框架(1)包括上盖板(1-1)、底座(1-2)、两个第一支撑杆(1-3)和两个第二支撑杆(1-4)，上盖板(1-1)和底座(1-2)从上至下依次水平设置，底座(1-2)为方形座体，两个第一支撑杆(1-3)竖直并列在上盖板(1-1)和底座(1-2)之间，两个第一支撑杆(1-3)之间滑动配合有控位夹(3)，两个第二支撑杆(1-4)竖直并列在上盖板(1-1)和底座(1-2)之间，两个第二支撑杆(1-4)之间滑动配合有推送组件(2)。

6.根据权利要求5所述的一种图书馆机器人的执行机构，其特征在于：两个第一支撑杆(1-3)之间水平设置有上滑轨(11)和下滑轨(12)，上滑轨(11)设置在下滑轨(12)的上方，上滑轨(11)和下滑轨(12)沿第一支撑杆(1-3)的高度方向往复运动，上滑轨(11)上滑动配合有上滑块(13)，下滑轨(12)上滑动配合有下滑块(14)，控位夹(3)设置在上滑块(13)和下滑块(14)之间，控位夹(3)包括两个单板(3-1)，每个单板(3-1)一侧的上端和下端分别与上滑块(13)和下滑块(14)相铰接，两个单板(3-1)的另一侧之间形成有配合目标书籍(5)的引导缝隙(9)，引导缝隙(9)与夹持间隙(4-9)相对设置。

7.根据权利要求6所述的一种图书馆机器人的执行机构，其特征在于：下滑块(14)上设置有识别摄像头(15)，识别摄像头(15)设置在引导缝隙(9)的正下方。

8.根据权利要求5、6或7所述的一种图书馆机器人的执行机构，其特征在于：推送组件(2)包括横置滑轨(2-1)、连接滑块(2-2)、驱动电机(2-3)、推送电机(2-4)、托架(2-5)、定位套(2-6)和推送杆(2-7)，横置滑轨(2-1)水平设置在两个第二支撑杆(1-4)的外壁上，横置滑轨(2-1)的两端分别与两个第二支撑杆(1-4)滑动配合，横置滑轨(2-1)的端部设置有配合横置滑轨(2-1)在两个第二支撑杆(1-4)上往复运动的驱动电机(2-3)，横置滑轨(2-1)的内侧壁沿其长度方向设置滑道，连接滑块(2-2)设置在滑道内且二者滑动配合，托架(2-5)设置在连接滑块(2-2)上，定位套(2-6)设置在托架(2-5)上，推送杆(2-7)穿设在定位套(2-6)内，推送电机(2-4)的输出端穿过定位套(2-6)与推送杆(2-7)相连接，推送杆(2-7)在推送电机(2-4)的带动下在定位套(2-6)内往复移动。

9.根据权利要求1所述的一种图书馆机器人的执行机构，其特征在于：移动书架(4)的设置个数为两个。

10.根据权利要求1所述的一种图书馆机器人的执行机构，其特征在于：总支撑框架(1)的底部配合设置有移动小车(10)。

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