CN112249569B - 图书馆图书智能取还系统 - Google Patents

Abstract

图书馆图书智能取还系统，包括书柜、图书中转装置、机械爪移动驱动机构及机械爪；图书中转装置设置在任一存书区间内，其用于暂时存放图书；机械爪移动驱动机构设置在书柜前端；机械爪与机械爪移动驱动机构关联，其被机械爪移动驱动机构带动在竖直平面内移动，进而可通过敞口A从任一存书区间取出或装入图书。本发明应用于图书馆的图书管理，一方面能实现指定图书的快速检索定位，极大提高了借阅和归还图书的效率，另一方面能实现书柜中图书的自动取出和装入，减轻了图书管理员和读者的人力消耗。

Description

图书馆图书智能取还系统

技术领域

本发明涉及智能装备制造技术领域，特别是一种图书馆图书智能取还系统。

背景技术

图书馆中的藏书量巨大，图书通常按照类别放置在不同的书架上，并按照一定的编号及顺序在书架上排列。在借阅或归还图书时，首先需要人工去查找图书类别、编号或排列位置，再将图书取出或归还。其人工成本较高，耗费时间较长，而且在还书时容易出现放错位置的情况。因此，设计一种能快速借阅、归还、整理图书馆藏书的图书智能管理系统及相应的图书管理方法显得非常重要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种图书馆图书智能取还系统，它解决了现有的图书馆管理模式中，在借阅或归还图书时，人工成本高，费时费力且容易出错的问题。

本发明的技术方案是：图书馆图书智能取还系统，包括书柜、图书中转装置、机械爪移动驱动机构及机械爪；书柜内部设有多个用于存放图书的存书区间，书柜前端设有连通至每个存书区间的敞口A；图书中转装置设置在任一存书区间内，其用于暂时存放图书；机械爪移动驱动机构设置在书柜前端；机械爪与机械爪移动驱动机构关联，其被机械爪移动驱动机构带动在竖直平面内移动，进而可通过敞口A从任一存书区间取出或装入图书。

本发明进一步的技术方案是：书柜的每个存书区间的下端底面上设有滑槽A，滑槽A的延伸方向与存书区间内放置的图书的排列方向一致；书柜的每个存书区间内均设有图书压紧组件，图书压紧组件包括滑块A和端板，滑块A的数量为两个，两个滑块A活动安装在滑槽A内，端板的数量为两块，两块端板分别固接在两个滑块A上，并相互正对。

本发明进一步的技术方案是：图书中转装置包括书篮、书篮转动驱动机构、图书定位机构、挡臂及挡臂转动驱动机构；

书篮包括书篮主体和转轴；书篮主体呈U形槽状，其内部设有两面相对布置的内侧壁A和内侧壁B，其一端设有用于取出或装入图书的敞口B，敞口B与书柜的敞口A朝向相同；转轴固定连接在书篮主体下端，转轴两端活动安装在存书区间的下端底面上；

书篮转动驱动机构安装在存书区间内，并与书篮主体关联，以驱动书篮主体绕转轴转动；

图书定位机构安装在书篮主体内，其用于将放置于书篮主体内的图书进行临时固定；

挡臂呈U形，其两端铰接在书篮主体的两面外侧壁上，其可绕铰接点转动，进而敞开或隔断书篮主体的敞口B；

挡臂转动驱动机构安装在书篮主体的外侧壁上，并与挡臂关联，以驱动挡臂绕铰接点转动，进而敞开或隔断书篮主体的敞口B。

本发明再进一步的技术方案是：图书定位机构包括电机A、螺杆A、螺母A、滑轨、连接杆A、推板、压力传感器A和压力传感器B；电机A固定安装在书篮主体的内侧壁A上，螺杆A水平布置并与电机A的机轴连接，螺母A螺纹连接在螺杆A上，螺母A下端活动安装在滑轨内，滑轨固定安装在书篮主体内部下端底面上，连接杆A一端固定连接在螺母A上，另一端与推板固定连接，推板随着螺母A同步运动进而靠近或远离书篮主体的内侧壁B，推板与书篮主体的内侧壁B之间形成图书夹持区，压力传感器A嵌入式安装在推板上；压力传感器B嵌入式安装在图书夹持区下端的书篮主体底面上；

书篮转动驱动机构包括直流减速电机A；直流减速电机A固定安装在书柜的存书区间的下部，并与转轴连接，以驱动书篮主体绕转轴在水平状态与倾斜状态之间转动，当书篮主体在水平状态下，其敞口B朝向敞口A的正前方，当书篮主体在倾斜状态下，其敞口B朝向敞口A的斜下方；

挡臂转动驱动机构包括直流减速电机B；直流减速电机B固定安装在书篮主体的外侧壁上，并与挡臂连接，以驱动挡臂绕绕铰接点转动，进而敞开或隔断书篮主体的敞口B。

本发明更进一步的技术方案是：直流减速电机A的数量为两个，两个直流减速电机A分别连接在转轴的两端头上；直流减速电机B的数量为两个，两个直流减速电机B分别安装在书篮主体的两面外侧壁上，并分别与挡臂的两处铰接点连接。

本发明更进一步的技术方案是：机械爪移动驱动机构包括设在书柜两侧的两组竖向移动组件和设在两组竖向移动组件之间的横向移动组件；竖向移动组件包括电机B、丝杆B及螺母B；电机B固定安装在书柜上端角处；丝杆B竖直布置并位于书柜的侧边处，其上端通过联轴器与电机B连接，其下端活动安装在书柜下端角处；螺母B螺纹连接在丝杆B上；横向移动组件包括安装板、电机C、丝杆C及螺母C；安装板水平布置并固定连接在两组竖向移动组件的螺母B之间；电机C固定安装在安装板上；丝杆C水平布置并垂直于丝杆B，其一端通过联轴器与电机C连接，其另一端活动安装在安装板上；螺母C螺纹连接在丝杆C上。

本发明更进一步的技术方案是：机械爪包括基座、滑块B、滑块平移驱动组件、夹取器及夹取器转动驱动组件；

基座固定连接在机械爪移动驱动机构的螺母C上，其上设有滑槽B；

滑块B活动安装在基座的滑槽B上；

滑块平移驱动组件与滑块B关联，以驱动滑块B沿基座的滑槽B滑动；

夹取器铰接安装在基座上，其可绕铰接点在竖直平面内转动；

夹取器转动驱动组件安装在基座上，并与夹取器关联，以驱动夹取器绕其铰接点转动。

本发明更进一步的技术方案是：滑块平移驱动组件包括电机D、丝杆D及螺母D；电机D固定安装在基座上；丝杆D水平布置并位于基座上端，其一端与电机D的机轴连接，另一端与螺母D螺纹连接；螺母D固定连接在滑块B上；

夹取器包括框架A、下夹条、上夹条移动驱动机构、上夹条及压力传感器C；框架A铰接在滑块B的上端；下夹条固定连接在框架A下端，并向滑块B的外侧伸出；上夹条移动驱动机构包括电机E、丝杆E和螺母E；电机E固定安装在框架A下端；丝杆E下端与电机E的机轴连接，上端活动安装在框架A上端；螺母E螺纹连接在丝杆E上；上夹条固定连接在螺母E上，并位于下夹条的正上方，其随螺母E移动而靠近或远离下夹条；压力传感器C嵌入式安装在上夹条内；

夹取器转动驱动组件包括框架B、电机F、丝杆F、螺母F及连接杆B；框架B固定安装在滑块B上端；电机F固定安装在框架B上；丝杆F一端与电机F的机轴连接，另一端活动安装在框架B上；螺母F螺纹连接在丝杆F上；连接杆B一端铰接在螺母F上，另一端铰接在夹取器的框架A上。

本发明更进一步的技术方案是：机械爪还包括还取书辅助机构；还取书辅助机构包括挡条运动驱动组件和挡条；两组挡条转动驱动组件分别设置在滑块B的两侧，挡条运动驱动组件包括安装座A、电机G、丝杆G、螺母G、安装座B、电机H、丝杆H、螺母H、步进电机及连接杆C；安装座A固定连接在滑块B的一侧；电机G固定安装在安装座A上；丝杆G呈水平布置且垂直于丝杆D，其一端与电机G连接，另一端活动安装在安装座A上；螺母G螺纹连接在丝杆G上；安装座B铰接在滑块B的一侧，并位于安装座A的上端；电机H固定安装在安装座B上；丝杆H垂直于丝杆D布置，其一端与电机H连接，另一端活动安装在安装座B上；螺母H螺纹连接在丝杆H上；步进电机固定安装在螺母H上；连接杆C一端铰接在螺母G上，另一端铰接在安装座B上；两条挡条均呈竖向布置并分别在下端与步进电机的机轴连接，两条挡条之间形成书本定位区域。

本发明更进一步的技术方案是：其还包括主控计算机、操作终端及扫码模块；主控计算机分别与操作终端及扫码模块无线通信连接；扫码模块安装在滑块B上，并位于夹取器的下夹条的正下方。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、其应用于图书馆的图书管理，一方面能实现指定图书的快速检索定位，极大提高了借阅和归还图书的效率，另一方面能实现书柜中图书的自动取出和装入，减轻了图书管理员和读者的人力消耗。

2、其应用于图书馆的图书管理，能按照预设的图书摆放顺序对当前的图书摆放顺序进行核查和纠错，避免了读者或图书管理员将图书放入错误的位置而导致图书摆放顺序错乱，进而影响正常的图书管理。

以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明在一种视角下的结构示意图；

图2为本发明在另一视角下的结构示意图；

图3为图书中转装置在敞口B敞开时的结构示意图；

图4为图书中转装置在敞口B隔断时的结构示意图；

图5为机械爪在一种视角下的结构示意图；

图6为机械爪在另一视角下的结构示意图；

图7为上夹条的结构示意图；

图8为取书方法S03步骤的状态图；

图9为还书方法S05步骤的状态图。

具体实施方式

实施例1：

如图1-7所示，图书馆图书智能取还系统，包括书柜1、图书中转装置2、机械爪移动驱动机构、机械爪4、主控计算机(图中未示出)、操作终端(图中未示出)及扫码模块5。

书柜1内部设有多个用于存放图书的存书区间11，书柜1前端设有连通至每个存书区间11的敞口A。书柜1的每个存书区间11的下端底面上设有滑槽A12，滑槽A12的延伸方向与存书区间11内放置的图书的排列方向一致。书柜1的每个存书区间11内均设有图书压紧组件，图书压紧组件包括滑块A13和端板14，滑块A13的数量为两个，两个滑块A13活动安装在滑槽A12内，端板14的数量为两块，两块端板14分别固接在两个滑块A13上，并相互正对。

图书中转装置2设置在任一存书区间11内，其用于暂时存放图书。图书中转装置2包括书篮、书篮转动驱动机构、图书定位机构、挡臂24及挡臂转动驱动机构。

书篮包括书篮主体211和转轴212。书篮主体211呈U形槽状，其内部设有两面相对布置的内侧壁A2111和内侧壁B2112，其一端设有用于取出或装入图书的敞口B，敞口B与书柜1的敞口A朝向相同。转轴212固定连接在书篮主体211下端，转轴212两端活动安装在存书区间11的下端底面上。

书篮转动驱动机构用于驱动书篮主体211绕转轴212转动。书篮转动驱动机构包括直流减速电机A221。直流减速电机A221固定安装在书柜1的存书区间11的下部，并与转轴212连接，以驱动书篮主体211绕转轴212在水平状态与倾斜状态之间转动，当书篮主体211在水平状态下，其敞口B朝向敞口A的正前方(此时书篮主体的内部下端底面呈水平状态)，当书篮主体211在倾斜状态下，其敞口B朝向敞口A的斜下方(此时书篮主体的内部下端底面呈倾斜状态)。

图书定位机构用于将放置于书篮主体211内的图书进行临时固定。图书定位机构包括电机A231、螺杆A232、螺母A233、滑轨234、连接杆A235、推板236、压力传感器A(图中未示出)和压力传感器B(图中未示出)。电机A231固定安装在书篮主体211的内侧壁A2111上，螺杆A232水平布置并与电机A231的机轴连接，螺母A233螺纹连接在螺杆A232上，螺母A233下端活动安装在滑轨234内，滑轨234固定安装在书篮主体211的内部下端底面上，连接杆A235一端固定连接在螺母A233上，另一端与推板236固定连接，推板236随着螺母A233同步运动进而靠近或远离书篮主体211的内侧壁B2112，推板236与书篮主体211的内侧壁B2112之间形成图书夹持区237，压力传感器A嵌入式安装在推板236上，压力传感器B嵌入式安装在图书夹持区237下端的书篮主体211底面上。

挡臂24呈U形，其两端铰接在书篮主体211的两面外侧壁上，其可绕铰接点转动，进而敞开或隔断书篮主体211的敞口B。

挡臂转动驱动机构用于驱动挡臂24绕铰接点转动，进而敞开或隔断书篮主体211的敞口B。挡臂转动驱动机构包括直流减速电机B251。直流减速电机B251固定安装在书篮主体211的外侧壁上，并与挡臂24连接，以驱动挡臂24绕绕铰接点转动，进而敞开或隔断书篮主体211的敞口B。

机械爪移动驱动机构设置在书柜1前端。机械爪移动驱动机构包括设在书柜1两侧的两组竖向移动组件和设在两组竖向移动组件之间的横向移动组件。竖向移动组件包括电机B311、丝杆B312及螺母B313。电机B311固定安装在书柜1上端角处。丝杆B312竖直布置并位于书柜1的侧边处，其上端通过联轴器与电机B311连接，其下端活动安装在书柜1下端角处。螺母B313螺纹连接在丝杆B312上。横向移动组件包括安装板321、电机C322、丝杆C323及螺母C324。安装板321水平布置并固定连接在两组竖向移动组件的螺母B313之间。电机C322固定安装在安装板321上。丝杆C323水平布置并垂直于丝杆B312，其一端通过联轴器与电机C322连接，其另一端活动安装在安装板321上。螺母C324螺纹连接在丝杆C323上。

机械爪4被机械爪移动驱动机构带动在竖直平面内移动，进而可通过敞口A从任一存书区间11取出或装入图书。机械爪4包括基座41、滑块B42、滑块平移驱动组件、夹取器及夹取器转动驱动组件。

基座41固定连接在机械爪移动驱动机构的螺母C324上，其上设有滑槽B411。

滑块B42活动安装在基座41的滑槽B411上。

滑块平移驱动组件用于驱动滑块B42沿基座41的滑槽B411滑动。滑块平移驱动组件包括电机D431、丝杆D432及螺母D433。电机D431固定安装在基座41上。丝杆D432水平布置并位于基座41上端，其一端与电机D431的机轴连接，另一端与螺母D433螺纹连接。螺母D433固定连接在滑块B42上。

夹取器铰接安装在基座41上，其可绕铰接点在竖直平面内转动。夹取器包括框架A441、下夹条442、上夹条移动驱动机构、上夹条444及压力传感器C(图中未示出)。框架A441采用铰接方式连接在滑块B42的上端。下夹条442固定连接在框架A441下端，并向滑块B42的外侧伸出。上夹条移动驱动机构包括电机E4431、丝杆E4432和螺母E4433。电机E4431固定安装在框架A441的下端。丝杆E4432下端与电机E4431的机轴连接，上端活动安装在框架A411的上端。螺母E4433螺纹连接在丝杆E4432上。上夹条444固定连接在螺母E4433上，并位于下夹条442的正上方，其随螺母E4433移动而靠近或远离下夹条442。压力传感器C嵌入式安装在上夹条444内。

夹取器转动驱动组件用于驱动夹取器绕其铰接点转动。夹取器转动驱动组件包括框架B451、电机F452、丝杆F453、螺母F454及连接杆B455。框架B451固定安装在滑块B42上端。电机F452固定安装在框架B451上。丝杆F453一端与电机F452的机轴连接，另一端活动安装在框架B451上。螺母F454螺纹连接在丝杆F453上。连接杆B455一端铰接在螺母F454上，另一端铰接在夹取器的框架A411上。

操作终端为带有摄像头的智能手机。扫码模块5安装在滑块B42上，并位于夹取器的下夹条442的正下方。主控计算机分别与操作终端及扫码模块5无线通信连接。

优选，机械爪还包括还取书辅助机构。还取书辅助机构包括挡条运动驱动组件和挡条469。两组挡条转动驱动组件分别设置在滑块B42的两侧，挡条运动驱动组件包括安装座A461、电机G462、丝杆G463、螺母G、安装座B464、电机H465、丝杆H466、螺母H、步进电机467及连接杆C468。安装座A461固定连接在滑块B42的一侧。电机G462固定安装在安装座A461上。丝杆G463呈水平布置且垂直于丝杆D432，其一端与电机G462连接，另一端活动安装在安装座A461上。螺母G螺纹连接在丝杆G463上。安装座B464铰接在滑块B42的一侧，并位于安装座A461的上端。电机H465固定安装在安装座B464上。丝杆H466垂直于丝杆D432布置，其一端与电机H465连接，另一端活动安装在安装座B464上。螺母H螺纹连接在丝杆H466上。步进电机467固定安装在螺母H上。连接杆C468一端铰接在螺母G上，另一端铰接在安装座B464上。两条挡条469均呈竖向布置并分别在下端与步进电机467的机轴连接，两条挡条469之间形成书本定位区域。

还取书辅助机构的工作原理如下：电机G462启动时，带动螺母G沿丝杆G463移动，螺母G通过连接杆C468带动安装座B464绕其铰接点转动，使挡条469绕安装座B464的铰接点同步转动。电机H465启动时，带动螺母H沿丝杆H466移动，使挡条469靠近或远离另一根挡条469。步进电机467启动分别带动相连接的挡条469绕步进电机467的机轴转动，从达到靠近或远离书柜1的效果。

优选，直流减速电机A221的数量为两个，两个直流减速电机A221分别连接在转轴212的两端头上。直流减速电机B251的数量为两个，两个直流减速电机B251分别安装在书篮主体211的两面外侧壁上，并分别与挡臂24的两处铰接点连接。

简述本发明的工作流程：

图书馆图书智能取还系统可实现图书的智能存取，具体包括取书方法和还书方法。

在取书或还书之前，图书馆图书智能取还系统处于如下初始状态：

a、图书中转装置的挡臂24转动至下端极限位置，以敞开书篮主体211的敞口B；

b、图书中转装置的推板231处在最远离书篮主体211的内侧壁B2112的位置；

c、图书中转装置的书篮主体211处于水平状态；

d、机械爪4处在其运动行程最下端的最左侧或最右侧；

e、机械爪4的滑块B42处在其运动行程中远离书柜1的一端；

f、机械爪4的夹取器处于竖直状态，此状态下，丝杆E4432垂直于水平面；

g、机械爪的两条挡条469均处于竖直状态，此状态下，两条挡条469均垂直于水平面；

h、机械爪4的两条挡条469均处于彼此相距最远的位置。

在取书和还书之前，需进行前置准备工作如下：

S01，对每个书柜1分别编号，以区分不同的书柜1，对书柜1内的每个存书区间11分别编号，以区分不同的存书区间11；测量每本图书的厚度，并在每本图书的厚度边下端粘贴二维码，以区分不同的图书。

S02，将粘贴有二维码的图书竖立并左右紧邻放入存书区间11内的两块端板14之间，并使图书厚度边上的二维码朝向书柜1敞口A的外部，并使图书伸出在书柜1敞口A的外部至少有4cm的宽度；调节两块滑块A13在滑槽A12内的位置，一方面使两块端板14之间的图书依次压紧，另一方面使其中一块滑块A13压紧在存书区间11的内侧壁面上。

S03，测量机械爪4的两条挡条469在初始状态下的相对距离，由主控计算机控制挡条运动驱动组件产生动作，驱动两条挡条469在初始状态下同步、同速、保持竖直的向彼此靠近移动，记录移动过程，并获取挡条运动驱动组件的运行参数与两条挡条469之间的相对距离的对应关系，以便后续的自动化移动控制。

S04，以机械爪4的运动平面建立坐标系，再以机械爪4的初始位置作为该坐标系的原点，在该坐标系中标出每个存书区间11的位置和图书夹持区237的位置；由主控计算机规划出从坐标系原点分别移动至各个存书区间11的移动路径，以及从图书夹持区237移动至各个存书区间11的移动路径；由主控计算机控制机械爪移动驱动机构产生动作，带动机械爪4按照每条移动路径实际运行一次，然后记录每条移动路径对应的机械爪移动驱动机构的运行参数，以便后续的自动化移动控制；本步骤中，坐标系中标出的存书区间11的位置位于存书区间11的右端，定义存书区间11与滑块A13相互压紧的一端为右端，坐标系中标出的图书夹持区237的位置位于图书夹持区237的中心处。

S05，机械爪移动驱动机构产生动作，带动机械爪4移动，通过安装在机械爪4上的扫码模块5分别扫描每个存书区间11内放置的图书，扫描时，从存书区间11的一端向另一端扫描。

S06，主控计算机通过扫码模块5获取图书的基础信息、图书的区域信息、存书区间11内的图书顺序信息；然后将上述3种信息进行关联并储存；基础信息包括图书的书名、作者、出版社信息及厚度，区域信息包括图书所在的书柜及存书区间11编号。

优选，在前置准备工作的S02步骤中，对于厚度不超过2cm的图书，将其装入3cm厚度的硬壳书夹中，再将二维码粘贴于硬壳书夹下端。

优选，在前置准备工作的S02步骤中，二维码中包含的信息有书名、作者及出版社。

取书方法如下：

S01，检索图书：用户取书时，通过操作终端与主控计算机进行信息交互，进行图书的检索；找到目标图书后，通过操作终端确认取书，确认信息发送至主控计算机。

S02，机械爪定位到目标图书：

a、主控计算机查找到目标图书所在的书柜1和存书区间11，再控制机械爪移动驱动机构产生动作，使机械爪4按照相应的移动路径移动至对应的存书区间11；

b、扫码模块5识别当前位置图书的二维码，主控计算机结合图书顺序信息和当前位置图书的二维码信息，判断目标图书与当前位置图书的相对位置关系；

c、机械爪移动驱动机构产生动作，使机械爪4向目标图书移动，当扫码模块5识别到并且正对目标图书的二维码时，机械爪移动驱动机构停止动作，此时，机械爪4的夹取器正对目标图书。

S03，机械爪抓取目标图书：

a、滑块平移驱动组件产生动作，驱动滑块B42沿滑槽B411向靠近书柜1的方向移动，进而使夹取器靠近书柜1；夹取器的上夹条444伸入目标图书的正上方，夹取器的下夹条442紧邻并伸入目标图书的正下方，由于每本图书伸出在书柜1敞口A的外部至少有4cm的宽度，故夹取器的下夹条442能够伸入目标图书的正下方；

b、夹取器产生动作，使上夹条444向靠近下夹条442的方向移动，直至将目标图书牢固夹持在上夹条444与下夹条442之间；

c、挡条运动驱动组件产生动作，使两条挡条469在初始状态下同步、同速、保持竖直的向彼此靠近移动，当两条挡条469之间距离大于目标图书厚度0.5-1.0cm时停止移动；

d、一方面，夹取器转动驱动组件产生动作，使夹取器连带目标图书绕铰接点向远离书柜1的方向转动，使目标图书逐渐脱离存书区间11；另一方面，在目标图书逐渐脱离存书区间11的同时，挡条运动驱动组件产生动作，使两条挡条469在竖直平面内向靠近目标图书的方向转动，直至抵住目标图书两侧图书，从而在目标图书的两侧形成约束；一方面可防止目标图书的前后封皮散开，另一方面可防止取出目标图书时将目标图书两侧的图书带出(参看图8)；

e、目标图书完全脱离存书区间11后，一方面，挡条运动驱动组件产生动作，使两条挡条469转动至竖直，从而解除与目标图书两侧图书的相抵状态，另一方面，滑块平移驱动组件产生动作，使夹取器和目标图书远离书柜1；再一方面，主控计算机根据取出的目标图书另行保存变更后的图书顺序信息。

S04，将目标图书放入图书中转装置：

a、机械爪移动驱动机构产生动作，使机械爪4和目标图书移动至图书中转装置的图书夹持区237的正前方；

b、夹取器转动驱动组件产生动作，使夹取器连带目标图书绕铰接点向靠近图书中转装置的方向转动，直至将目标图书调整至竖直状态；

c、滑块平移驱动组件产生动作，使夹取器和目标图书伸入图书中转装置的图书夹持区237；

d、图书定位机构产生动作，使推板236向靠近内侧壁B2112的方向移动，使图书夹持区237变窄，从而将目标图书定位在图书夹持区237内；

e、夹取器产生动作，使上夹条444向远离下夹条442的方向移动，从而放松目标图书；

f、滑块平移驱动组件产生动作，使滑块B42向远离图书中转装置的方向移动，进而使夹取器退出图书中转装置的图书夹持区237。

S05，调整目标图书在图书中转装置中的位置：

a、挡臂转动驱动机构产生动作，驱动挡臂24转动至上端，从而隔断书篮主体211的敞口B；

b、图书定位机构产生动作，使推板236向远离内侧壁B2112的方向移动1-2mm，将处于定位状态的目标图书放松；

c、书篮转动驱动机构产生动作，驱动书篮主体211绕转轴212朝敞口A的斜下方转动，使书篮主体211倾斜，目标图书在自身重力作用下向下滑动，直至厚度边抵在挡臂24上；然后书篮转动驱动机构产生动作，驱动书篮主体211转动恢复为初始状态；

d、挡臂转动驱动机构产生动作，驱动挡臂24向下转动至极限位置，从而敞开书篮主体211的敞口B，此时，目标图书部分暴露在敞口B的外部，用户可直接从图书夹持区237中取出目标图书。

S06，压紧存书区间内松散的书堆：

a、机械爪移动驱动机构产生动作，使机械爪4移动至存书区间11内的二号端板的外侧；

b、滑块平移驱动组件产生动作，使滑块B42沿滑槽B411向靠近书柜1的方向移动，进而伸入存书区间11内；

c、机械爪移动驱动机构产生动作，使机械爪4向靠近二号端板的方向移动，通过滑块B42的侧面推动二号端板向一号端板的方向移动，进而通过二号端板推动松散的书堆压紧在一号端板上；

d、完成压紧操作后，图书馆图书智能取还系统中的各部件恢复初始状态；

本步骤中，压紧在存书区间11内侧壁面上的滑块A13所连接的端板14为一号端板，另一个滑块A13所连接的端板14为二号端板，二号端板的外侧为背向一号端板的一侧。

优选，取书方法的S01步骤中，用户可在操作终端输入书名和/或作者和/或出版社实现图书的检索。

优选，取书方法的S03步骤中，基于压力传感器C的检测数值，将目标图书在夹取器内受到的夹紧力控制在15-25N范围内。

优选，取书方法的S04步骤中，基于压力传感器A的检测数值，将目标图书在图书夹持区237内受到的压紧力控制在5-10N范围内。

还书方法如下：

S01，找到与待归还图书对应的书柜：

用户还书时，通过操作终端输入还书指令，扫描图书厚度面下端的二维码，扫描信息发送至主控计算机，主控计算机基于扫描信息查询到图书的基础信息和区域信息，然后将图书的基础信息和区域信息发送至发送至用户的操作终端，用户根据基础信息对待归还的图书进行核对，核对无误后，根据区域信息找到对应的书柜1，然后用户将待归还的图书放在目标书柜1对应的图书夹持区237。

S02，调整待归还图书在图书中转装置中的位置：

a、压力传感器B感应到图书放入图书夹持区237后，图书定位机构产生动作，使推板236向靠近内侧壁B2112的方向移动，使图书夹持区237变窄，从而将待归还的图书定位在图书夹持区237内；

b、图书定位机构产生动作，使推板236向远离内侧壁B2112的方向移动1-2mm，将处于定位状态的目标图书放松；

c、挡臂转动驱动机构产生动作，驱动挡臂24转动至上端，从而隔断书篮主体211的敞口B；

d、书篮转动驱动机构产生动作，驱动书篮主体211绕转轴212朝敞口A的斜下方转动，使书篮主体211倾斜，待归还的图书在自身重力作用下向下滑动，直至厚度边抵在挡臂上；然后书篮转动驱动机构产生动作，驱动书篮主体211转动恢复为初始状态；

e、挡臂转动驱动机构产生动作，驱动挡臂24向下转动至极限位置，从而敞开书篮主体211的敞口B，此时，待归还的图书部分暴露在敞口B的外部。

S03，机械爪抓取待归还图书：

a、机械爪移动驱动机构产生动作，驱动机械爪4移动至图书夹持区237的正前方，然后扫码模块5启动，以确定夹取器是否正对图书，并且验证当前图书是否为待归还的图书；

b、当夹取器正对图书，并且验证无误时，滑块平移驱动组件产生动作，驱动滑块B42沿滑槽B411向靠近书柜1的方向移动，进而使夹取器靠近书柜1；夹取器的上夹条444伸入待归还图书的正上方，夹取器的下夹条442紧邻且伸入待归还图书的正下方，由于待归还的图书部分暴露在敞口B的外部，故夹取器的下夹条442能够伸入目标图书的正下方；

c、夹取器产生动作，使上夹条444向靠近下夹条的方向移动，直至将待归还的图书牢固夹持在上夹条444与下夹条442之间。

S04，将待归还图书移动至其归还位置：

a、一方面，滑块平移驱动组件产生动作，驱动滑块B42沿滑槽B411向远离书柜1的方向移动，使夹取器连同待归还的图书离开图书夹持区237；另一方面，滑块B42移动的同时，夹取器转动驱动组件产生动作，驱动夹取器连同待归还的图书绕铰接点向远离书柜1的方向转动，使待归还的图书呈躺倒状态；再一方面，挡条运动驱动组件产生动作，使两条挡条469在初始状态下同步、同速、保持竖直的向彼此靠近移动，当两条挡条469之间距离大于目标图书厚度0.5-1.0cm时停止移动，从而在目标图书的两侧形成约束；可防止待归还图书的前后封皮散开；

b、机械爪移动驱动机构产生动作，驱动机械爪4移动至待归还图书对应的存书区间11外部；

c、启动扫码模块5扫描存书区间11内现有的图书，通过主控计算机确定待归还图书的归还位置；

d、机械爪移动驱动机构产生动作，驱动机械爪4移动至归还位置的正前方。

S05，将待归还图书塞入归还位置：

a、挡条运动驱动组件产生动作，一方面，使两条挡条469分别向彼此倾斜，直至两条挡条469的末端相抵而形成一个尖角，另一方面，使两条挡条469同步向存书区间11内侧转动，直至两条挡条469末端形成的尖角正对归还位置(参看图9)；

b、滑块平移驱动组件产生动作，驱动滑块B42沿滑槽B411向靠近书柜1的方向移动，使两条挡条469末端形成的尖角向存书区间11内部伸入，将归还位置扩开，使处在归还位置一侧或两侧的图书被挤开；

c、当待归还图书的下端进入归还位置后，一方面，挡条运动驱动组件产生动作，使两条挡条469恢复为竖直状态，另一方面，夹取器转动驱动机构产生动作，驱动夹取器向存书区间11的方向转动，使待归还的图书从躺倒状态变为竖直状态，从而将待归还的图书塞入归还位置。

S06，压紧存书区间内松散的书堆：

a、机械爪移动驱动机构产生动作，使机械爪4移动至存书区间11内的二号端板的外侧；

b、滑块平移驱动组件产生动作，使滑块B42沿滑槽B411向靠近书柜1的方向移动，进而伸入存书区间11内；

c、机械爪移动驱动机构产生动作，使机械爪4向靠近二号端板的方向移动，通过滑块B42的侧面推动二号端板向一号端板的方向移动，进而通过二号端板推动松散的书堆压紧在一号端板上；

d、完成压紧操作后，图书馆图书智能取还系统中的各部件恢复初始状态；

本步骤中，压紧在存书区间11内侧壁面上的滑块A13所连接的端板14为一号端板，另一个滑块A13所连接的端板14为二号端板，二号端板的外侧为背向一号端板的一侧。

Claims (8)

1.图书馆图书智能取还系统，包括书柜；书柜内部设有多个用于存放图书的存书区间，书柜前端设有连通至每个存书区间的敞口A；其特征是：书柜的每个存书区间的下端底面上设有滑槽A，滑槽A的延伸方向与存书区间内放置的图书的排列方向一致；书柜的每个存书区间内均设有图书压紧组件，图书压紧组件包括滑块A和端板，滑块A的数量为两个，两个滑块A活动安装在滑槽A内，端板的数量为两块，两块端板分别固接在两个滑块A上，并相互正对；

其还包括图书中转装置、机械爪移动驱动机构及机械爪；

图书中转装置设置在任一存书区间内，其用于暂时存放图书；图书中转装置包括书篮、书篮转动驱动机构、图书定位机构、挡臂及挡臂转动驱动机构；书篮包括书篮主体和转轴；书篮主体呈U形槽状，其内部设有两面相对布置的内侧壁A和内侧壁B，其一端设有用于取出或装入图书的敞口B，敞口B与书柜的敞口A朝向相同；转轴固定连接在书篮主体下端，转轴两端活动安装在存书区间的下端底面上；书篮转动驱动机构安装在存书区间内，并与书篮主体关联，以驱动书篮主体绕转轴转动；图书定位机构安装在书篮主体内，其用于将放置于书篮主体内的图书进行临时固定；挡臂呈U形，其两端铰接在书篮主体的两面外侧壁上，其可绕铰接点转动，进而敞开或隔断书篮主体的敞口B；挡臂转动驱动机构安装在书篮主体的外侧壁上，并与挡臂关联，以驱动挡臂绕铰接点转动，进而敞开或隔断书篮主体的敞口B；

机械爪移动驱动机构设置在书柜前端；

机械爪与机械爪移动驱动机构关联，其被机械爪移动驱动机构带动在竖直平面内移动，进而可通过敞口A从任一存书区间取出或装入图书。

2.如权利要求1所述的图书馆图书智能取还系统，其特征是：图书定位机构包括电机A、螺杆A、螺母A、滑轨、连接杆A、推板、压力传感器A和压力传感器B；电机A固定安装在书篮主体的内侧壁A上，螺杆A水平布置并与电机A的机轴连接，螺母A螺纹连接在螺杆A上，螺母A下端活动安装在滑轨内，滑轨固定安装在书篮主体内部下端底面上，连接杆A一端固定连接在螺母A上，另一端与推板固定连接，推板随着螺母A同步运动进而靠近或远离书篮主体的内侧壁B，推板与书篮主体的内侧壁B之间形成图书夹持区，压力传感器A嵌入式安装在推板上；压力传感器B嵌入式安装在图书夹持区下端的书篮主体底面上；

书篮转动驱动机构包括直流减速电机A；直流减速电机A固定安装在书柜的存书区间的下部，并与转轴连接，以驱动书篮主体绕转轴在水平状态与倾斜状态之间转动，当书篮主体在水平状态下，其敞口B朝向敞口A的正前方，当书篮主体在倾斜状态下，其敞口B朝向敞口A的斜下方；

挡臂转动驱动机构包括直流减速电机B；直流减速电机B固定安装在书篮主体的外侧壁上，并与挡臂连接，以驱动挡臂绕绕铰接点转动，进而敞开或隔断书篮主体的敞口B。

3.如权利要求2所述的图书馆图书智能取还系统，其特征是：直流减速电机A的数量为两个，两个直流减速电机A分别连接在转轴的两端头上；直流减速电机B的数量为两个，两个直流减速电机B分别安装在书篮主体的两面外侧壁上，并分别与挡臂的两处铰接点连接。

4.如权利要求1-3中任一项所述的图书馆图书智能取还系统，其特征是：机械爪移动驱动机构包括设在书柜两侧的两组竖向移动组件和设在两组竖向移动组件之间的横向移动组件；竖向移动组件包括电机B、丝杆B及螺母B；电机B固定安装在书柜上端角处；丝杆B竖直布置并位于书柜的侧边处，其上端通过联轴器与电机B连接，其下端活动安装在书柜下端角处；螺母B螺纹连接在丝杆B上；横向移动组件包括安装板、电机C、丝杆C及螺母C；安装板水平布置并固定连接在两组竖向移动组件的螺母B之间；电机C固定安装在安装板上；丝杆C水平布置并垂直于丝杆B，其一端通过联轴器与电机C连接，其另一端活动安装在安装板上；螺母C螺纹连接在丝杆C上。

5.如权利要求4所述的图书馆图书智能取还系统，其特征是：机械爪包括基座、滑块B、滑块平移驱动组件、夹取器及夹取器转动驱动组件；

基座固定连接在机械爪移动驱动机构的螺母C上，其上设有滑槽B；

滑块B活动安装在基座的滑槽B上；

滑块平移驱动组件与滑块B关联，以驱动滑块B沿基座的滑槽B滑动；

夹取器铰接安装在基座上，其可绕铰接点在竖直平面内转动；

夹取器转动驱动组件安装在基座上，并与夹取器关联，以驱动夹取器绕其铰接点转动。

6.如权利要求5所述的图书馆图书智能取还系统，其特征是：滑块平移驱动组件包括电机D、丝杆D及螺母D；电机D固定安装在基座上；丝杆D水平布置并位于基座上端，其一端与电机D的机轴连接，另一端与螺母D螺纹连接；螺母D固定连接在滑块B上；

夹取器包括框架A、下夹条、上夹条移动驱动机构、上夹条及压力传感器C；框架A铰接在滑块B的上端；下夹条固定连接在框架A下端，并向滑块B的外侧伸出；上夹条移动驱动机构包括电机E、丝杆E和螺母E；电机E固定安装在框架A下端；丝杆E下端与电机E的机轴连接，上端活动安装在框架A上端；螺母E螺纹连接在丝杆E上；上夹条固定连接在螺母E上，并位于下夹条的正上方，其随螺母E移动而靠近或远离下夹条；压力传感器C嵌入式安装在上夹条内；

夹取器转动驱动组件包括框架B、电机F、丝杆F、螺母F及连接杆B；框架B固定安装在滑块B上端；电机F固定安装在框架B上；丝杆F一端与电机F的机轴连接，另一端活动安装在框架B上；螺母F螺纹连接在丝杆F上；连接杆B一端铰接在螺母F上，另一端铰接在夹取器的框架A上。

7.如权利要求6所述的图书馆图书智能取还系统，其特征是：机械爪还包括还取书辅助机构；还取书辅助机构包括挡条运动驱动组件和挡条；两组挡条转动驱动组件分别设置在滑块B的两侧，挡条运动驱动组件包括安装座A、电机G、丝杆G、螺母G、安装座B、电机H、丝杆H、螺母H、步进电机及连接杆C；安装座A固定连接在滑块B的一侧；电机G固定安装在安装座A上；丝杆G呈水平布置且垂直于丝杆D，其一端与电机G连接，另一端活动安装在安装座A上；螺母G螺纹连接在丝杆G上；安装座B铰接在滑块B的一侧，并位于安装座A的上端；电机H固定安装在安装座B上；丝杆H垂直于丝杆D布置，其一端与电机H连接，另一端活动安装在安装座B上；螺母H螺纹连接在丝杆H上；步进电机固定安装在螺母H上；连接杆C一端铰接在螺母G上，另一端铰接在安装座B上；两条挡条均呈竖向布置并分别在下端与步进电机的机轴连接，两条挡条之间形成书本定位区域。

8.如权利要求7所述的图书馆图书智能取还系统，其特征是：其还包括主控计算机、操作终端及扫码模块；主控计算机分别与操作终端及扫码模块无线通信连接；扫码模块安装在滑块B上，并位于夹取器的下夹条的正下方。

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