CN207267248U - 基于双光栅的图书抓取机械手二次精确定位系统 - Google Patents

Abstract

一种基于双光栅的图书抓取机械手二次精确定位系统，涉及一种定位系统，系统包括书架、图书抓取车、车架、控制系统，图书抓取车上安装有图书抓取机械手、机械手竖向运动驱动电机、机械手竖向运动传动装置、机械手横向运动驱动电机、机械手横向运动传动装置、水平滑台、一次定位激光传感器，水平滑台上安装有机械手前后运动组件，图书抓取机械手上安装有二次定位激光传感器；最底层书架层板下方安装有一次定位光栅，每层书架层板的每个架位均设有二次定位光栅，图书抓取机械手连接在机械手前后运动组件上。本实用新型具有操作方便、定位精度高、结构简单、易于维护、成本低的特点，便于推广使用。

Description

基于双光栅的图书抓取机械手二次精确定位系统

技术领域

本实用新型涉及一种机械手定位系统，特别是涉及一种基于双光栅的图书抓取机械手二次精确定位系统。

背景技术

随着科学技术的发展，图书ATM机或智能书库系统得到了快速的发展，其中图书ATM机或智能书库系统最关键的技术是机械手的精确定位。由于机械手的精确定位是一个二维的运动，现有的图书ATM机或智能书库系统中图书抓取机械手的定位系统，为了保证达到一定精度的定位，一般利用运动轨迹计算在X与Y方向采用插补的方法同时进行定位，这种方法对机械系统和控制系统的设计要求非常高，成本也非常高，而且无法克服系统在运行过程中由于结构变形和磨损所引起的误差；有些系统为了降低成本，利用相应算法把二维运动分解为一维运动，如先走Y方向，后走X方向运动，但是这种方法所需要的时间较长。本申请人曾提出授权公告号为“CN 104924307 B”的“图书ATM机中图书抓取机械手二次定位系统”，该专利可实现快速定位，但由于该专利需在图书抓取车的水平滑台上设置横向二次运动组件，通过该横向二次运动组件带动图书抓取机械手实现二次定位，不仅结构复杂，而且控制系统需要分别控制机械手竖向运动驱动电机、机械手横向运动驱动电机、横向二次运动组件，操作比较不方便；此外在该专利的方法中，二次定位是通过开环控制，即是通过在每层书架层板上均匀设置的三条校准光栅，由校准激光传感器对该三条校准光栅的位置数据进行扫描采样，得到校准光栅的位置数据，再将校准光栅的位置数据通过线性或二次插值运算，得出每层每个架位的二次定位脉冲数据后，再开环驱动横向二次运动组件完成二次定位。由于二次定位脉冲数据是通过插值运算计算出来的，难免有误差，且各个架位存在不一定是线性或二次规律的加工误差，另外，系统在运行过程中也难免会出现结构变形和装配松动的现象，因而其定位精度不够理想。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种结构简单、操作方便、定位精度高的基于双光栅的图书抓取机械手二次精确定位系统。

解决上述技术问题的技术方案是：一种基于双光栅的图书抓取机械手二次精确定位系统，包括书架、图书抓取车、车架、控制系统，所述的书架包括多层书架层板，所述的图书抓取车上分别安装有图书抓取机械手、机械手竖向运动驱动电机、机械手竖向运动传动装置、机械手横向运动驱动电机、机械手横向运动传动装置、水平滑台、一次定位激光传感器，水平滑台上安装有机械手前后运动组件；图书抓取机械手上还安装有二次定位激光传感器；最底层书架层板的下方设置有安装在书架上的一次定位光栅，每层书架层板上的每个架位均设置有二次定位光栅；所述的图书抓取机械手的底部直接横跨连接在机械手前后运动组件上。

本实用新型的进一步技术方案是：所述的机械手前后运动组件包括前后运动导轨、前后运动丝杆、前后驱动电机，所述的前后运动导轨、前后运动丝杆、前后驱动电机分别固定在水平滑台上，前后驱动电机的输出轴直接与前后运动丝杆连接，所述的图书抓取机械手的底部通过滑块套接在前后运动导轨上，且图书抓取机械手还通过前后运动丝杆螺母与前后运动丝杆相连接。

本实用新型的再进一步技术方案是：所述的机械手竖向运动驱动电机、机械手横向运动驱动电机以及机械手前后运动驱动电机为步进电机或伺服电机。

本实用新型的再进一步技术方案是：一次定位光栅和二次定位光栅按相同规律均匀设置或根据不同书厚非均匀设置。

本实用新型的再进一步技术方案是：所述的二次定位光栅略超前于一次定位光栅一定距离错位设置。

由于采用上述结构，本实用新型之基于双光栅的图书抓取机械手二次精确定位系统与现有技术相比，具有以下有益效果：

1. 操作方便：

由于本实用新型包括书架、图书抓取车、车架、控制系统，图书抓取车上分别安装有图书抓取机械手、机械手竖向运动驱动电机、机械手竖向运动传动装置、机械手横向运动驱动电机、机械手横向运动传动装置、水平滑台、一次定位激光传感器，水平滑台上安装有机械手前后运动组件，图书抓取机械手上还安装有二次定位激光传感器；最底层书架层板的下方设置有安装在书架上的一次定位光栅，每层书架层板上的每个架位均设置有二次定位光栅，图书抓取机械手的底部直接横跨连接在机械手前后运动组件上。使用时，本实用新型可同时驱动机械手横向运动驱动电机、机械手竖向运动驱动电机带动图书抓取机械手分别沿X、Y方向行进到达相应的架位，完成系统的一次定位；然后控制系统开启二次定位激光传感器，并再次驱动机械手横向运动驱动电机带动图书抓取机械手进行二次闭环定位，以消除偏差，完成精确定位，因此，本实用新型在取消横向二次运动组件的情况下，即可实现图书抓取机械手的快速精确定位，操作方便。

2. 定位精度高：

由于本实用新型在横向每一个位置的粗定位是由一次定位光栅结合一次定位激光传感器来完成，精确定位是由二次定位光栅结合二次定位激光传感器对每层书架层板上的每个架位进行小范围的二次定位，通过粗定位和精确定位的结合，可有效提高定位精度。尤其是本实用新型的二次定位是通过闭环控制，即是通过在每层书架层板上的每个架位均设置有二次定位光栅，且该二次定位光栅设置规律与一次定位光栅相同，并略超前于一次定位光栅一定距离错位安装，在机械手完成一次定位后，由二次定位激光传感器在机械手横向运动驱动电机的驱动下闭环到达相应架位的二次定位光栅位置。由于二次定位光栅是对应于每一个架位设置，其定位精度不受算法、结构变形和装配松动的影响，因而定位精度高。

此外，再加上一次的横向定位也采用闭环控制，而且在垂直方向运动的行进是采用较高精度的传动装置来推进，它的运动轨迹由固定的算法来完成，能很好地保证精度；

因此，本实用新型是一种实时的二次精确定位系统，定位精度非常高。

3. 结构简单，易于维护、成本较低：

由于本实用新型取消了横向二次运动组件，图书抓取机械手的底部是直接横跨连接在机械手前后运动组件上，当需要进行二次精确定位时，控制系统只需要控制驱动机械手横向运动驱动电机带动图书抓取机械手进行精确定位即可，不仅结构简单，易于维护，成本较低，而且提高了定位效率。

下面，结合附图和实施例对本实用新型之基于双光栅的图书抓取机械手二次精确定位系统的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：实施例一所述本实用新型之基于双光栅的图书抓取机械手二次精确定位系统的结构示意图，

图2：实施例一所述水平滑台（去掉部分壳体后）及安装在其上的图书抓取机械手、机械手前后运动组件的结构示意图，

图3：实施例一所述一次定位光栅与二次定位光栅相对位置设置示意图，

图4：图3的A部分放大示意图。

在上述附图中，各标号说明如下：

1-书架， 101-书架层板，

2-图书抓取车，201-图书抓取机械手，202-机械手竖向运动驱动电机，

203-机械手竖向运动传动装置， 204-机械手横向运动驱动电机，

205-机械手横向运动传动装置（图1中未示出同步带），

206-水平滑台，2061-水平滑台的壳体，207-一次定位激光传感器，

208-二次定位激光传感器，209-机械手前后运动组件，

2091-前后运动导轨，2092-前后运动丝杆，2093-前后驱动电机，

3-一次定位光栅，4-二次定位光栅，

L-二次定位光栅超前于一次定位光栅的距离，

图3中箭头所示方向为图书抓取车横向运行方向。

具体实施方式

实施例一：

一种基于双光栅的图书抓取机械手二次精确定位系统，包括书架1、图书抓取车2、车架、控制系统，所述的书架1包括多层书架层板101，最底层的书架层板101的下方设置有一组安装在书架上的一次定位光栅3，该一次定位光栅3与每个架位相对应；每层书架层板101上的每个架位均设置有二次定位光栅4，且二次定位光栅4略超前于一次定位光栅3一定距离L错位设置（图3所示），其中L一般为10mm～20mm。

所述的车架位于书架1的横向一侧（图1中未示出），该车架下端分别设有下导轨和同步带（图1中未示出），车架的上端设有上导轨（图1中未示出）；

所述的图书抓取车2上分别安装有图书抓取机械手201、机械手竖向运动驱动电机202、机械手竖向运动传动装置203、机械手横向运动驱动电机204、机械手横向运动传动装置205、水平滑台206、用于扫描一次定位光栅的一次定位激光传感器207，其中：图书抓取机械手201上安装有二次定位激光传感器208；一次定位激光传感器207则安装在图书抓取车底端与一次定位光栅相对应的位置上；

所述的机械手竖向运动驱动电机202输出端与机械手竖向运动传动装置203连接，机械手竖向运动传动装置203与水平滑台206之间通过滑块滑动配合；

所述的机械手横向运动驱动电机204输出端与机械手横向运动传动装置205连接（图1中未示出同步带）；该机械手横向运动传动装置205与车架的上导轨、下导轨沿横向滑动配合；

所述的水平滑台206为由壳体2061组合起来的前方开口的方形盒体结构（图1、图2中仅示出底面），水平滑台206内安装有机械手前后运动组件209，所述的图书抓取机械手201的底部直接横跨连接在该机械手前后运动组件209上。

所述的机械手前后运动组件209包括前后运动导轨2091、前后运动丝杆2092、前后驱动电机2093，所述的前后运动导轨2091、前后运动丝杆2092、前后驱动电机2093分别固定在水平滑台206上，前后驱动电机2093的输出轴直接与前后运动丝杆2092连接，所述的图书抓取机械手201的底部通过滑块套接在前后运动导轨2091上，且图书抓取机械手201还通过前后运动丝杆螺母与前后运动丝杆2092相连接。

所述的一次定位激光传感器207、二次定位激光传感器208分别与控制系统连接，控制系统图1中未示出的输出端分别与机械手竖向运动驱动电机202、机械手横向运动驱动电机204、机械手前后运动组件209的输入端连接。

上述的机械手竖向运动传动装置203、机械手横向运动传动装置205为公知技术，这里不再对其进行详细阐述。

上述基于双光栅的图书抓取机械手二次精确定位系统的定位方法包括如下步骤：

S1系统初始化：

S11、采样横向位置数据：

通过一次定位激光传感器扫描最底层书架层板下方的一次定位光栅3，对书架横向每一个光栅位置数据进行采样并存储，采样的横向位置数据包含光学数据和驱动机械手横向运动驱动电机的脉冲数据，每一个采样的横向位置数据与书架横向的每一个架位相对应，根据该采样的横向位置数据构造驱动机械手横向运动驱动电机变频器加速、匀速和减速的梯形运行模式，从而保证图书抓取机械手横向运行平稳，该横向位置数据作为机械手一次横向定位的依据；

S12、采样竖向位置数据：

对书架竖直方向每层的书架层板101按两端和中间三个采样点进行采样获得三个点的竖向位置数据，采样的竖向位置数据包含光学数据和驱动机械手竖向运动驱动电机的脉冲数据，其余架位的竖向位置数据由三个采样点的数据采用线性或二次插值法运算获得，根据插值运算获得的各架位竖向位置数据构造驱动机械手竖向运动驱动电机变频器加速、匀速和减速的梯形运行模式，从而保证图书抓取机械手竖向运行平稳，该竖向位置数据作为每个架位竖直定位的依据；

S2系统的运行：

S21、一次定位：

系统正常运行后，控制系统根据给出的架位号取出相应的横向位置数据、竖向位置数据，分别构造机械手横向、竖向运动驱动电机变频器的梯形运行模式驱动机械手横向运动驱动电机、竖向运动驱动电机带动图书抓取机械手到达相应的位置，完成系统的一次定位；

S22、二次精确定位：

控制系统控制二次定位激光传感器开始工作，并减小机械手横向运动驱动电机的运行速度继续驱动机械手闭环扫描书架层板上相应架位的二次定位光栅4，一旦二次定位激光传感器获得相应架位二次定位光栅的反馈信号，控制系统控制机械手横向运动驱动电机停止，完成系统的精确二次定位；

S23、实现取书或还书动作：

最后再通过控制系统控制前后运动组件前后运动，带动图书抓取机械手的前伸或后退，以实现取书或还书动作。

Claims (5)

1.一种基于双光栅的图书抓取机械手二次精确定位系统，包括书架（1）、图书抓取车（2）、车架、控制系统，所述的书架包括多层书架层板（101），所述的图书抓取车（2）上分别安装有图书抓取机械手（201）、机械手竖向运动驱动电机（202）、机械手竖向运动传动装置（203）、机械手横向运动驱动电机（204）、机械手横向运动传动装置（205）、水平滑台（206）、一次定位激光传感器（207），水平滑台（206）上安装有机械手前后运动组件（209）；其特征在于：图书抓取机械手（201）上还安装有二次定位激光传感器（208）；最底层书架层板（101）的下方设置有安装在书架上的一次定位光栅（3），每层书架层板（101）上的每个架位均设置有二次定位光栅（4）；所述的图书抓取机械手（201）的底部直接横跨连接在机械手前后运动组件（209）上。

2.根据权利要求1所述的基于双光栅的图书抓取机械手二次精确定位系统，其特征在于：所述的机械手前后运动组件（209）包括前后运动导轨（2091）、前后运动丝杆（2092）、前后驱动电机（2093），所述的前后运动导轨（2091）、前后运动丝杆（2092）、前后驱动电机（2093）分别固定在水平滑台（206）上，前后驱动电机（2093）的输出轴直接与前后运动丝杆（2092）连接，所述的图书抓取机械手（201）的底部通过滑块套接在前后运动导轨（2091）上，且图书抓取机械手（201）还通过前后运动丝杆螺母与前后运动丝杆（2092）相连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于双光栅的图书抓取机械手二次精确定位系统，其特征在于：所述的机械手竖向运动驱动电机（202）、机械手横向运动驱动电机（204）以及机械手前后运动驱动电机（2093）为步进电机或伺服电机。

4.根据权利要求1或2所述的基于双光栅的图书抓取机械手二次精确定位系统，其特征在于：一次定位光栅（3）和二次定位光栅（4）按相同规律均匀设置或根据不同书厚非均匀设置。

5.根据权利要求4所述的基于双光栅的图书抓取机械手二次精确定位系统，其特征在于：所述的二次定位光栅（4）略超前于一次定位光栅（3）一定距离错位设置。