CN211333181U - 一种图书馆自动存取书籍机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种图书馆自动存取书籍机器人,由采集路面及书籍图像的信号采集识别单元、控制夹取书籍的书籍存取执行单元以及行驶底盘单元组成;信号采集识别单元包括寻路摄像头、书籍识别摄像头和射频识别装置;书籍存取执行单元包括旋转底座机构、书籍夹取机构和书籍拾取机构,以实现对书籍的夹取及存放;行驶底盘单元包括:底板、车轮、转向驱动舵机、电池、后轴驱动舵机和编码器,以实现对机器人的承载和行驶驱动。本实用新型所述图书馆自动存取书籍机器人结构简单巧妙,能够实现在图书馆环境下对书籍的精确识别、稳定抓取以及高效存放。
Description
技术领域
本实用新型属于智能机器人技术领域,具体涉及一种图书馆自动存取书籍机器人。
背景技术
图书馆作为书籍主要的存放和阅读地点,是人们日常生活中不可缺少的重要场所,而对于其中数目庞大的书籍管理工作就成为了普遍关注的重点。结合当下智能车、机器人技术的普及应用,将其代替人类管理员完成重复性较高、较为枯燥的图书馆书籍的收集和存取工作,既节省了劳动力,又提高了精准度。
但是,图书馆机器人的引入涉及多方面问题,包括对不同结构的图书馆环境的适应性,对书籍的识别能力和查找能力,以及机器人自身的设计结构和经济实用性。通过简易的结构实现足够精确的图书馆书籍存取工作,同时尽可能保证对图书馆整体环境和书籍完整性的最小影响,是当前图书馆机器人设计所需要完成的主要任务和目标。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷,提供了一种图书馆自动存取书籍机器人,以实现在不同的图书馆环境下对书籍的精确识别、稳定抓取以及高效存放,进一步提高图书馆图书的管理效率。结合说明书附图,本实用新型的技术方案如下:
一种图书馆自动存取书籍机器人,由信号采集识别单元、书籍存取执行单元以及行驶底盘单元组成;
所述信号采集识别单元包括:寻路摄像头14、书籍识别摄像头15和射频识别装置22,其中,寻路摄像头14安装在行驶底盘单元上方用于采集行驶路面信息,书籍识别摄像头15安装在书籍存取执行单元前端用于采集书籍图像信息,射频识别装置22安装在行驶底盘单元上以识别书籍上的射频电子标签;
所述书籍存取执行单元包括:旋转底座机构、书籍夹取机构和书籍拾取机构,其中,旋转底座机构由步进电机6和底座27竖直驱动连接组成;书籍夹取机构由夹持装置21、夹持机械臂1和机械臂舵机2组成,机械臂舵机2与夹持机械臂1驱动连接并安装在底座27上,夹持装置21安装在机械臂舵机2前端;书籍拾取机构由拾取机构舵机16、水平传动机构、拾取操纵杆18、电磁铁装置17和位移传感器19组成,拾取机构舵机16与水平传动机构驱动连接并安装在底座27上,拾取操纵杆18与水平传动机构相连,电磁铁装置17安装在拾取操纵杆18前端并与书籍上的磁铁片吸合实现对书籍的拾取,在水平传动机构的传动下,拾取操纵杆18带动电磁铁装置17水平直线运动,位移传感器19安装在水平传动机构与拾取操纵杆18之间以检测拾取操纵杆18的相对位移;
所述行驶底盘单元包括:底板29、车轮28、转向驱动舵机5、电池8、后轴驱动舵机3和编码器4,其中,转向驱动舵机5安装在底板29前端并与两侧的车轮28相连控制转向,后轴驱动舵机3安装在底板29后端并与两侧的车轮28相连实现行驶驱动,电池8安装在底板29上,编码器4安装在底板29后端以检测行驶底盘单元的行驶速度。
进一步地,所述夹持机械臂1由两组左右平行设置的曲柄摇杆机构组成;
第一曲柄摇杆机构由第一曲柄101、第一摇杆102和第一连杆105组成,其中,第一曲柄101的底端铰接在底座27上并与对应侧的机械臂舵机2的输出轴相连,第一摇杆102设置在第一曲柄101后侧,且第一摇杆102底端铰接在底座27上,第一连杆105的后端铰接在第一摇杆102的顶端,第一连杆105的中部铰接在第一曲柄101的顶端,第一连杆105的前端与夹持装置21的外侧壁固定连接;
第二曲柄摇杆机构由第二曲柄107、第二摇杆103、第二连杆106和连接板104组成,其中,第二曲柄107的底端铰接在底座27上并与对应侧的机械臂舵机2的输出轴相连,第二摇杆103设置在第二曲柄107后侧,且第二摇杆103底端铰接在底座27上,连接板104下端与第二曲柄107的顶端铰接,连接板104上端一侧与第二摇杆103的顶端铰接,连接板104上端另一侧与第二连杆106的一端铰接,第二连杆106的另一端与夹持装置21的外侧壁固定连接。
进一步地,所述夹持装置21由夹持机构舵机7、压力传感器20和夹持机构30组成;
所述加持机构30采用齿轮啮合式夹持机构,夹持机构舵机7的输出端与加持机构30的传动轴相连,以控制加持机构30夹紧或松开,压力传感器20安装在夹持机构30的夹持端,以实时监测夹持机构30所施加的夹紧力。
进一步地,所述水平传动机构由拾取驱动杆24、滑套25和直线导轨套26组成;
所述拾取驱动杆24的底端与拾取机构舵机16的输出轴相连,拾取驱动杆24的顶端穿过滑套25,使滑套25滑动套装在拾取驱动杆24上,直线导轨套26通过支撑架固定在底板29上,直线导轨套26上开有直线滑孔,拾取操纵杆18滑动安装在直线导轨套26内,滑套25外侧设置的短滑杆穿过直线导轨套26上的直线滑孔并铰接在拾取操纵杆18上。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果在于:
1、本实用新型所述图书馆自动存取书籍机器人中,将行驶执行装置与抓取执行装置结合在一起,设计结构紧凑,能够在图书馆环境中自由、灵活且准确地运行,且机器人结构设计巧妙简单,生产制造成本较低,易与推广应用;
2、本实用新型所述图书馆自动存取书籍机器人中,图像信号采集装置采用双摄像头结构,分别对机器人行驶的道路信息和目标书籍或书籍目标存放位置信息进行图像采集,提高了机器人行驶路径跟踪和书籍存取的精确度;
3、本实用新型所述图书馆自动存取书籍机器人中,采用了电磁铁与目标书籍外表面上的磁铁片相吸合以及配有压力传感器的夹持机构对目标书籍进行有控制地夹持,进而实现对目标书籍的抓取,有效防止书籍的意外脱落和对其他书籍造成不必要的损伤,提高了书籍存取的安全性与稳定性;
附图说明
图1为本实用新型所述图书馆自动存取书籍机器人的结构示意图;
图中:
1夹持机械臂, 2机械臂舵机, 3后轴驱动舵机, 4编码器,
5转向驱动舵机, 6步进电机, 7夹持机构舵机 8电池,
9第一摄像头支撑架, 10后轴舵机支撑架, 11联轴器, 12转向舵机支撑架,
13步进电机壳体, 14寻路摄像头, 15书籍识别摄像头, 16拾取机构舵机,
17电磁铁装置, 18拾取操纵杆, 19位移传感器, 20压力传感器,
21夹持装置, 22射频识别装置, 23第二摄像头支撑架, 24拾取驱动杆,
25滑套, 26直线导轨套, 27底座, 28车轮,
29底板, 30夹持机构;
101第一曲柄, 102第一摇杆, 103第二摇杆, 104连接板,
105第一连杆, 106第二连杆, 107第二曲柄。
具体实施方式
为清楚、完整地描述本实用新型所述技术方案及其具体工作过程,结合说明书附图,本实用新型的具体实施方式如下:
本实用新型所述图书馆自动存取书籍机器人包括:信号采集识别单元、书籍存取执行单元以及行驶底盘单元。
如图1所示,所述信号采集识别单元包括:寻路摄像头14、书籍识别摄像头15和射频识别装置22。
所述寻路摄像头14通过第一摄像头支撑架9安装在行驶底盘单元的底板29上,寻路摄像头14铰接于第一摄像头支撑架9上端,可相对于第一摄像头支撑架9调整角度,使寻路摄像头14根据机器人实际行走路面的工况,调整朝向斜前方地面的摄像角度,在使寻路摄像头14采集前方行驶路面图像的同时,使寻路摄像头14与斜前方地面之间无遮挡,以实现寻路摄像头14对斜前方地面图像的全面、精准采集;所述书籍识别摄像头15通过第二摄像头支撑架23安装在书籍存取执行单元的前端,使书籍识别摄像头15与书籍存取执行单元前端的书籍夹取机构同步运动,书籍识别摄像头15铰接于第二摄像头支撑架23上端,并可相对于第一摄像头支撑架9调整角度,使书籍识别摄像头15的摄像角度朝向书籍夹取机构所夹取的书籍所在位置,书籍识别摄像头15与所夹取的书籍之间无遮挡,实现书籍识别摄像头15全面、精准地采集所夹取的书籍的书脊图像信息;所述射频识别装置22固定安装在行驶底盘单元后端的后轴驱动舵机支撑架10的上表面,用于识别固定在数籍外表面的射频电子标签,进而识别书籍并确定书籍在书架上的准确位置。
所述第一摄像头支撑架9和第二摄像头支撑架23均为3D打印件。
如图1所示,所述书籍存取执行单元包括:旋转底座机构、书籍夹取机构和书籍拾取机构。
所述旋转底座机构由步进电机6、联轴器11和底座27组成,所述步进电机6通过外侧的步进电机壳体13固定安装在行驶底盘单元的底板29上表面前端,步进电机6的输出轴竖直向上设置,步进电机6的输出轴通过联轴器11与底座27的底部固定连接,在步进电机6的驱动下,底座27沿竖直设置的轴线旋转。
所述书籍夹取机构由夹持装置21、夹持机械臂1和机械臂舵机2组成,两个所述机械臂舵机2对称安装在底座27的两侧壁上,所述夹持装置21安装在夹持机械臂1前端,两个机械臂舵机2的输出轴分别与夹持机械臂1下端驱动连接,使得在机械臂舵机2的驱动下,夹持机械臂1带动前端的夹持装置21摆动。
所述夹持机械臂1由两组左右平行设置的曲柄摇杆机构组成。第一曲柄摇杆机构由第一曲柄101、第一摇杆102和第一连杆105组成,其中,第一曲柄101的底端铰接在底座27上并与对应侧的机械臂舵机2的输出轴相连,第一摇杆102设置在第一曲柄101后侧,且第一摇杆102底端铰接在底座27上,第一连杆105的后端铰接在第一摇杆102的顶端,第一连杆105的中部铰接在第一曲柄101的顶端,第一连杆105的前端与夹持装置21的外侧壁固定连接;第二曲柄摇杆机构由第二曲柄107、第二摇杆103、第二连杆106和连接板104组成,其中,第二曲柄107的底端铰接在底座27上并与对应侧的机械臂舵机2的输出轴相连,第二摇杆103设置在第二曲柄107后侧,且第二摇杆103底端铰接在底座27上,连接板104下端与第二曲柄107的顶端铰接,连接板104上端一侧与第二摇杆103的顶端铰接,连接板104上端另一侧与第二连杆106的一端铰接,第二连杆106的另一端与夹持装置21的外侧壁固定连接。在机械臂舵机2的摆动带动下,夹持机械臂1带动前端的夹持装置21前后摆动。
所述夹持装置21由夹持机构舵机7、压力传感器20和夹持机构30组成,其中,所述加持机构30采用现有的齿轮啮合式夹持机构,实现对书籍精准、可靠夹取;夹持机构舵机7的输出端与加持机构30的传动轴相连,以控制加持机构30夹紧或松开,所述压力传感器20安装在夹持机构30的夹持端,以实时监测夹持机构30所施加的夹紧力。
所述书籍拾取机构由拾取机构舵机16、拾取驱动杆24、滑套25、直线导轨套26、拾取操纵杆18、电磁铁装置17、位移传感器19和磁铁片组成,拾取机构舵机16安装在底座27上,拾取驱动杆24的底端与拾取机构舵机16的输出轴相连,拾取驱动杆24的顶端穿过滑套25,使滑套25滑动套装在拾取驱动杆24上,直线导轨套26水平设置,直线导轨套26一侧壁的外侧固定在第一摄像头支撑架9上,直线导轨套26另一侧壁上沿直线导轨套26长度方向水平地开有直线滑孔,拾取操纵杆18安装在直线导轨套26内侧,并可沿直线导轨套26水平直线运动,滑套25的外侧并垂直于滑套25的外侧面设有短滑杆,所述短滑杆穿过直线导轨套26侧壁上开设的直线滑孔并铰接在直线导轨套26内的拾取操纵杆18后端,电磁铁装置17固定在取操纵杆18的前端,所述位移传感器19安装在直线导轨套26的前端,用于检测拾取操纵杆18相对于直线导轨套26向前伸出的距离。在拾取机构舵机16的驱动下,拾取驱动杆24前后摆动,在直线导轨套26的导向下,滑套25一方面沿拾取驱动杆24滑动,另一方面沿直线导轨套26滑动,滑套25通过外侧的短滑杆带动取操纵杆18沿着直线导轨套26直线运动,最终带动电磁铁装置17直线运动,电磁铁装置17与固定在书籍上的磁铁片相吸合,从而实现对书籍的拾取。
如图1所示,所述行驶底盘单元包括:底板29、车轮28、转向驱动舵机5、转向舵机支撑架12、电池8、后轴驱动舵机3、后轴舵机支撑架10和编码器4。其中,所述转向驱动舵机5通过转向舵机支撑架12安装在底板29前端上表面,转向驱动舵机5两侧的输出轴分别通过传动机构与底板29前端连接两侧车轮28的转向横拉杆相连,实现控制前方两侧车轮的转向,进而控制行驶底盘单元的转向;所述后轴驱动舵机3通过后轴舵机支撑架10安装在底板29后端上表面,后轴驱动舵机3两侧的输出轴分别与安装在底板29后端两侧的车轮28同轴连接,在后轴驱动舵机3的正向或反向驱动下,行驶底盘单元实现前进或倒退,所述编码器4安装在后轴驱动舵机支撑架10的后侧,以检测行驶底盘单元的行驶速度;所述电池8安装在底板29的中部,分别与机械臂舵机2、后轴驱动舵机3、转向驱动舵机5、步进电机6、夹持机构舵机7和拾取机构舵机16电连接,实现对机械臂舵机2、后轴驱动舵机3、转向驱动舵机5、步进电机6、夹持机构舵机7和拾取机构舵机16的集中供电。
所述转向舵机支撑架12和后轴舵机支撑架10均为3D打印件。
Claims (4)
1.一种图书馆自动存取书籍机器人,其特征在于:
由信号采集识别单元、书籍存取执行单元以及行驶底盘单元组成;
所述信号采集识别单元包括:寻路摄像头(14)、书籍识别摄像头(15)和射频识别装置(22),其中,寻路摄像头(14)安装在行驶底盘单元上方用于采集行驶路面信息,书籍识别摄像头(15)安装在书籍存取执行单元前端用于采集书籍图像信息,射频识别装置(22)安装在行驶底盘单元上以识别书籍上的射频电子标签;
所述书籍存取执行单元包括:旋转底座机构、书籍夹取机构和书籍拾取机构,其中,旋转底座机构由步进电机(6)和底座(27)竖直驱动连接组成;书籍夹取机构由夹持装置(21)、夹持机械臂(1)和机械臂舵机(2)组成,机械臂舵机(2)与夹持机械臂(1)驱动连接并安装在底座(27)上,夹持装置(21)安装在机械臂舵机(2)前端;书籍拾取机构由拾取机构舵机(16)、水平传动机构、拾取操纵杆(18)、电磁铁装置(17)和位移传感器(19)组成,拾取机构舵机(16)与水平传动机构驱动连接并安装在底座(27)上,拾取操纵杆(18)与水平传动机构相连,电磁铁装置(17)安装在拾取操纵杆(18)前端并与书籍上的磁铁片吸合实现对书籍的拾取,在水平传动机构的传动下,拾取操纵杆(18)带动电磁铁装置(17)水平直线运动,位移传感器(19)安装在水平传动机构与拾取操纵杆(18)之间以检测拾取操纵杆(18)的相对位移;
所述行驶底盘单元包括:底板(29)、车轮(28)、转向驱动舵机(5)、电池(8)、后轴驱动舵机(3)和编码器(4),其中,转向驱动舵机(5)安装在底板(29)前端并与两侧的车轮(28)相连控制转向,后轴驱动舵机(3)安装在底板(29)后端并与两侧的车轮(28)相连实现行驶驱动,电池(8)安装在底板(29)上,编码器(4)安装在底板(29)后端以检测行驶底盘单元的行驶速度。
2.如权利要求1所述一种图书馆自动存取书籍机器人,其特征在于:
所述夹持机械臂(1)由两组左右平行设置的曲柄摇杆机构组成;
第一曲柄摇杆机构由第一曲柄(101)、第一摇杆(102)和第一连杆(105)组成,其中,第一曲柄(101)的底端铰接在底座(27)上并与对应侧的机械臂舵机(2)的输出轴相连,第一摇杆(102)设置在第一曲柄(101)后侧,且第一摇杆(102)底端铰接在底座(27)上,第一连杆(105)的后端铰接在第一摇杆(102)的顶端,第一连杆(105)的中部铰接在第一曲柄(101)的顶端,第一连杆(105)的前端与夹持装置(21)的外侧壁固定连接;
第二曲柄摇杆机构由第二曲柄(107)、第二摇杆(103)、第二连杆(106) 和连接板(104)组成,其中,第二曲柄(107)的底端铰接在底座(27)上并与对应侧的机械臂舵机(2)的输出轴相连,第二摇杆(103)设置在第二曲柄(107)后侧,且第二摇杆(103)底端铰接在底座(27)上,连接板(104)下端与第二曲柄(107)的顶端铰接,连接板(104)上端一侧与第二摇杆(103)的顶端铰接,连接板(104)上端另一侧与第二连杆(106)的一端铰接,第二连杆(106)的另一端与夹持装置(21)的外侧壁固定连接。
3.如权利要求1所述一种图书馆自动存取书籍机器人,其特征在于:
所述夹持装置(21)由夹持机构舵机(7)、压力传感器(20)和夹持机构(30)组成;
所述夹持机构(30)采用齿轮啮合式夹持机构,夹持机构舵机(7)的输出端与夹持机构(30)的传动轴相连,以控制夹持机构(30)夹紧或松开,压力传感器(20)安装在夹持机构(30)的夹持端,以实时监测夹持机构(30)所施加的夹紧力。
4.如权利要求1所述一种图书馆自动存取书籍机器人,其特征在于:
所述水平传动机构由拾取驱动杆(24)、滑套(25)和直线导轨套(26)组成;
所述拾取驱动杆(24)的底端与拾取机构舵机(16)的输出轴相连,拾取驱动杆(24)的顶端穿过滑套(25),使滑套(25)滑动套装在拾取驱动杆(24)上,直线导轨套(26)通过支撑架固定在底板(29)上,直线导轨套(26)上开有直线滑孔,拾取操纵杆(18)滑动安装在直线导轨套(26)内,滑套(25)外侧设置的短滑杆穿过直线导轨套(26)上的直线滑孔并铰接在拾取操纵杆(18)上。
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CN201922261817.5U CN211333181U (zh) | 2019-12-17 | 2019-12-17 | 一种图书馆自动存取书籍机器人 |
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CN201922261817.5U CN211333181U (zh) | 2019-12-17 | 2019-12-17 | 一种图书馆自动存取书籍机器人 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110861065A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-03-06 | 吉林大学 | 一种图书馆自动存取书籍机器人及其控制系统和控制方法 |
CN113021366A (zh) * | 2021-02-25 | 2021-06-25 | 深圳市润安科技发展有限公司 | 一种视频信息采集机器人 |
CN114162604A (zh) * | 2022-02-14 | 2022-03-11 | 烟台市市属直管公房管理服务中心 | 档案盒自动存取装置 |
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