本发明属于辅助阅读技术领域，具体涉及一种自动取书装置及其取书方法。
背景技术
书是人类用来纪录一切成就的主要工具，也是人类交融感情，取得知识，传承经验的重要媒介，对人类文明的开展，贡献非常大，人们的生活离不开书。社会的发展使得知识越来越重要，而看书的人也越来越多，但对于一些腿脚不便的阅读者而言，在书架上取书是十分费力或无法做到的。而向他人寻求帮助，不仅会打乱其他人的生活规律，也会使腿脚不便的阅读者的自尊受到一定的伤害。因此，设计一种能够帮助腿脚不便者完成取书工作的自动取书装置十分重要。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种自动取书装置及其取书方法。
本发明自动取书装置，包括书架、选书机构、传输机构、自动翻书机构和书桌。所述的书桌设置在书架一侧；所述的选书机构包括横移组件、取书组件和推书组件；所述的横移组件包括横移驱动件、横移板和滑轨；所述的滑轨与书架的顶部固定。横移板与滑轨构成滑动副；横移板由横移驱动件驱动。
所述的取书组件包括横向取书驱动件、横向取书板、纵向取书驱动件、取书手爪、纵向取书板和取书导杆。所述的横向取书板与横移板构成滑动副。横向取书板由横向取书驱动件驱动。取书导杆的顶端横向取书板固定；纵向取书板与取书导杆构成滑动副；纵向取书板由纵向取书驱动件驱动；取书手爪安装在纵向取书板上。
所述的推书组件包括推书驱动件、电动推杆、推书滑板和推书导杆。所述推书导杆的顶端与横移板固定；推书滑板与推书导杆构成滑动副；推书滑板由推书驱动件驱动；电动推杆的外壳与推书滑板固定；取书组件内的取书手爪与推书组件内的电动推杆分别位于书架的两侧。
所述的传输机构包括第一边板、第二边板、输送带、输送带轮和输送电机。所述的第一边板、第二边板间隔设置；第一边板、第二边板靠近取书手爪的那端为取书端，远离取书手爪的那端为还书端。
输送带轮共有两个。其中一个输送带轮的两端分别支承在第一边板、第二边板底部的取书端。另一个输送带轮的两端分别支承在第一边板、第二边板底部的还书端；两个输送带轮通过输送带连接；其中一个输送带轮由输送电机驱动。
进一步地，所述的书架包括框架、分层隔板和挡书板。水平设置的多块分层隔板均与框架固定，且沿竖直方向依次等距排列；所有分层隔板的顶面上均固定有多块挡书板；挡书板均竖直设置。
进一步地，所述的横移驱动件包括横移电机、第一同步带轮和第一同步带。两个第一同步带轮均支承在书架的顶部；两个第一同步带轮通过第一同步带连接；横移电机与书架的顶部固定；横移电机的输出轴与其中一个第一同步带轮固定；第一同步带与横移板固定。
所述的横向取书驱动件横向取书电机、第二同步带轮和第二同步带。两个第二同步带轮分别支承在横向取书板的两端；两个第二同步带轮通过第二同步带连接；横向取书电机固定在横向取书板的一端；横向取书电机的输出轴与其中一个第二同步带轮固定；第二同步带与横移板固定。
所述的纵向取书驱动件包括顶部取书块、底部取书块、纵向取书电机、第三同步带轮和第三同步带。所述的顶部取书块与取书导杆的顶端固定；所述的底部取书块与取书导杆的底端固定；两个第三同步带轮分别支承在顶部取书块、底部取书块上；两个第三同步带轮通过第三同步带连接；纵向取书电机与顶部取书块固定；纵向取书电机的输出轴与其中一个第三同步带轮固定；纵向取书板与第三同步带固定。
所述的推书驱动件包括顶部推书块、底部推书块、推书电机、第四同步带轮和第四同步带。所述的顶部推书块与推书导杆的顶端固定；所述的底部推书块与推书导杆的底端固定；两个第四同步带轮分别支承在顶部推书块、底部推书块上；两个第四同步带轮通过第四同步带连接；推书电机与顶部推书块固定；推书电机的输出轴与其中一个第四同步带轮固定；推书滑板与第四同步带固定。
所述的输送电机与第一边板固定；输送电机的输出轴与其中一个输送带轮固定。
进一步地，所述书桌的桌面上设置有触摸屏。
进一步地，所述第一边板内侧面的顶部固定有第一引导条。第一引导条的外侧面靠近第一边板取书端的那端端部与第一边板内侧面间距为零；第一引导条的外侧面靠近第一边板还书端的那端端部位于第一边板与第二边板的对称面上。第二边板内侧面的底部固定有第二引导条。第二引导条的外侧面靠近第二边板取书端的那端端部与第二边板内侧面间距为零；第二引导条的外侧面靠近第二边板还书端的那端端部位于第一边板与第二边板的对称面上。
该自动取书装置的取书方法具体如下：
步骤一、使用者选择所需阅读的书籍作为目标书籍。
步骤二、横移驱动件、纵向取书驱动件和推书驱动件均运动，使得取书手爪与电动推杆均到达目标书籍处。
步骤三、电动推杆推出，将目标书籍推出至取书手爪的夹取范围内。
步骤四、取书手爪夹住目标书籍；横向取书驱动件运动，使得取书手爪向远离书架的一侧移动。
步骤五、横移驱动件和纵向取书驱动件均运动，使得目标书籍到达传输机构处。
步骤六、横向取书驱动件运动，使得目标书籍进入第一边板与第二边板之间。
步骤七、取书手爪松开目标书籍；输送电机正转，使得目标书籍伸出第一边板及第二边板的还书端外；选书机构复位。
步骤八、使用者取下目标书籍并进行阅读。
步骤九、使用者阅读完毕后，将目标书籍放入第一边板与第二边板的还书端之间。
步骤十、输送电机反转，使得目标书籍向第一边板及第二边板滑动。
步骤十一、目标书籍移动至伸出第一边板及第二边板的取书端外后，输送电机停转。
步骤十二、横移驱动件、纵向取书驱动件和横向取书驱动件均运动，使得取书手爪到达目标书籍处。
步骤十三、横向取书驱动件运动，使得取书手爪的两个爪体到达目标书籍的两侧。
步骤十四、取书手爪夹住目标书籍；横向取书驱动件运动，使得取书手爪向远离书架的一侧移动，目标书籍与传输机构分离。
步骤十五、横移驱动件和纵向取书驱动件均运动，使得目标书籍到达对应的存放位置。
步骤十六、横向取书驱动件运动，目标书籍被放入对应的两块挡书板之间；取书手爪松开目标书籍。
步骤十七、横向取书驱动件运动，使得目标书籍脱离取书手爪的夹取范围；之后，取书手爪闭合，横向取书驱动件运动，使得目标书籍被推回原位。
步骤十八、取书手爪松开，选书机构复位。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明能够帮助腿脚不便者从书架上拿取书籍，从而实现辅助腿脚不便者阅读的目的。
2、本发明在一本书籍阅读完成后，能够自动将书籍送回书架原位。
3、本发明能够在常规书架上进行改装后得到，具有很强的适应性。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中书架与选书机构的组合正面视图；
图3为本发明中选书机构的示意图；
图4为本发明中传输机构的立体图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1和2所示，自动取书装置，包括书架1、选书机构2、传输机构3和书桌4。书架1包括框架1-1、分层隔板1-2和挡书板1-3。水平设置的多块分层隔板1-2沿框架1-1均与框架1-1固定，且沿竖直方向依次等距排列。所有分层隔板1-2的顶面上均固定有沿书架长度方向(即书架1上书本的排列方向)等距排列的多块挡书板1-3。挡书板1-3均竖直设置。书桌4设置在书架1一侧。
如图1、2和3所示，选书机构2包括横移组件、取书组件和推书组件。横移组件包括横移电机、横移板2-1、第一同步带轮、第一同步带和滑轨。互相平行的两根滑轨均与书架1的顶部固定。滑轨的中心轴线与书架1的长度方向平行。横移板2-1的两端与两根滑轨分别构成滑动副。两个第一同步带轮均支承在书架1的顶部，且分别位于滑轨的两端。两个第一同步带轮通过第一同步带连接。横移电机与书架1的顶部固定。横移电机的输出轴与其中一个第一同步带轮固定。第一同步带与横移板固定。
取书组件包括横向取书电机2-2、横向取书板2-3、第二同步带轮、第二同步带、纵向取书电机2-4、取书手爪2-5、第三同步带轮、第三同步带2-6、纵向取书板2-7、取书导杆2-8、顶部取书块和底部取书块2-13。横向取书板2-3与横移板2-1构成沿书架1宽度方向(即书架1上书本插入或取出的方向)滑动的滑动副。两个第二同步带轮分别支承在横向取书板2-3的两端。两个第二同步带轮通过第二同步带连接。横向取书电机2-2固定在横向取书板2-3的一端。横向取书电机2-2的输出轴与其中一个第二同步带轮固定。第二同步带与横移板固定。
互相平行的两根取书导杆2-8的顶端均与顶部取书块固定，底端均与底部取书块2-13固定。顶部取书块与横向取书板2-3固定。两个第三同步带轮分别支承在顶部取书块、底部取书块2-13上。两个第三同步带轮通过第三同步带2-6连接。纵向取书电机2-4与顶部取书块固定。纵向取书电机2-4的输出轴与其中一个第三同步带轮固定。纵向取书板2-7上固定有两个取书滑块。两个取书滑块与两根取书导杆2-8分别构成滑动副。纵向取书板2-7与第三同步带2-6固定。取书手爪2-5安装在纵向取书板2-7上。取书手爪2-5的爪体朝向书架1设置。
推书组件包括推书电机、电动推杆2-9、第四同步带轮、第四同步带2-10、推书滑板2-11、推书导杆2-12、顶部推书块和底部推书块2-14。互相平行的两根推书导杆2-12的顶端均与顶部推书块固定，底端与底部推书块2-14固定。顶部推书块与横移板2-1固定。两个第四同步带轮分别支承在顶部推书块、底部推书块2-14上。两个第四同步带轮通过第四同步带2-10连接。推书电机与顶部推书块固定。推书电机的输出轴与其中一个第四同步带轮固定。推书滑板2-11上固定有两个推书滑块。两个推书滑块与两根推书导杆2-12分别构成滑动副。推书滑板2-11与第四同步带2-10固定。电动推杆2-9的外壳与推书滑板2-11固定。电动推杆2-9的推出杆朝向书架1设置。取书组件内的取书手爪2-5与推书组件内的电动推杆2-9分别位于书架1的两侧。电动推杆2-9与取书手爪2-5的书架1的长度方向上位置对应。电动推杆2-9位于推书导杆2-12靠近传输机构3的一侧，进而避免推书导杆2-12与传输机构3在送书到传输机构3的过程中发生干涉。
如图1和4所示，传输机构3包括第一边板3-1、第二边板3-2、输送带3-3、输送带轮和输送电机。第一边板3-1、第二边板3-2间隔设置，且与书架1、书桌4分别固定。第一边板3-1与第二边板3-2的间距大于书架1上相邻两块挡书板1-3的间距。第一边板3-1、第二边板3-2靠近取书手爪2-5的那端为取书端，远离取书手爪2-5的那端为还书端。第一边板3-1内侧面的顶部固定有第一引导条3-5。第一引导条3-5的外侧面靠近第一边板3-1取书端的那端端部与第一边板3-1内侧面间距为零。第一引导条3-5的外侧面靠近第一边板3-1还书端的那端端部位于第一边板3-1与第二边板3-2的对称面上(即第一引导条3-5的外侧面沿第一边板取书端往还书端的方向逐渐远离第一边板)。第二边板3-2内侧面的底部固定有第二引导条3-5。第二引导条3-5的外侧面靠近第二边板3-2取书端的那端端部与第二边板3-2内侧面间距为零。第二引导条3-5的外侧面靠近第二边板3-2还书端的那端端部位于第一边板3-1与第二边板3-2的对称面上(即第二引导条3-5的外侧面沿第二边板取书端往还书端的方向逐渐远离第二边板。)。第一引导条3-5及第二引导条3-5能够将经过传输机构的书籍引导为顶部抵靠在第二边板上的状态。
输送带轮共有两个。其中一个输送带轮的两端分别支承在第一边板3-1、第二边板3-2底部的取书端。另一个输送带轮的两端分别支承在第一边板3-1、第二边板3-2底部的还书端。两个输送带轮的轴线均与第一边板3-1的内侧面垂直。两个输送带轮通过输送带3-3连接。输送电机与第一边板3-1固定。输送电机的输出轴与其中一个输送带轮固定。第一边板3-1位于第二边板3-2与书架1之间。
书桌4的桌面上设置有触摸屏。触摸屏用于输入需要取出的书籍。
该自动取书装置的取书方法具体如下：
步骤一、使用者通过触摸屏选择所需阅读的书籍作为目标书籍。
步骤二、横移电机、纵向取书电机2-4和推书电机均转动，使得取书手爪2-5与电动推杆2-9均到达目标书籍处。
步骤三、电动推杆2-9推出，将目标书籍推出至取书手爪2-5的夹取范围(即取书手爪2-5的两个爪体之间)内。
步骤四、取书手爪2-5夹住目标书籍。横向取书电机2-2正转，使得取书手爪2-5向远离书架1的一侧移动，拉出目标书籍。
步骤五、横移电机、纵向取书电机2-4和推书电机均转动，使得目标书籍到达传输机构3处。并使目标书籍位于第一边板3-1与第二边板3-2内侧面所在平面之间，下边缘高于输送带3-3。
步骤六、横向取书电机2-2反转，使得目标书籍进入第一边板3-1与第二边板3-2之间。
步骤七、取书手爪2-5松开目标书籍。输送电机正转，使得目标书籍伸出第一边板及第二边板的还书端外。选书机构2复位。
步骤八、使用者取下目标书籍并进行阅读。
步骤九、使用者阅读完毕后，将目标书籍放入第一边板与第二边板的还书端之间。
步骤十、输送电机反转，使得目标书籍向第一边板及第二边板滑动。
步骤十一、目标书籍移动至伸出第一边板及第二边板的取书端外后，输送电机停转。
步骤十二、横移电机、纵向取书电机2-4和横向取书电机2-2均转动，使得取书手爪2-5到达目标书籍处。
步骤十三、横向取书电机2-2反转，使得取书手爪2-5的两个爪体到达目标书籍的两侧。
步骤十四、取书手爪2-5夹住目标书籍。横向取书电机2-2正转，使得取书手爪2-5向远离书架1的一侧移动，目标书籍与传输机构分离。
步骤十五、横移电机和纵向取书电机2-4均转动，使得目标书籍到达对应的存放位置(步骤二中存放的位置)。
步骤十六、横向取书电机2-2反转，目标书籍被放入对应的两块挡书板之间。取书手爪2-5松开目标书籍。
步骤十七、横向取书电机2-2正转，目标书籍脱离取书手爪2-5的夹取范围。之后，取书手爪2-5闭合，横向取书电机2-2反转，目标书籍被推回原位。
步骤十八、取书手爪2-5松开，选书机构2复位。