基于平送式书籍抓取机械手的图书存取装置及其控制方法与流程

本发明涉及一种图书管理装置，更具体地说，涉及一种基于平送式书籍抓取机械手的图书存取装置及其控制方法。

背景技术：

近年来，随着图书行业的快速发展，书籍、文献的种类也越来越多，为了便于书籍的查阅，现有书籍大多存放于书架上，因此书架也成为图书馆等地方的必须设备。传统书架的架体上通常设置有多个存放图书的空格，方便插放各类不同的书籍，为了最大限度地利用书架内的空间，书本一般都是采用立式并排的方式放置，为方便读者查阅，一般都是将相同种类的图书放置在一起，由于不同种类的图书都在同一排的位置，相邻的书本之间一般夹得较紧，没有可供拿取的空间，拿取很不方便，并且在书本拿出后，原有空间容易被其他书本占用，导致书本再次插入原位更为困难，这样就导致读者在归还书籍时会将书籍在容易放置的位置插入，使书本的位置容易发生变化，不便于大量书籍的统一管理和读者的查阅。

针对传统书架存在的上述问题，相关技术人员也提出了很多改进方案，设计了许多智能图书架，智能图书架需要实现书本的自动化查找和拿取。如中国专利申请号201810450263.0，申请公布日为2018年9月4日，发明创造名称为：三爪式图书馆自动取书装置，该申请案涉及一种三爪式图书馆自动取书装置，包括agv小车、载物台、检索机、可移动转动z轴滑轨、可移动x轴滑轨、三爪取书机构和控制器，载物台和检索机均设置在agv小车的小车底座顶部一侧，可移动转动z轴滑轨设置在小车底座的顶部另一侧，可移动x轴滑轨水平设置在可移动转动z轴滑轨下部一侧，三爪取书机构安装在可移动x轴滑轨外端；检索机的信号输出端与控制器输入端连接，控制器输出端通过第一驱动器与agv小车的小车驱动电机连接，控制器设置在小车底座顶部且控制可移动转动z轴滑轨、可移动x轴滑轨和三爪取书机构的动作。该专利申请案利用取书拨片将书籍上部向外拨动，使书籍形成倾斜状态，然后利用取书夹片对书籍进行夹取，取书灵活稳定，且对书架结构无特别要求，但该三爪取书装置结构较为复杂，且只能保持书籍立式抓放，难以与书籍自动输送机构配合实现书籍的智能化管理控制。

又如中国专利申请号201910409500.3，申请公布日为2019年8月9日，发明创造名称为：一种图书馆存取书机器人，该申请案涉及一种图书馆存取书机器人，包括书架机构、夹手机构和行走机构，书架机构包括骨架、书架单体、底盘驱动单元和书夹，书架单体包括均为环状结构并设有缺口的底盘、上轨道和下轨道，缺口与环状结构的中心开孔连通并能够供夹手机构通过，底盘下安装有上轨道，上轨道与下轨道导向配合，底盘通过底盘驱动单元驱动；夹手机构包括的7字形的拨杆、拨杆上端驱动单元和拨杆下端驱动单元，拨杆置于一对夹臂之间，通过拨杆上端驱动单元和拨杆下端驱动单元不同步驱动拨杆转动，实现拨书操作。该图书馆存取书机器人主要用于环形图书架，其空间占用较大，导致空间利用率较低，且取书机器人动作较为单一，需要配合环形书架的旋转来实现图书的抓取，书架结构也较为复杂。

书籍的抓取机械手是书籍在图书架上转移的关键部件，书籍抓取机械手设计的好坏直接影响到书籍转移的效率和质量，书籍抓取机械手设计不佳时可能导致书籍折边甚至损坏。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有图书存取装置存在书籍抓取稳定性较差、易损坏书籍等不足，提供一种基于平送式书籍抓取机械手的图书存取装置及其控制方法，采用本发明的技术方案，书籍抓取机械手采用平送式设计来对书籍进行抓取和输送，配合图书架的书盒模块伸缩推板设计，能够稳定地实现书籍的抓取和转移，提高了书籍在图书架上的存取稳定性，并且利用上下夹书输送带机构对书籍进行抓取和输送，对书籍起到保护作用，有效防止了书籍在机械存取过程中发生损坏；同时，书盒模块采用开合设计且上下叠加设置，能够在书籍存取过程中具有足够的开口大小，进一步方便了书籍的存取，并且使得图书架的结构设计更加紧凑，便于在同样大小的图书架中设置更多的书盒，提高书架的空间利用率；而且，书籍抓取机械手能够通过检测书籍厚度来适配不同规格的书盒，保证了书籍正确存取，尤其适用于大量不同书籍的快速上架存放。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种基于平送式书籍抓取机械手的图书存取装置，包括图书架和与图书架相配合的书籍抓取机械手，所述的图书架包括书架外框和设于书架外框上的若干书盒模块；所述的书籍抓取机械手包括水平横移机构、上下升降机构和书籍抓取机构，所述的上下升降机构安装于水平横移机构上，由水平横移机构带动上下升降机构沿图书架的排布方向水平横向移动；所述的书籍抓取机构安装于上下升降机构上，由上下升降机构带动书籍抓取机构沿图书架的高度方向升降移动；其中：

至少两组所述的书盒模块上下叠加形成一个书盒单元，各个书盒单元在书架外框上沿横向和纵向阵列设置；所述的书盒模块包括基座、上夹板、推板、书盒开闭机构和推板驱动机构，所述的上夹板通过书盒开闭机构安装于基座上，由书盒开闭机构驱动上夹板在基座上上下开闭运动；所述的推板通过推板驱动机构安装于基座上，由推板驱动机构带动推板在基座上前后伸缩运动；

所述的书籍抓取机构包括书籍抓取升降支座、书籍抓取横移支座、书籍抓取横移驱动机构、上夹书机构和下夹书机构，所述的书籍抓取升降支座安装于上下升降机构上，所述的书籍抓取横移支座通过书籍抓取横移驱动机构安装于书籍抓取升降支座上，由书籍抓取横移驱动机构带动书籍抓取横移支座左右横向移动，所述的上夹书机构和下夹书机构相对设置，且上夹书机构和下夹书机构两者之一固定在书籍抓取横移支座上，另一者通过书籍夹持驱动机构安装于书籍抓取横移支座上，由书籍夹持驱动机构带动上夹书机构和下夹书机构夹闭或张开；所述的上夹书机构和下夹书机构上均具有平行设置的夹书输送带机构，所述的夹书输送带机构与对应书盒模块的推板伸出配合动作。

更进一步地，所述的书盒开闭机构包括剪叉式夹书机构、滑动杆、书盒开闭电机和书盒开闭驱动丝杆，所述的上夹板通过剪叉式夹书机构安装于基座上，所述的滑动杆通过导杆滑动安装于基座上，所述的剪叉式夹书机构的下部两侧铰接点分别与滑动杆和基座中部的挡板相铰接，所述的剪叉式夹书机构的上部两侧铰接点分别与上夹板上设置的滑槽和上夹板的侧壁相铰接，所述的书盒开闭电机安装于基座的后部，所述的书盒开闭驱动丝杆安装于基座上，且书盒开闭驱动丝杆的后端与书盒开闭电机的输出轴传动连接，所述的滑动杆与书盒开闭驱动丝杆之间采用螺纹配合，通过书盒开闭驱动丝杆旋转能够驱动滑动杆前后移动来带动剪叉式夹书机构升降运动，进而带动基座和上夹板上下开闭运动；所述的推板驱动机构包括推杆，所述的推杆的后端固定在滑动杆上，推杆的前端穿过挡板与推板相连接，通过滑动杆带动推板前后伸缩运动，在基座和上夹板张开的同时带动推板向外伸出，所述的推板的伸缩方向与上夹书机构、下夹书机构的夹书输送带机构的输送方向平行。

更进一步地，所述的上夹书机构包括上夹书支座、上夹书输送电机、上夹书输送传动机构和上夹书输送带，所述的上夹书支座通过书籍夹持驱动机构安装于书籍抓取横移支座上，所述的上夹书输送带通过带轮安装于上夹书支座的下部，所述的上夹书输送电机安装于上夹书支座上，且上夹书输送电机的输出轴通过上夹书输送传动机构与上夹书输送带的主动带轮传动连接；所述的下夹书机构包括下夹书支座、下夹书输送电机、下夹书输送传动机构和下夹书输送带，所述的下夹书支座固定在书籍抓取横移支座的下部，所述的下夹书输送带通过带轮安装于下夹书支座的上部，所述的下夹书输送电机安装于下夹书支座上，且下夹书输送电机的输出轴通过下夹书输送传动机构与下夹书输送带的主动带轮传动连接。

更进一步地，所述的书籍抓取横移支座上设有两组书籍到位传感器，所述的书籍到位传感器分设于夹书输送带机构的输送方向左右两侧；所述的上夹书机构或下夹书机构上设有用于检测上夹书机构和下夹书机构之间距离的书籍厚度传感器。

更进一步地，所述的书籍抓取横移驱动机构包括书籍抓取横移电机、横移同步带传动机构、书籍横移驱动丝杆和书籍横移导向杆，所述的书籍横移导向杆水平安装于书籍抓取升降支座上，所述的书籍抓取横移支座通过滑块安装于书籍横移导向杆上，所述的书籍横移驱动丝杆与书籍横移导向杆平行地安装于书籍抓取升降支座上，且书籍横移驱动丝杆与书籍抓取横移支座之间螺纹配合，所述的书籍抓取横移电机固定于书籍抓取升降支座上，且书籍抓取横移电机的输出轴通过横移同步带传动机构与书籍横移驱动丝杆的一端传动连接，所述的书籍抓取横移电机通过横移同步带传动机构带动书籍横移驱动丝杆旋转，进而带动书籍抓取横移支座水平横向移动。

更进一步地，所述的书籍夹持驱动机构包括书籍夹持驱动电机、书籍夹持驱动丝杆和书籍夹持导向杆，所述的书籍夹持驱动丝杆和书籍夹持导向杆均竖向安装于书籍抓取横移支座上，所述的上夹书机构通过书籍夹持滑座滑动安装于书籍夹持导向杆上，且书籍夹持驱动丝杆与书籍夹持滑座之间螺纹配合，所述的书籍夹持驱动电机固定于书籍抓取横移支座上，所述的书籍夹持驱动电机的输出端与书籍夹持驱动丝杆传动连接，所述的书籍夹持驱动电机带动书籍夹持驱动丝杆旋转，书籍夹持驱动丝杆旋转带动书籍夹持滑座上下移动。

更进一步地，所述的书籍抓取机械手的水平横移机构包括轨道框、移动底座和横移驱动机构，所述的轨道框上沿图书架的排布方向横向设有水平导轨，所述的移动底座的底部通过横移轮轴设有至少两组横移滚轮，所述的横移滚轮配合安装于水平导轨上，所述的横移驱动机构包括横移驱动电机和横移传动机构，所述的横移驱动电机安装于移动底座上，且横移驱动电机的输出轴通过横移传动机构与横移轮轴传动连接，相邻横移轮轴之间通过轮轴传动机构传动连接；所述的书籍抓取机械手的上下升降机构包括升降支架、升降滑座和升降驱动机构，所述的升降支架固定于移动底座上，所述的升降滑座通过升降驱动机构安装于升降支架上，所述的书籍抓取机构安装于升降滑座上，所述的升降驱动机构包括升降驱动电机、升降驱动丝杆和升降导向杆，所述的升降导向杆竖向安装于升降支架上，所述的升降驱动丝杆与升降导向杆平行地安装于升降支架上，且升降驱动丝杆的一端与固定在升降支架上的升降驱动电机的输出端传动连接，所述的升降滑座滑动安装于升降导向杆上，且升降滑座与升降驱动丝杆螺纹配合。

本发明的一种基于平送式书籍抓取机械手的图书存取装置的控制方法，包含以下步骤：

a、存书时：

a-1、书籍抓取机械手从书籍输送平台接取书籍，书籍抓取机构的上夹书机构和下夹书机构将待存书籍夹紧，并利用上夹书机构和下夹书机构的夹书输送带机构将书籍移动至书籍抓取机构的中间；

a-2、书籍抓取机械手的水平横移机构和上下升降机构带动书籍抓取机构向图书架上的目标书盒模块移动，使书籍抓取机构带着待存书籍移动至对应的目标书盒模块处；

a-3、目标书盒模块的书盒开闭机构带动基座和上夹板打开，使得目标书盒模块的开口张开，同时推板驱动机构带动推板由基座上向外伸出；

a-4、书籍抓取横移驱动机构带动书籍抓取机构连同待存书籍向目标书盒模块方向移动，使得书籍抓取机构与伸出的推板相对接；然后书籍抓取机构的上夹书机构和下夹书机构同步动作，利用夹书输送带机构带动待存书籍移动至推板上；

a-5、在待存书籍移动至推板上后，推板驱动机构带动推板向后收缩，同时上夹书机构和下夹书机构的夹书输送带机构持续将书籍向目标书盒模块方向输送，使得书籍随着推板进入目标书盒模块内；同时书盒开闭机构带动上夹板和基座夹紧，将待存书籍夹紧在目标书盒模块内，完成存书过程；

b、取书时：

b-1、书籍抓取机械手的水平横移机构和上下升降机构带动书籍抓取机构向图书架上的目标待取书籍移动，使书籍抓取机构移动至对应的目标书盒模块处；

b-2、书籍抓取机构的书籍夹持驱动机构带动上夹书机构和下夹书机构打开，使得上夹书机构和下夹书机构向上张开；

b-3、书籍抓取横移驱动机构带动书籍抓取机构向目标书籍所在的书盒模块方向移动，使得书籍抓取机构与目标书籍所在的书盒模块相对接；

b-4、目标书籍所在的书盒模块的书盒开闭机构带动基座和上夹板打开，使上夹板松开目标书籍，同时推板驱动机构带动推板连同目标书籍向外伸出，使目标书籍部分移动至书籍抓取机构的下夹书机构上；

b-5、书籍抓取机构的书籍夹持驱动机构带动上夹书机构和下夹书机构闭合，将目标书籍夹紧，同时上夹书机构和下夹书机构的夹书输送带机构同步工作，将目标书籍移动至上夹书机构和下夹书机构之间，完成取书过程。

更进一步地，所述的书籍抓取机构上设有位于夹书输送带机构的输送方向左右两侧的书籍到位传感器和用于检测上夹书机构和下夹书机构之间距离的书籍厚度传感器；所述的书籍到位传感器在书籍抓取机构抓取书籍过程中，配合上夹书机构和下夹书机构夹书输送带机构将书籍移动至上夹书机构和下夹书机构的中间位置；所述的书籍厚度传感器在存书过程中识别书籍抓取机构所抓取书籍的厚度，并根据书籍厚度信息为书籍分配图书架上适应厚度的书盒模块。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种基于平送式书籍抓取机械手的图书存取装置及其控制方法，其包括图书架和与图书架相配合的书籍抓取机械手，书籍抓取机械手采用平送式设计来对书籍进行抓取和输送，配合图书架的书盒模块伸缩推板设计，能够稳定地实现书籍的抓取和转移，提高了书籍在图书架上的存取稳定性，并且利用上下夹书输送带机构对书籍进行抓取和输送，对书籍起到保护作用，有效防止了书籍在机械存取过程中发生损坏；同时，书盒模块采用开合设计且上下叠加设置，能够在书籍存取过程中具有足够的开口大小，进一步方便了书籍的存取，并且使得图书架的结构设计更加紧凑，便于在同样大小的图书架中设置更多的书盒，提高书架的空间利用率；

(2)本发明的一种基于平送式书籍抓取机械手的图书存取装置及其控制方法，其书盒开闭机构包括剪叉式夹书机构、滑动杆、书盒开闭电机和书盒开闭驱动丝杆，推板驱动机构包括推杆，推杆的后端固定在滑动杆上，推杆的前端穿过挡板与推板相连接；书盒开闭机构与推板驱动机构联动设计，在书盒开闭机构带动书盒模块张开的同时带动推板向外推出运动，结构简单紧凑，书盒开闭运动与推板伸缩运动协调稳定，能够保证书籍稳定地在书盒与上下夹书机构之间转移；

(3)本发明的一种基于平送式书籍抓取机械手的图书存取装置及其控制方法，其上夹书机构和下夹书机构的结构相同，均采用夹书输送电机通过夹书输送传动机构来驱动夹书输送带运动来实现书籍的夹紧输送，结构简单紧凑，书籍夹取和转移动作更加稳定可靠，不易损伤书籍；

(4)本发明的一种基于平送式书籍抓取机械手的图书存取装置及其控制方法，其书籍抓取横移支座上设有两组书籍到位传感器，书籍到位传感器分设于夹书输送带机构的输送方向左右两侧，能够利用两侧的书籍到位传感器来保证书籍位于上下夹书机构的中间进行夹持，提高了书籍抓取的位置精度；上夹书机构或下夹书机构上设有用于检测上夹书机构和下夹书机构之间距离的书籍厚度传感器，能够通过上夹书机构或下夹书机构夹持书籍后的距离确定书籍的厚度，为后续书籍存放入图书架提供数据支撑，保证了书籍正确存取，避免出现书籍过厚而无法存入的问题，尤其适用于大量不同书籍的快速上架存放；

(5)本发明的一种基于平送式书籍抓取机械手的图书存取装置及其控制方法，其书籍抓取横移驱动机构包括书籍抓取横移电机、横移同步带传动机构、书籍横移驱动丝杆和书籍横移导向杆，书籍抓取横移电机通过横移同步带传动机构带动书籍横移驱动丝杆旋转，进而带动书籍抓取横移支座水平横向移动，利用书籍抓取横移驱动机构能够带动上夹书机构和下夹书机构在前后方向移动，以便于下夹书机构与图书架的对应书盒或书籍输送平台准确稳定对接，保证书籍在上下夹书机构上转移稳定可靠；

(6)本发明的一种基于平送式书籍抓取机械手的图书存取装置及其控制方法，其书籍夹持驱动机构包括书籍夹持驱动电机、书籍夹持驱动丝杆和书籍夹持导向杆，书籍夹持驱动电机带动书籍夹持驱动丝杆旋转，书籍夹持驱动丝杆旋转带动书籍夹持滑座上下移动，采用丝杆螺母机构驱动上下夹书机构开闭运动，运动稳定，位置控制精度高；

(7)本发明的一种基于平送式书籍抓取机械手的图书存取装置及其控制方法，其书籍抓取机械手的水平横移机构采用电机驱动滚轮在导轨上滑动的方式，上下升降机构采用电机驱动丝杆螺母传动副的方式带动书籍抓取机构运动，结构设计简单，运行平稳可靠。

附图说明

图1为本发明的一种基于平送式书籍抓取机械手的图书存取装置的立体结构示意图；

图2为本发明的一种基于平送式书籍抓取机械手的图书存取装置中的书盒模块的结构示意图；

图3为本发明的一种基于平送式书籍抓取机械手的图书存取装置中书籍抓取机械手的结构示意图；

图4为本发明的一种基于平送式书籍抓取机械手的图书存取装置中书籍抓取机构的结构示意图；

图5为本发明的一种基于平送式书籍抓取机械手的图书存取装置中书籍抓取机械手的横移驱动机构的结构示意图。

示意图中的标号说明：

1、图书架；11、书架外框；11-1、书架脚轮；12、书盒模块；12-1、基座；12-1a、挡板；12-2、上夹板；12-2a、滑槽；12-3、剪叉式夹书机构；12-4、连接杆；12-5、滑动杆；12-6、书盒开闭电机；12-7、书盒开闭驱动丝杆；12-8、推杆；12-9、推板；

2、书籍抓取机械手；21、轨道框；21a、水平导轨；22、移动底座；23、横移驱动机构；23-1、横移驱动电机；23-2、横移传动机构；23-3、横移轮轴；23-4、横移滚轮；23-5、轮轴传动机构；24、升降支架；25、升降滑座；26、升降驱动机构；26-1、升降驱动电机；26-2、升降驱动丝杆；26-3、升降导向杆；27、书籍抓取机构；27-1、书籍抓取升降支座；27-2、书籍抓取横移电机；27-3、横移同步带传动机构；27-4、书籍抓取横移支座；27-5、书籍夹持滑座；27-6、书籍夹持驱动电机；27-7、上夹书机构；27-7a、上夹书支座；27-7b、上夹书输送电机；27-7c、上夹书输送传动机构；27-7d、上夹书输送带；27-8、下夹书机构；27-8a、下夹书支座；27-8c、下夹书输送传动机构；27-8d、下夹书输送带；27-9、书籍到位传感器；27-10、书籍厚度传感器；27-11、书籍横移驱动丝杆；27-12、书籍横移导向杆；27-13、书籍夹持驱动丝杆；27-14、书籍夹持导向杆。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

[实施例]

结合图1所示，本实施例的一种基于平送式书籍抓取机械手的图书存取装置，包括图书架1和与图书架1相配合的书籍抓取机械手2，书籍抓取机械手2用于在图书架1上存取书籍，图书架1包括书架外框11和设于书架外框11上的若干书盒模块12，为了便于图书架1的安装和移动，在书架外框11的底部还设有具有自锁功能的书架脚轮11-1；书籍抓取机械手2包括水平横移机构、上下升降机构和书籍抓取机构27，上下升降机构安装于水平横移机构上，由水平横移机构带动上下升降机构沿图书架1的排布方向水平横向移动；书籍抓取机构27安装于上下升降机构上，由上下升降机构带动书籍抓取机构27沿图书架1的高度方向升降移动；通过水平横移机构和上下升降机构带动书籍抓取机构27在图书架1的立面上横向和高度方向移动，实现对应书籍的存取。在本实施例中，至少两组书盒模块12上下叠加形成一个书盒单元，各个书盒单元在书架外框11上沿横向和纵向阵列设置。每个书盒单元的书盒模块12数量可根据具体设计需要而定，一般设计为4～8个一组较佳，一方面能够保证空间利用率，一方面也能够减轻最底层书盒模块12的承载重量。如图2所示，书盒模块12包括基座12-1、上夹板12-2、推板12-9、书盒开闭机构和推板驱动机构，上夹板12-2通过书盒开闭机构安装于基座12-1上，由书盒开闭机构驱动上夹板12-2在基座12-1上上下开闭运动；推板12-9通过推板驱动机构安装于基座12-1上，由推板驱动机构带动推板12-9在基座12-1上前后伸缩运动。推板12-9优选采用l形结构，其长度短于基座12-1，能够将伸出基座12-1来实现书籍的接取。如图3所示，书籍抓取机构27包括书籍抓取升降支座27-1、书籍抓取横移支座27-4、书籍抓取横移驱动机构、上夹书机构27-7和下夹书机构27-8，书籍抓取升降支座27-1安装于上下升降机构上，书籍抓取横移支座27-4通过书籍抓取横移驱动机构安装于书籍抓取升降支座27-1上，由书籍抓取横移驱动机构带动书籍抓取横移支座27-4左右横向移动，上夹书机构27-7和下夹书机构27-8相对设置，且上夹书机构27-7和下夹书机构27-8两者之一固定在书籍抓取横移支座27-4上，另一者通过书籍夹持驱动机构安装于书籍抓取横移支座27-4上，由书籍夹持驱动机构带动上夹书机构27-7和下夹书机构27-8夹闭或张开；上夹书机构27-7和下夹书机构27-8上均具有平行设置的夹书输送带机构，夹书输送带机构与对应书盒模块12的推板12-9伸出配合动作。书籍抓取机械手2采用平送式设计来对书籍进行抓取和输送，配合图书架的书盒模块12伸缩推板设计，能够稳定地实现书籍的抓取和转移，提高了书籍在图书架1上的存取稳定性，并且利用上下夹书输送带机构对书籍进行抓取和输送，对书籍起到保护作用，有效防止了书籍在机械存取过程中发生损坏；同时，书盒模块12采用开合设计且上下叠加设置，能够在书籍存取过程中具有足够的开口大小，进一步方便了书籍的存取，并且使得图书架的结构设计更加紧凑，便于在同样大小的图书架中设置更多的书盒，提高书架的空间利用率。

接图2所示，在本实施例中，书盒开闭机构和推板驱动机构采用联动设计。即，书盒开闭机构包括剪叉式夹书机构12-3、滑动杆12-5、书盒开闭电机12-6和书盒开闭驱动丝杆12-7，上夹板12-2通过剪叉式夹书机构12-3安装于基座12-1上，滑动杆12-5通过导杆滑动安装于基座12-1上，剪叉式夹书机构12-3为“x”形连杆单元，由两根连杆中间铰接形成，剪叉式夹书机构12-3的下部两侧铰接点分别与滑动杆12-5和基座12-1中部的挡板12-1a相铰接，剪叉式夹书机构12-3的上部两侧铰接点分别与上夹板12-2上设置的滑槽12-2a和上夹板12-2的侧壁相铰接，剪叉式夹书机构12-3在书盒模块12的左右设有两组，两组剪叉式夹书机构12-3之间通过滑动杆12-5和连接杆12-4相连接，连接杆12-4位于滑槽12-2a内；书盒开闭电机12-6安装于基座12-1的后部，书盒开闭驱动丝杆12-7安装于基座12-1上，且书盒开闭驱动丝杆12-7的后端与书盒开闭电机12-6的输出轴传动连接，滑动杆12-5与书盒开闭驱动丝杆12-7之间采用螺纹配合，通过书盒开闭驱动丝杆12-7旋转能够驱动滑动杆12-5前后移动来带动剪叉式夹书机构12-3升降运动，进而带动基座12-1和上夹板12-2上下开闭运动；推板驱动机构包括推杆12-8，推杆12-8的后端固定在滑动杆12-5上，推杆12-8的前端穿过挡板12-1a与推板12-9相连接，通过滑动杆12-5带动推板12-9前后伸缩运动，在基座12-1和上夹板12-2张开的同时带动推板12-9向外伸出，推板12-9的伸缩方向与上夹书机构27-7、下夹书机构27-8的夹书输送带机构的输送方向平行。采用上述的书盒模块12，书盒模块12的上下开合动作和推板伸出动作联动设计，在书盒开闭机构带动书盒模块12张开的同时带动推板12-9向外推出运动，结构简单紧凑，书盒开闭运动与推板伸缩运动协调稳定，能够保证书籍稳定地在书盒与上下夹书机构之间转移。并且，多组书盒模块12上下叠加设置，在图书架1进行书籍拿取或放置过程中仅有一组书盒张开动作，其余书盒为闭合状态，使得图书架上的书盒布置更加紧凑，空间利用率更高，能够在同样的空间内放置更多书籍。

如图3和图4所示，在本实施例中，上夹书机构27-7和下夹书机构27-8的结构相同，上述的上夹书机构27-7包括上夹书支座27-7a、上夹书输送电机27-7b、上夹书输送传动机构27-7c和上夹书输送带27-7d，上夹书支座27-7a通过书籍夹持驱动机构安装于书籍抓取横移支座27-4上，上夹书输送带27-7d通过带轮安装于上夹书支座27-7a的下部，上夹书输送电机27-7b安装于上夹书支座27-7a上，且上夹书输送电机27-7b的输出轴通过上夹书输送传动机构27-7c与上夹书输送带27-7d的主动带轮传动连接，上夹书输送电机27-7b通过上夹书输送传动机构27-7c带动上夹书输送带27-7d运动；下夹书机构27-8包括下夹书支座27-8a、下夹书输送电机、下夹书输送传动机构27-8c和下夹书输送带27-8d，下夹书支座27-8a固定在书籍抓取横移支座27-4的下部，下夹书输送带27-8d通过带轮安装于下夹书支座27-8a的上部，下夹书输送电机安装于下夹书支座27-8a上，且下夹书输送电机的输出轴通过下夹书输送传动机构27-8c与下夹书输送带27-8d的主动带轮传动连接，下夹书输送电机通过下夹书输送传动机构27-8c带动下夹书输送带27-8d运动。上述的上夹书输送传动机构27-7c和下夹书输送传动机构27-8c均采用同步带传动机构。上述的上夹书机构27-7和下夹书机构27-8均采用夹书输送电机通过夹书输送传动机构来驱动夹书输送带运动来实现书籍的夹紧输送，结构简单紧凑，书籍夹取和转移动作更加稳定可靠，不易损伤书籍。

如图4所示，为了便于书籍在上下夹书机构上定位，书籍抓取横移支座27-4上设有两组书籍到位传感器27-9，书籍到位传感器27-9分设于夹书输送带机构的输送方向左右两侧，书籍到位传感器27-9优选采用光电感应传感器，能够利用两侧的书籍到位传感器27-9来保证书籍位于上下夹书机构的中间进行夹持，提高了书籍抓取的位置精度；上夹书机构27-7或下夹书机构27-8上设有用于检测上夹书机构27-7和下夹书机构27-8之间距离的书籍厚度传感器27-10，能够通过上夹书机构或下夹书机构夹持书籍后的距离确定书籍的厚度，为后续书籍存放入图书架提供数据支撑，保证了书籍正确存取，避免出现书籍过厚而无法存入的问题，尤其适用于大量不同书籍的快速上架存放。另外，在本实施例中，书籍抓取横移驱动机构包括书籍抓取横移电机27-2、横移同步带传动机构27-3、书籍横移驱动丝杆27-11和书籍横移导向杆27-12，书籍横移导向杆27-12水平安装于书籍抓取升降支座27-1上，书籍抓取横移支座27-4通过滑块安装于书籍横移导向杆27-12上，书籍横移驱动丝杆27-11与书籍横移导向杆27-12平行地安装于书籍抓取升降支座27-1上，且书籍横移驱动丝杆27-11与书籍抓取横移支座27-4之间螺纹配合，书籍抓取横移电机27-2固定于书籍抓取升降支座27-1上，且书籍抓取横移电机27-2的输出轴通过横移同步带传动机构27-3与书籍横移驱动丝杆27-11的一端传动连接，书籍抓取横移电机27-2通过横移同步带传动机构27-3带动书籍横移驱动丝杆27-11旋转，进而带动书籍抓取横移支座27-4水平横向移动，调整上下夹书机构的书籍接取位置，提高书籍在上下夹书机构上的位置精度，以便于下夹书机构27-8与图书架1的对应书盒或书籍输送平台准确稳定对接，保证书籍在上下夹书机构上转移稳定可靠。上述的书籍夹持驱动机构包括书籍夹持驱动电机27-6、书籍夹持驱动丝杆27-13和书籍夹持导向杆27-14，书籍夹持驱动丝杆27-13和书籍夹持导向杆27-14均竖向安装于书籍抓取横移支座27-4上，上夹书机构27-7通过书籍夹持滑座27-5滑动安装于书籍夹持导向杆27-14上，且书籍夹持驱动丝杆27-13与书籍夹持滑座27-5之间螺纹配合，书籍夹持驱动电机27-6固定于书籍抓取横移支座27-4上，书籍夹持驱动电机27-6的输出端与书籍夹持驱动丝杆27-13传动连接，书籍夹持驱动电机27-6带动书籍夹持驱动丝杆27-13旋转，书籍夹持驱动丝杆27-13旋转带动书籍夹持滑座27-5上下移动，实现上夹书机构27-7与下夹书机构27-8闭合或张开。

结合图3和图5所示，在本实施例中，书籍抓取机械手2的水平横移机构包括轨道框21、移动底座22和横移驱动机构23，轨道框21上沿图书架1的排布方向横向设有水平导轨21a，移动底座22的底部通过横移轮轴23-3设有至少两组横移滚轮23-4，横移滚轮23-4配合安装于水平导轨21a上，横移驱动机构23包括横移驱动电机23-1和横移传动机构23-2，横移驱动电机23-1安装于移动底座22上，且横移驱动电机23-1的输出轴通过横移传动机构23-2与横移轮轴23-3传动连接，相邻横移轮轴23-3之间通过轮轴传动机构23-5传动连接，为了提高水平横移机构的移动稳定性，横移滚轮23-4优选设有三组，横移驱动电机23-1通过横移传动机构23-2与中间横移轮轴23-3传动连接，两侧的横移轮轴23-3分别与中间横移轮轴23-3之间通过轮轴传动机构23-5传动连接，上述的横移传动机构23-2和轮轴传动机构23-5均采用同步带传动机构，横移驱动电机23-1通过横移传动机构23-2和轮轴传动机构23-5同步带动各根横移轮轴23-3旋转，利用横移轮轴23-3带动横移滚轮23-4旋转，进而在水平导轨21a上水平移动，用于在图书架1的排布方向横向移动，满足图书架1各列书籍的存取。书籍抓取机械手2的上下升降机构包括升降支架24、升降滑座25和升降驱动机构26，升降支架24固定于移动底座22上，升降滑座25通过升降驱动机构26安装于升降支架24上，书籍抓取机构27安装于升降滑座25上，升降驱动机构26包括升降驱动电机26-1、升降驱动丝杆26-2和升降导向杆26-3，升降导向杆26-3竖向安装于升降支架24上，升降驱动丝杆26-2与升降导向杆26-3平行地安装于升降支架24上，且升降驱动丝杆26-2的一端与固定在升降支架24上的升降驱动电机26-1的输出端传动连接，升降滑座25滑动安装于升降导向杆26-3上，且升降滑座25与升降驱动丝杆26-2螺纹配合；升降驱动电机26-1旋转带动升降驱动丝杆26-2旋转，进而带动升降滑座25在升降导向杆26-3上上下移动。书籍抓取机械手2的水平横移机构采用电机驱动滚轮在导轨上滑动的方式，上下升降机构采用电机驱动丝杆螺母传动副的方式带动书籍抓取机构运动，结构设计简单，运行平稳可靠。

本实施例还公开了一种基于平送式书籍抓取机械手的图书存取装置的控制方法，包含以下步骤：

a、存书时：

a-1、书籍抓取机械手2从书籍输送平台接取书籍，书籍输送平台可为皮带输送机构，能够将书籍平躺地输送，在书籍抓取机械手2从书籍输送平台上接取书籍时，书籍抓取机构27由水平横移机构和上下升降机构带动移动至书籍输送平台的端部，使得书籍抓取机构27的下夹书机构27-8与书籍输送平台对接，同时书籍夹持驱动机构带动上夹书机构27-7和下夹书机构27-8打开，当书籍由书籍输送平台输送过来时，下夹书机构27-8的夹书输送带机构同方向同步移动，将书籍由书籍输送平台移动至下夹书机构27-8上；然后书籍抓取机构27的上夹书机构27-7和下夹书机构27-8将待存书籍夹紧，并利用上夹书机构27-7和下夹书机构27-8的夹书输送带机构将书籍移动至书籍抓取机构27的中间；具体地，书籍抓取机构27的位置由横移驱动电机23-1和升降驱动电机26-1控制，在下夹书机构27-8到达书籍输送平台所在高度后，书籍抓取横移电机27-2工作带动书籍抓取机构27进一步向书籍输送平台移动，实现下夹书机构27-8与书籍输送平台的紧密对接，使得书籍能够稳定移动至下夹书机构27-8上，在书籍进入下夹书机构27-8时，下夹书机构27-8的下夹书输送电机同步工作，带动下夹书输送带27-8d移动，从而使书籍由书籍输送平台稳定移动至下夹书机构27-8上；当书籍移动至下夹书机构27-8上后，书籍夹持驱动电机27-6带动上夹书机构27-7向下移动，利用上夹书机构27-7与下夹书机构27-8将书籍夹住。在此过程中，利用书籍到位传感器27-9检测书籍是否完全到达下夹书机构27-8上，利用书籍厚度传感器27-10检测书籍的厚度。

a-2、书籍抓取机械手2的水平横移机构和上下升降机构带动书籍抓取机构27向图书架1上的目标书盒模块12移动，使书籍抓取机构27带着待存书籍移动至对应的目标书盒模块12处；书籍抓取机构27的移动过程与步骤a-1相似，均由横移驱动电机23-1和升降驱动电机26-1的运行进行控制，在此不再详述。

a-3、目标书盒模块12的书盒开闭机构带动基座12-1和上夹板12-2打开，使得目标书盒模块12的开口张开，同时推板驱动机构带动推板12-9由基座12-1上向外伸出；具体地，书盒开闭电机12-6工作带动书盒开闭驱动丝杆12-7旋转，进而驱动滑动杆12-5向前移动，滑动杆12-5同时通过剪叉式夹书机构12-3带动上夹板12-2向上打开，同时通过推杆12-8带动推板12-9向外伸出。

a-4、书籍抓取横移驱动机构带动书籍抓取机构27连同待存书籍向目标书盒模块12方向移动，使得书籍抓取机构27与伸出的推板12-9相对接；然后书籍抓取机构27的上夹书机构27-7和下夹书机构27-8同步动作，利用夹书输送带机构带动待存书籍移动至推板12-9上；具体他，书籍抓取横移驱动机构中的书籍抓取横移电机27-2工作，通过书籍横移驱动丝杆27-11带动书籍抓取横移支座27-4向目标书盒模块12方向移动，使得下夹书机构27-8的输送平面与伸出的推板12-9相对接。

a-5、在待存书籍移动至推板12-9上后，推板驱动机构带动推板12-9向后收缩，同时上夹书机构27-7和下夹书机构27-8的夹书输送带机构持续将书籍向目标书盒模块12方向输送，使得书籍随着推板12-9进入目标书盒模块12内；同时书盒开闭机构带动上夹板12-2和基座12-1夹紧，将待存书籍夹紧在目标书盒模块12内，完成存书过程；书盒模块12中的推板12-9收缩和书盒模块12夹紧的过程与步骤a-3中书盒模块12的打开过程相反，在此不再详述。

b、取书时：

b-1、书籍抓取机械手2的水平横移机构和上下升降机构带动书籍抓取机构27向图书架1上的目标待取书籍移动，使书籍抓取机构27移动至对应的目标书盒模块12处；具体地，书籍抓取机构27的位置由横移驱动电机23-1和升降驱动电机26-1控制，使下夹书机构27-8达到目标书盒模块12所在高度位置。

b-2、书籍抓取机构27的书籍夹持驱动机构带动上夹书机构27-7和下夹书机构27-8打开，使得上夹书机构27-7和下夹书机构27-8向上张开；具体地，书籍夹持驱动电机27-6带动书籍夹持驱动丝杆27-13旋转，带动籍夹持滑座27-5向上移动，从而带动上夹书机构27-7向上移动，使得上夹书机构27-7和下夹书机构27-8打开一定高度，便于书籍进入书籍抓取机构27内。

b-3、书籍抓取横移驱动机构带动书籍抓取机构27向目标书籍所在的书盒模块12方向移动，使得书籍抓取机构27与目标书籍所在的书盒模块12相对接；具体他，书籍抓取横移驱动机构中的书籍抓取横移电机27-2工作，通过书籍横移驱动丝杆27-11带动书籍抓取横移支座27-4向目标书盒模块12方向移动，使得下夹书机构27-8的输送平面与书盒模块12中伸出的推板12-9相对接。

b-4、目标书籍所在的书盒模块12的书盒开闭机构带动基座12-1和上夹板12-2打开，使上夹板12-2松开目标书籍，同时推板驱动机构带动推板12-9连同目标书籍向外伸出，使目标书籍部分移动至书籍抓取机构27的下夹书机构27-8上；具体地，书盒开闭电机12-6工作带动书盒开闭驱动丝杆12-7旋转，进而驱动滑动杆12-5向前移动，滑动杆12-5同时通过剪叉式夹书机构12-3带动上夹板12-2向上打开，同时通过推杆12-8带动推板12-9向外伸出，由于推板12-9的长度小于书籍的尺寸，书籍只有部分在推板12-9上，书籍的另一部分向外露出，使得书籍部分伸入上夹书机构27-7和下夹书机构27-8之间。

b-5、书籍抓取机构27的书籍夹持驱动机构带动上夹书机构27-7和下夹书机构27-8闭合，将目标书籍夹紧，同时上夹书机构27-7和下夹书机构27-8的夹书输送带机构同步工作，将目标书籍移动至上夹书机构27-7和下夹书机构27-8之间，完成取书过程。上夹书机构27-7和下夹书机构27-8闭合动作与步骤b-2中的打开动作相反，利用书籍夹持驱动电机27-6反向旋转带动下夹书机构27-8向下移动夹紧书籍，同时上夹书输送电机27-7b和下夹书输送电机工作，将书籍由目标书籍所在的书盒转移至书籍抓取机构27上。

在本实施例中，由于书籍抓取机构27上还设有位于夹书输送带机构的输送方向左右两侧的书籍到位传感器27-9和用于检测上夹书机构27-7和下夹书机构27-8之间距离的书籍厚度传感器27-10；书籍到位传感器27-9在书籍抓取机构27抓取书籍过程中，配合上夹书机构27-7和下夹书机构27-8夹书输送带机构将书籍移动至上夹书机构27-7和下夹书机构27-8的中间位置，提高书籍抓取准确性；书籍厚度传感器27-10在存书过程中识别书籍抓取机构27所抓取书籍的厚度，并根据书籍厚度信息为书籍分配图书架1上适应厚度的书盒模块12，保证了书籍正确存取。

本发明的一种基于平送式书籍抓取机械手的图书存取装置及其控制方法，书籍抓取机械手采用平送式设计来对书籍进行抓取和输送，配合图书架的书盒模块伸缩推板设计，能够稳定地实现书籍的抓取和转移，提高了书籍在图书架上的存取稳定性，并且利用上下夹书输送带机构对书籍进行抓取和输送，对书籍起到保护作用，有效防止了书籍在机械存取过程中发生损坏；同时，书盒模块采用开合设计且上下叠加设置，能够在书籍存取过程中具有足够的开口大小，进一步方便了书籍的存取，并且使得图书架的结构设计更加紧凑，便于在同样大小的图书架中设置更多的书盒，提高书架的空间利用率；而且，书籍抓取机械手能够通过检测书籍厚度来适配不同规格的书盒，保证了书籍正确存取，尤其适用于大量不同书籍的快速上架存放。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。