一种自动整理机器人的制作方法

本发明涉及图书馆自动化设备技术领域，尤其涉及一种图书馆用书籍位置自动整理机器人。

背景技术：

目前各地图书馆为了方便读者查找书，通常都把图书垂直放置在书架内并将书脊面向读者、书脊上的文字正向。而读者在放置图书时经常会将书脊面向书架，或者往往不注意书脊上的文字方向，经常出现倒放的情况；为方便读者找书，图书馆的图书都是分类摆放的，而读者在选书过程中往往随意变更图书的位置，给其他读者找书造成不便。

现有的图书馆都是通过人工对书架上的图书进行整理，费时费力，现有技术还没有能够对图书馆书架上的图书进行自动整理的设备。

技术实现要素：

本发明针对现有图书馆图书整理设备的不足，研制一种自动整理机器人，该装置能够自动识别出摆放错误的图书，并将图书转向后放至正确的位置，有效提高了图书馆的服务质量，方便了读者找书，同时减少了图书管理人员的工作负担。

本发明解决技术问题的技术方案为：一种自动整理机器人，设置在图书馆内，图书馆内的图书摆放在书架上，机器人包括小车、机械臂、夹爪、图书识别器、滑移机构、撑书器，小车上设置有控制柜、蓄电池，机械臂、滑移机构设置在小车上，机械臂为多个电机带动的多自由度机械手，机械臂上设置有安装块、安装块上设置有旋转机构，夹爪安装在旋转机构上，图书识别器设置在夹爪上；所述夹爪通过转接板安装在旋转机构上；滑移机构包括平移机构、斜滑道，斜滑道安装在平移机构的移动板上，斜滑道与夹爪对应，滑移机构位于机械臂的侧面；撑书器包括延伸杆、撑书框、旋转电机，延伸杆的一端安装在安装块上、另一端安装旋转电机，撑书框与延伸杆的远安装块端通过活动轴连接，撑书框连接旋转电机的电机轴，撑书框的远延伸杆端为尖头形，撑书框在机械臂两侧对称设置两个；小车、机械臂、夹爪、图书识别器、滑移机构、旋转电机的控制端口或数据端口都连接控制柜中的控制器。

作为优化，斜滑道的远书架端高于近书架端，斜滑道的底部设置有多个滚轮。

作为优化，撑书框中心线与旋转机构旋转轴之间的水平距离等于图书识别器竖直中心面与旋转机构旋转轴之间的距离。

作为优化，所述夹爪包括左爪、右爪、齿条、主动齿、辅助齿、夹爪电机，左爪与右爪对称设置，左爪与右爪的后端设置有轮齿，齿条设置在左爪与右爪之间，左爪、右爪、主动齿、辅助齿分别与齿条啮合，夹爪电机的输出轴连接主动齿的旋转轴。

作为优化，所述夹爪上还设置有码齐板，码齐板垂直于夹爪，码齐板的高度超出夹爪最高点。

作为优化，所述图书识别器包括条形码扫描器，图书书脊的中心横向设置有条形码。

作为优化，所述条形码扫描器安装在导向套中，导向套内设置有弹簧，弹簧的一端接触条形码扫描器后端、一端接触导向套内壁。

作为优化，所述图书识别器包括摄像头，控制柜内设置有图像识别系统。

作为优化，所述小车的车轮为麦克纳姆轮。

作为优化，所述机器人还包括暂存箱，暂存箱设置在小车上。

作为优化，所述平移机构为滚珠丝杠带动的移动平台。

本发明的有益效果：

1.本发明的小车、机械臂将图书识别器送至工作位置，图书识别器能够识别出问题图书，设备能够自动将问题图书取出、翻转至正确方向，并放至正确位置，有效提高了图书馆的服务质量，方便了读者找书，同时减少了图书管理人员的工作负担。

2.通过设置撑书器可以将书架上的图书撑开，方便设备将图书放回书架。

3.通过设置码齐板，当图书放置完毕后，旋转夹爪使码齐板正对图书的书脊，然后设备整体靠近图书，可实现图书的前后码齐。通过控制小车、机械臂，将码齐板插入图书上方与书架的空隙中，然后机械臂下降，可实现图书的上下码齐。

4.通过设置导向套、弹簧，使条形码扫描器可以前后移动，避免了与图书发生碰撞造成的问题，保护了条形码扫描器，保障了取书的顺利进行。

5.通过安装摄像头，利用图像识别技术判断图书是否放反，可以进行批量识别，有效提高了工作效率。

6.通过将小车的车轮设置为麦克纳姆轮，使小车可以方便的前后左右自由移动，增加了设备的灵活度，提高了工作效率。

7.通过设置平移机构降低了机械臂的动作压力，降低了对机械臂作用范围的要求，降低了成本。

8.通过设置暂存箱，可以暂时存放放置位置错误的问题图书，待机器人移动到对应书架时再统一摆放。

附图说明

图1为本发明一种实施例工作状态的总体结构图。

图2为图1b区域的局部放大图。

图3、图4为本发明发现书脊朝向读者但书脊方向放反的图书时，取书状态的总体结构图。

图5为图4c区域的局部放大图。

图6为图4e区域的局部放大图。

图7为本发明发现放置方式正确但放置位置错误的图书时，取书状态的总体结构图。

图8为本发明将图书移入滑移机构时的总体结构图。

图9、图10为本发明从滑移机构取图书时的总体结构图。

图11为本发明将图书放置到书架上时的总体结构图。

图12为夹爪的总体结构图。

图13为夹爪的内部结构图。

图14为图书识别器一种实施例的总体结构图。

图15为图书识别器一种实施例的内部结构图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图来详细解释本发明的实施方式。

图1至图15为本发明的一种实施例，如图1至图6所示，一种自动整理机器人，设置在图书馆内，图书馆内的图书2摆放在书架1上，机器人包括小车3、机械臂4、夹爪5、图书识别器6、滑移机构7、撑书器8，小车3上设置有控制柜301、蓄电池，机械臂4、滑移机构7设置在小车3上，机械臂4为多个电机带动的多自由度机械手，机械臂4上设置有安装块401、安装块401上设置有旋转机构402，夹爪5安装在旋转机构402上，图书识别器6设置在夹爪5上；所述夹爪5通过转接板406安装在旋转机构402上；滑移机构7包括平移机构701、斜滑道702，斜滑道702安装在平移机构701的移动板上，斜滑道702的远书架1端高于近书架1端，斜滑道702的底部设置有多个滚轮703，斜滑道702与夹爪5对应，滑移机构7位于机械臂4的侧面；如图5所示，撑书器8包括延伸杆801、撑书框803、旋转电机802，延伸杆801的一端安装在安装块401上、另一端安装旋转电机802，撑书框803与延伸杆801的远安装块401端通过活动轴连接，撑书框803连接旋转电机802的电机轴，撑书框803的主体为一u形框，撑书框803的远延伸杆801端为尖头形，撑书框803在机械臂4两侧对称设置两个，撑书框803中心线与旋转机构402旋转轴之间的水平距离等于图书识别器6竖直中心面与旋转机构402旋转轴之间的距离；小车3、机械臂4、夹爪5、图书识别器6、滑移机构7、旋转电机802的控制端口或数据端口都连接控制柜301中的控制器。小车3、机械臂4将图书识别器6送至工作位置，图书识别器6能够识别出问题图书，设备能够自动将问题图书取出、翻转至正确方向，并放至正确位置，有效提高了图书馆的服务质量，方便了读者找书，同时减少了图书管理人员的工作负担。通过设置撑书器8可以将书架上的图书撑开，方便设备将图书放回书架。

所述小车3的车轮为麦克纳姆轮。通过将小车的车轮设置为麦克纳姆轮，使小车可以方便的前后左右自由移动，增加了设备的灵活度，提高了工作效率。

所述平移机构701为滚珠丝杠带动的移动平台。通过设置平移机构701降低了机械臂4的动作压力，降低了对机械臂4作用范围的要求，降低了成本。

如图12、图13所示，所述夹爪5包括左爪501、右爪502、齿条503、主动齿504、辅助齿505、夹爪电机506，左爪501与右爪502对称设置，左爪501与右爪502的后端设置有轮齿，齿条503设置在左爪501与右爪502之间，左爪501、右爪502、主动齿504、辅助齿505分别与齿条503啮合，夹爪电机506的输出轴连接主动齿504的旋转轴。所述夹爪5上还设置有码齐板507，码齐板507垂直于夹爪5，码齐板507的高度超出夹爪5最高点。通过设置码齐板，当图书放置完毕后，旋转夹爪使码齐板正对图书的书脊，然后设备整体靠近图书，可实现图书的前后码齐。通过控制小车、机械臂，将码齐板插入图书上方与书架的空隙中，然后机械臂下降，可实现图书的上下码齐。

如图14、图15所示，所述图书识别器6包括条形码扫描器601，图书2书脊的中心横向设置有条形码201。书架1、图书2的高度都是已知的，且尽量将相同高度的图书2放置在一层，条形码扫描器601只需沿特定高度扫描即可逐一读取一层图书的条形码201，如果图书2放反则条形码也会是反的。所述条形码扫描器601安装在导向套602中，导向套602内设置有弹簧，弹簧的一端接触条形码扫描器601后端、一端接触导向套602内壁。由于条形码扫描器的有效识别距离有限，夹爪在夹取图书过程中，条形码扫描器有可能与图书发生碰撞，通过设置导向套、弹簧，使条形码扫描器可以前后移动，避免了与图书发生碰撞造成的问题，保护了条形码扫描器，保障了取书的顺利进行。

机械臂4为多个电机带动的多自由度机械手，如图4所示，机械臂4设置有第一水平旋转关节a、第二竖直旋转关节b、第三竖直旋转关节c、第四旋转关节d、第五旋转关节e、旋转机构402，通过控制各个关节的运动，可以实现夹爪5的升降。

取图书过程，首先旋转电机802旋转带动撑书框803向上翻转；设备控制夹爪5对准预取的图书，夹爪5张开至略大于书厚；然后夹爪5插入图书间隙一段距离；夹爪5闭合夹取图书，控制夹爪5远离书架，完成取书。

图书识别器6能够识别出位置摆放错误的图书，并通过夹爪5将图书2取出后放至正确的位置；如图3、图4所示为设备发现问题图书时，取书状态的总体结构图，该状态下撑书框803向上翻起。

对于书脊朝向读者但书脊方向放反的图书，如图3、图4所示，夹爪5夹取该图书后，设备整体后移，然后旋转机构402旋转180度将图书2转向，最后将图书放至书架1正确的位置。

对于书脊面向书架1的图书，如图8至图10所示，夹爪5夹取该图书2后，机械臂4动作将图书2向远书架1方向翻转至图书2与斜滑道702平行；如图8所示，机械臂4带动图书2翻转、运动至与斜滑道702平行。该过程中第一水平旋转关节a水平旋转了180度，图书2的书脊变为朝向读者，图书2位于斜滑道702顶端上方；然后夹爪5松开将图书2放入斜滑道702中；图书2在重力的作用下滑至斜滑道702底部。然后机械臂4向书架1方向动作至夹爪5与图书2平行，此过程中第一水平旋转关节a又水平旋转了180度，如图9、图10所示，平移机构701动作将图书2移至夹爪5下方，机械臂4带动夹爪5至图书2夹取位置，夹爪5从新夹取图书2；此时如果图书2的方向已经正确则直接将图书2放置到书架1上的正确位置即可；如果图书的方向是反的，则经旋转机构402旋转180度后则是正确方向，经撑书器8放置到书架1正确位置即可。

图7为本发明发现放置方式正确但放置位置错误的图书时，取书状态的总体结构图，取书后直接将图书2放置到书架1的正确位置。

图11是设备将图书2放回书架1的状态图，图书2所在一侧的撑书框803翻转至水平状态，图书2位于撑书框803正上方，且撑书框803的前端尖头距离书架1的距离比预要放置图书2距离书架1的距离近。

图书2放置步骤如下：1、夹爪5向书架1移动，撑书框803先将书架1上的图书2撑开，同时预要放置图书2进入该空隙；2、夹爪5松开，图书2落至书架1上；3、控制夹爪5连同撑书框803一同上升直至撑书框803与图书2脱离，4、控制码齐板507将图书2码齐。

上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。