一种面向图书及读者的图书馆无人管理小车

1.本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种面向图书及读者的图书馆无人管理小车。


背景技术：

2.目前市面上的图书盘点机器人仅具有盘点功能，其升降装置一般使用步进电机驱动，导致整体装置有的体积过大，有的质量过大，有的高度过高，因此只能通过加大机器人底盘面积来增强机器人的稳定性。但这些都会使得机器人整体活动不灵，产品价格过高。


技术实现要素：

3.本实用新型的实施例提供了一种面向图书及读者的图书馆无人管理小车，以克服现有技术的缺陷。
4.为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。
5.本实用新型提供了如下方案：
6.一种面向图书及读者的图书馆无人管理小车，包括：控制器、显示屏、移动小车、rfid扫描组件、升降组件、巡逻组件、激光雷达和供电组件；
7.所述控制器，分别与显示屏、移动小车、rfid扫描组件、升降组件、激光雷达和供电组件连接，用于控制所述显示屏、移动小车、rfid扫描组件、升降组件、激光雷达和供电组件的工作状态；
8.所述显示屏、升降组件、巡逻组件、激光雷达和供电组件设置于移动小车；
9.所述显示屏，用于显示及查询书籍信息；
10.所述移动小车，可自由移动；
11.所述rfid扫描组件，与升降组件相连，根据射频电子标签发射的信号读取书籍信息；
12.所述升降组件，用于带动rfid扫描组件上下移动；
13.所述巡逻组件，用于图书馆闭馆巡逻并驱离滞留人员；
14.所述激光雷达，用于建图导航；
15.所述供电组件，用于整个装置的供电。
16.优选地，所述升降组件包括：定滑轮、直线滑轨、电动升降杆和绳索；
17.所述电动升降杆包括：固定套管和升降杆，所述升降杆位于固定套管内部可升降，所述固定套管固定安装于移动小车上方；
18.所述直线滑轨和定滑轮通过l型支架与升降杆顶部连接，其中，所述直线滑轨与电动升降杆平行，所述定滑轮固定于升降杆顶部；
19.所述直线滑轨连接有滑轮，所述滑轮可沿直线滑轨上下移动；
20.所述绳索绕过定滑轮，一端与所述滑轮连接，另一端固定于移动小车；
21.所述rfid扫描组件与所述滑轮固定连接。
22.优选地，所述巡逻组件包括：用于人脸识别的摄像头和播报提示闭馆语音的喇叭，所述摄像头安装于固定套管顶部，所述喇叭安装于移动小车，所述摄像头和喇叭分别与控制器相连。
23.优选地，所述扫描组件包括：rfid扫描模块和屏蔽外壳，所述屏蔽外壳为筒状，其顶部开口，底部封闭的筒状；
24.所述rfid模块位于屏蔽外壳内部，并安装于屏蔽外壳底部。
25.优选地，所述控制器为树莓派和单片机。
26.由上述本实用新型的实施例提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例一种面向图书及读者的图书馆无人管理小车，具有体积小，轻便，行动灵活并且开发费用更加合理。本实用新型通过使用电机伸缩杆及定滑轮来制作一种新型结构的升降装置，降低了机械结构的整体高度，并简化内部电路，减少不必要的负重，从而使整体重量及高度都可以做到比较小，适应于复杂的环境当中。此外，由于本实用新型通过树莓派及stm32进行控制，使用的主控比较便宜，整体费用相较于市面已有产品的价格较合理。
27.本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
28.图1为本实用新型实施例提供的一种面向图书及读者的图书馆无人管理小车主视图；
29.图2为本实用新型实施例提供的一种面向图书及读者的图书馆无人管理小车左视图；
30.图3为本实用新型实施例提供的一种面向图书及读者的图书馆无人管理小车俯视图；
31.图4为本实用新型实施例提供的升降装置控制电路示意图；
32.图5为本实用新型实施例提供的系统功能流程图。
具体实施方式
33.下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。
34.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
35.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖
直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
37.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
38.为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本实用新型实施例的限定。
39.如图1
‑
3所示，本实用新型实施例提供了一种面向图书及读者的图书馆无人管理小车，拥有3个主要功能，包括书籍盘点，闭馆巡逻及书籍查找和引导。其组成包括：控制器、显示屏、移动小车10、rfid扫描组件4、升降组件、巡逻组件、激光雷达7和供电组件，其中，显示屏、升降组件、巡逻组件、激光雷达7和供电组件设置于移动小车10，rfid扫描组件4与升降组件相连。
40.控制器为树莓派和单片机，对图书馆无人管理小车进行整体控制，其中，单片机采用stm32。
41.控制器分别与显示屏、移动小车10、rfid扫描组件4、升降组件、激光雷达7和供电组件连接，通过服务器向控制器发送指令控制显示屏、移动小车10、rfid扫描组件4、升降组件、激光雷达7和供电组件的工作状态。
42.显示屏用于显示及查询书籍信息。
43.移动小车10可自由移动。
44.rfid扫描组件4根据射频电子标签发射的信号读取书籍信息，包括：rfid扫描模块和屏蔽外壳，屏蔽外壳为锡纸制作的，外形为筒状，顶部开口，底部封闭，rfid模块位于屏蔽外壳内部，并通过四个铜柱安装于屏蔽外壳底部。
45.升降组件用于带动rfid扫描组件4上下移动，包括：定滑轮1、直线滑轨3、电动升降杆5和绳索6，电动升降杆5与树莓派连接。电动升降杆5包括：固定套管和升降杆，升降杆位于固定套管内部可升降，固定套管固定安装于移动小车10上方，升降杆顶部固定有l型支架11，其中，l型支架11的垂直臂方向向下与电动升降杆5平行，定滑轮1通过l型支架11固定于升降杆的顶部，直线滑轨3与l型支架11的垂直臂固定连接，且直线滑轨3平行于电动升降杆5。直线滑轨3为c型滑轨。c型滑轨连接有一四轮滑轮，四轮滑轮可以在滑轨中自由上下移动，该滑轮与rfid扫描组件4固定连接。绳索6一端系在四轮滑轮上，然后绕过顶端的定滑轮1，另一端固定系在移动小车底盘的右侧车身上。此时当电动升降杆5被驱动上升时，l型支架11整体上升，而由于rfid扫描组件4通过一个绳索进行牵引，它的上升速度为升降杆上升
速度的两倍。最终当升降杆升高到极限距离时，rfid扫描组件4可以升到最顶端。
46.巡逻组件，用于图书馆闭馆巡逻并驱离滞留人员，包括用于人脸识别的摄像头2和播报提示闭馆语音的波音喇叭8。摄像头2通过泡沫胶及尼龙扎带安装于固定套管顶部，同时通过一个双头usb数据线连接到树莓派上。波音喇叭8安装于移动小车10的左前方，控制通过双向3.5mm音频接头连接到树莓派音频接头，从而控制喇叭播报音频，其主要负责图书馆闭馆功能中识别到人脸后的闭馆提示音播报。
47.激光雷达，用于建图导航，安装于移动小车10的中间位置。
48.供电组件，用于整个装置的供电。
49.本实用新型的各个部件之间都通过一定数量的螺丝螺帽进行连接。
50.本实用新型的升降组件最终通过升降组件控制电路9进行控制。升降组件控制电路的连接方式如图4所示。
51.升降组件电路控制由12v二路继电器、降压模块、自制三极管控制电路板组成，其目的在于可以用移动小车上的树莓派控制电动升降杆的自动升降。首先使用降压模块对移动小车自带的24v电压降压至12v。之后为12v电压进行分路，分四路。其中一路如图4中标注的in0连接至三极管控制电路，通到三极管的集电极。三极管的基极连接树莓派的23和24号接口，如图4的in1和in2。三极管的发射级连接到树莓派的gnd。之后其他三路12v高电流电压和三极管开关电路输出的12v低电流电压一起接入到二路12v继电器当中，实现对升降杆的控制。在继电器左边四个接口从上到下分别连接12v电压的正极，负极，out1，out2。继电器右边的六个接口分别连接12v电压正极，电动升降杆的其中一根电源线，12v电压负极，12v电压负极，上述两个12v电压负极为不同引脚，电动升降杆的另一根电源线，12v电压正极。自制三极管控制电路板是为了将3.3v电平信号转化为继电器可识别的12v电平信号。该控制电路的所有模块都固定于移动小车运动底盘的尾部。
52.本实用新型中，对于升降组件和rfid扫描组件，还可以将rfid扫描组件平行增加到两个甚至多个，多列同时进行，以提高工作效率。
53.本实用新型实施例提供了一种面向图书及读者的图书馆无人管理小车，拥有3个主要功能，包括书籍盘点，闭馆巡逻及书籍查找和引导，各功能主要流程如图5所示。
54.在开始使用之前需要使用建图功能对目标区域进行激光雷达建图。建图完成后，重启小车，并进入本系统的主要功能。开启之后用户就可以通过ui界面点击相应的功能，启动功能。
55.(1)闭馆巡逻
56.用户点击ui界面上的“闭馆巡逻”按钮，此时服务器向无人管理小车发送人脸识别的模式选择指令。无人管理小车订阅到相关节点发布的功能选择话题之后进入闭关巡逻功能。此时将会开启摄像头进行人脸识别，同时开启运行多目标点自动巡航功能，在图书馆各个角落里进行巡逻。一旦摄像头识别到人脸时，就会发布识别到人脸的话题，指挥小车开启喇叭，提示滞留人员离开，同时自动记录扫描到的人数。无人管理小车进行以此巡逻回到起点之后，会检测记录到的人数，如果扫描到的人数不为0，则再次出发进行巡逻，否则退出功能并等待其他功能选择指令。
57.(2)书籍盘点
58.用户点击ui界面上的“扫书”按钮，通过udp接收到指令之后，再向小车发送自动扫
描书本的模式选择指令。此时小车运行预先设定的巡航程序，前往书架。到达书架的每一列的中间时，无人管理小车开始通过udp协议向主机服务器发送此时的书架号，书架列数，书架层数，并且告知其指挥rfid开始扫描。服务器为rfid发送开启指令，接收到标签内的信息之后，在信息之后添加上来自小车的书架号，书架列数，书架层数。通过扫描得到的一本书的信息。在此之后依次存入一个文件当中。无人管理小车经过数秒的等待之后开始指挥电动升降杆上升，将rfid带至书架第二层，然后继续执行上述指令，来扫描书架的第二层书本信息。该功能可以一直循环，直至将一整列书本全部扫描完成，并存入特定文件当中。之后无人管理小车又将电动升降杆降回书架第一层，并前往下一个目标点。在扫描完所有书架上的书本信息之后，无人管理小车就会自动回到出发点，为服务器发送任务完成信号和开始与数据库比对的信号。服务器接收到比对的指令之后，首先检查书本扫描数量是否达到设定标准，如果未达到设定的标准，则向无人管理小车发送再次扫描的指令，让无人管理小车再进行以此上述操作。否则就调用数据库，与文件进行比对，挑出放错位置的书本存入另外一个文件当中。此时服务器就会向ui界面发送所有任务已完成的信息。此时用户就可以点击“查看结果”按钮。ui界面可以读取文件，为用户显示出所有出错的书本信息。
59.(3)书本查找与引导
60.用户点击“书籍检索”菜单栏就可以进入书籍检索功能，向搜索栏中输入想要查找的书本名称，并点击搜索，在ui上将会显示该书本的位置信息。此时服务器就会向无人管理小车发送一串指令，这其中包括该功能的开启指令，以及书本所在的书架号和列号。无人管理小车运行相关功能，通过处理书本位置信息找到相应的目标点信息，之后就会自动带领读者前往指定位置。当无人管理小车已经到达目标位置之后，就会停留数秒时间，以告知读者书籍所在位置。之后就会自动回到起点，退出该功能。需要注意的是，该功能是对书籍盘点功能生成的文件进行检索，即只检索机器人扫描到的书本实际位置。如果在中无法检索到相关书籍名，则会等待下一次书名输入。
61.综上所述，本实用新型实施例提供了一种面向图书及读者的图书馆无人管理小车，整合了ros机器人、电动升降杆装置、rfid技术、摄像头、波音喇叭以及主机服务器和ui界面。相比于现有的图书馆图书盘点机器人而言，实现了多项的功能优化。不仅能够进行书籍盘点，还能够对书籍进行查找和引导，同时，本实用新型还配备有图书馆闭馆巡逻，驱离滞留人员的功能，通过一个摄像头识别巡逻路径上出现过的人脸，播报提示闭馆语音，直到巡逻没人就会停止巡逻，解决了图书馆闭馆时，仍然有学生迟迟不离开，需要人员前往驱离的问题。
62.本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。
63.本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。
64.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。