本发明涉及一种取书装置，尤其是涉及一种三爪式图书馆自动取书装置。
背景技术：
现有的图书馆取书机器人，由于末端执行器仅有用于夹取图书的两爪执行器，在排列整齐的图书书架上取书时，容易对周围的图书封皮造成刮伤、刺破等。且其固定在存书架上的ccd摄像头需要满足快速识别和准确查找功能、低延时甚至无延时、精准获取图书坐标和取书正确率大小这三项基本要求；以及控制器、ccd摄像头、与升降机构连接的存书架等都需要重新设计，未能利用现有技术，造成现有资源的浪费，由此带来了一系列的问题及不便。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种三爪式图书馆自动取书装置，其实现了图书馆自动识别图书与取书功能，减轻了图书馆管理员的劳动强度，提高了工作效率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种三爪式图书馆自动取书装置，其特征在于：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，所述载物台和检索机均设置在agv小车的小车底座顶部一侧，所述可移动转动z轴滑轨竖直设置在所述小车底座的顶部另一侧，所述可移动x轴滑轨水平设置在所述可移动转动z轴滑轨的下部一侧，所述三爪取书机构安装在可移动x轴滑轨的外端；所述检索机的信号输出端与控制器的输入端连接且将所查找图书的坐标定位信息传输给控制器，所述控制器的输出端通过第一驱动器与agv小车的小车驱动电机连接且控制小车驱动电机行走至所查找图书所在书架位置处，所述控制器设置在所述小车底座的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。
上述的三爪式图书馆自动取书装置，其特征在于：所述可移动转动z轴滑轨包括z轴导向轨、运动套筒、用于带动运动套筒沿着所述z轴导向轨上下移动的套筒移动驱动机构和用于带动所述z轴导向轨转动的转动驱动机构，所述运动套筒套设在所述z轴导向轨上，所述z轴导向轨的下端伸入所述小车底座内且与小车底座转动连接；所述z轴导向轨包括可转动z轴轨道和第一螺纹杆，所述可转动z轴轨道和第一螺纹杆平行设置且固定为一体，所述套筒移动驱动机构包括套筒移动驱动电机和第一齿轮，所述第一齿轮固定安装在套筒移动驱动电机的输出轴上，所述第一齿轮与第一螺纹杆相啮合，所述套筒移动驱动电机安装在运动套筒的外壁上，所述套筒移动驱动电机通过第二驱动器与控制器的输出端相接。
上述的三爪式图书馆自动取书装置，其特征在于：所述转动驱动机构包括转动驱动电机、主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮固定安装在转动驱动电机的输出轴上，所述从动齿轮固定安装在可转动z轴轨道的下端，所述主动齿轮与从动齿轮相啮合，所述转动驱动电机、主动齿轮和从动齿轮均位于所述小车底座内，所述转动驱动电机通过第三驱动器与控制器的输出端相接。
上述的三爪式图书馆自动取书装置，其特征在于：所述可转动z轴轨道的两侧均竖直设置有第一导轨，所述第一导轨与设置在运动套筒内侧的第一导槽相配合。
上述的三爪式图书馆自动取书装置，其特征在于：所述第二驱动器设置在运动套筒的侧壁上，所述第三驱动器设置在所述小车底座的顶部。
上述的三爪式图书馆自动取书装置，其特征在于：所述可移动x轴滑轨包括x轴导向轨、u形导槽体、固定板和用于带动x轴导向轨沿着u形导槽体水平移动的x轴导向轨移动驱动机构，所述u形导槽体套设在所述x轴导向轨上，所述u形导槽体的闭口端外侧与运动套筒的侧壁固定连接，所述固定板的一端与运动套筒的侧壁固定连接，所述固定板位于u形导槽体的下方；所述x轴导向轨包括x轴导向轨道和第二螺纹杆，所述x轴导向轨道和第二螺纹杆平行设置且固定为一体，所述x轴导向轨移动驱动机构包括x轴驱动电机和第二齿轮，所述第二齿轮固定安装在x轴驱动电机的输出轴上，所述第二齿轮与第二螺纹杆相啮合，所述x轴驱动电机安装在固定板的顶部，所述x轴驱动电机通过第四驱动器与控制器的输出端相接。
上述的三爪式图书馆自动取书装置，其特征在于：所述三爪取书机构包括v形固定架、连接箱、连接条、取书拨片、取书夹和用于带动所述取书夹开合的取书夹开合驱动机构，所述连接箱固定在v形固定架的顶部，所述连接条的下端与连接箱的顶部固定连接，所述取书拨片固定在连接条的上端，所述取书夹包括两个相对设置的取书夹板，所述取书夹板包括取书夹片和连杆，所述连杆的一端与取书夹片的中部铰接，两个所述取书夹片的连接端分别与v形固定架的开口端两侧铰接，其中一个所述取书夹片的端部内侧设置有压力传感器，所述压力传感器与控制器相接；所述取书夹开合驱动机构包括取书夹驱动电机、螺杆和滑板，所述螺杆的一端与取书夹驱动电机的输出轴固定连接，所述螺杆的另一端与滑板的一端螺纹连接，所述滑板的另一端穿过连接箱上设置的滑槽且能够沿着所述滑槽移动，所述连杆的另一端均与滑板的顶部铰接，所述取书夹驱动电机安装在连接箱内，所述取书夹驱动电机通过第五驱动器与控制器的输出端相接，所述v形固定架的闭口端与x轴导向轨道的连接端固定连接。
上述的三爪式图书馆自动取书装置，其特征在于：所述x轴导向轨道的两侧均水平设置有第二导轨，所述第二导轨与设置在u形导槽体内侧的第二导槽相配合。
上述的三爪式图书馆自动取书装置，其特征在于：所述第四驱动器设置在固定板的顶部，所述第五驱动器设置在连接箱的顶部。
上述的三爪式图书馆自动取书装置，其特征在于：所述控制器为西门子1300可编程控制器。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明实现了图书馆自动识别图书与取书功能，减轻了图书馆管理员的劳动强度，提高了工作效率，实现了在无需人工干预的情况下，在图书馆实现自动借书功能。
2、本发明能保证取书时对图书无损伤，定位准确、图书不会滑落，避免了存书架导致侧翻的可能性。
3、本发明不需过多设计控制器、ccd摄像头、与升降机构连接的存书架等装置，与已有成熟产品进行组合，避免了像现有技术的各装置专业参数的设计、制造、实验等以及产品问世后人们对该产品的适应周期。
4、本发明用户在检索机输入目标图书后，检索机会迅速定位该图书坐标位置，由控制器驱动agv小车前往该图书所在书架位置，避免了现有技术是用户在输入所需图书指令后，图书馆取书机器人利用ccd摄像系统查阅图书位置进行扫描搜索定位，存在延时性、准确性、稳定性及正确率不足的问题。
5、本发明三爪取书机构利用仿生学原理，模仿人手取书时拨书动作，新加一个类似人手的取书拨片，取书拨片先作出拨书动作，使图书倾斜至一定角度；然后取书夹做夹取动作，提高了取书的准确性和取书效率，避免了两爪执行器夹书片对周围的图书封皮造成刮伤、刺破；同时在其中一个取书夹片的端部内侧设置有压力传感器，保证夹紧力的大小与人手取书时的力大致相同。
6、本发明具有结构简单，使用方便，成本低，可靠性高，操作简单等特点。
下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的立体图。
图2为本发明的俯视图。
图3为本发明的主视图。
图4为本发明agv小车、转动驱动电机、主动齿轮、从动齿轮和x轴导向轨道的位置关系示意图。
图5为本发明三爪取书机构的结构示意图。
图6为本发明的电路原理框图。
附图标记说明:
1—agv小车；2—载物台；3—检索机；
4—v形固定架；5—可转动z轴轨道；5-1—第一螺纹杆；
5-2—第一导轨；6—运动套筒；7—x轴导向轨道；
7-1—第二螺纹杆；7-2—第二导轨；8—取书拨片；
9—取书夹片；9-1—连杆；10—连接条；
11—连接箱；12—套筒移动驱动电机；12-1—第一齿轮；
13—第二驱动器；14—x轴驱动电机；14-1—第二齿轮；
15—第四驱动器；16—滑板；17—控制器；
18—取书夹驱动电机；18-1—螺杆；19—第五驱动器；
20—转动驱动电机；21—第三驱动器；22—第一驱动器；
23—小车驱动电机；24—固定板；25—u形导槽体；
26—主动齿轮；27—从动齿轮；28—压力传感器。
具体实施方式
如图1、图2、图3和图6所示，本发明包括agv小车1、载物台2、检索机3、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17，所述载物台2和检索机3均设置在agv小车1的小车底座顶部一侧，所述可移动转动z轴滑轨竖直设置在所述小车底座的顶部另一侧，所述可移动x轴滑轨水平设置在所述可移动转动z轴滑轨的下部一侧，所述三爪取书机构安装在可移动x轴滑轨的外端；所述检索机3的信号输出端与控制器17的输入端连接且将所查找图书的坐标定位信息传输给控制器17，所述控制器17的输出端通过第一驱动器22与agv小车1的小车驱动电机23连接且控制小车驱动电机23行走至所查找图书所在书架位置处，所述控制器17设置在所述小车底座的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。
用户在检索机3上输入指令后，检索机3会迅速定位该图书位置。由控制器17控制agv小车1前往所查找图书所在书架位置处，然后三爪式图书馆自动取书装置会驱动三爪取书机构分别沿x轴、z轴运动至定位点，此时三爪取书机构的取书拨片8将目标图书拨出，使其底角与书架成一定角度。最后取书夹完成对目标图书的夹取操作，取出图书，再由可移动转动z轴滑轨将三爪取书机构转动至载物台2附近，调整三爪取书机构至载物托盘的z轴方向合适高度，将图书放置在托盘里，完成整个取书任务。
如图1、图2和图3所示，所述可移动转动z轴滑轨包括z轴导向轨、运动套筒6、用于带动运动套筒6沿着所述z轴导向轨上下移动的套筒移动驱动机构和用于带动所述z轴导向轨转动的转动驱动机构，所述运动套筒6套设在所述z轴导向轨上，所述z轴导向轨的下端伸入所述小车底座内且与小车底座转动连接；所述z轴导向轨包括可转动z轴轨道5和第一螺纹杆5-1，所述可转动z轴轨道5和第一螺纹杆5-1平行设置且固定为一体，所述套筒移动驱动机构包括套筒移动驱动电机12和第一齿轮12-1，所述第一齿轮12-1固定安装在套筒移动驱动电机12的输出轴上，所述第一齿轮12-1与第一螺纹杆5-1相啮合，所述套筒移动驱动电机12安装在运动套筒6的外壁上，所述套筒移动驱动电机12通过第二驱动器13与控制器17的输出端相接。
z轴导向轨与小车底座转动连接(类似起重机起重臂与车体的连接)，z轴导向轨穿过运动套筒6且可以在z轴导向轨的有效长度内运动。
如图1和图4所示，所述转动驱动机构包括转动驱动电机20、主动齿轮26和从动齿轮27，所述主动齿轮26固定安装在转动驱动电机20的输出轴上，所述从动齿轮27固定安装在可转动z轴轨道5的下端，所述主动齿轮26与从动齿轮27相啮合，所述转动驱动电机20、主动齿轮26和从动齿轮27均位于所述小车底座内，所述转动驱动电机20通过第三驱动器21与控制器17的输出端相接。
如图1所示，所述可转动z轴轨道5的两侧均竖直设置有第一导轨5-2，所述第一导轨5-2与设置在运动套筒6内侧的第一导槽相配合。
如图1和图2所示，所述第二驱动器13设置在运动套筒6的侧壁上，所述第三驱动器21设置在所述小车底座的顶部。
如图1、图2和图3所示，所述可移动x轴滑轨包括x轴导向轨、u形导槽体25、固定板24和用于带动x轴导向轨沿着u形导槽体25水平移动的x轴导向轨移动驱动机构，所述u形导槽体25套设在所述x轴导向轨上，所述u形导槽体25的闭口端外侧与运动套筒6的侧壁固定连接，所述固定板24的一端与运动套筒6的侧壁固定连接，所述固定板24位于u形导槽体25的下方；所述x轴导向轨包括x轴导向轨道7和第二螺纹杆7-1，所述x轴导向轨道7和第二螺纹杆7-1平行设置且固定为一体，所述x轴导向轨移动驱动机构包括x轴驱动电机14和第二齿轮14-1，所述第二齿轮14-1固定安装在x轴驱动电机14的输出轴上，所述第二齿轮14-1与第二螺纹杆7-1相啮合，所述x轴驱动电机14安装在固定板24的顶部，所述x轴驱动电机14通过第四驱动器15与控制器17的输出端相接。
x轴导向轨穿过u形导槽体25，u形导槽体25可在x轴导向轨的有效长度内运动。
如图1、图2、图3和图5所示，所述三爪取书机构包括v形固定架4、连接箱11、连接条10、取书拨片8、取书夹和用于带动所述取书夹开合的取书夹开合驱动机构，所述连接箱11固定在v形固定架4的顶部，所述连接条10的下端与连接箱11的顶部固定连接，所述取书拨片8固定在连接条10的上端，所述取书夹包括两个相对设置的取书夹板，所述取书夹板包括取书夹片9和连杆9-1，所述连杆9-1的一端与取书夹片9的中部铰接，两个所述取书夹片9的连接端分别与v形固定架4的开口端两侧铰接，其中一个所述取书夹片9的端部内侧设置有压力传感器28，所述压力传感器28与控制器17相接；所述取书夹开合驱动机构包括取书夹驱动电机18、螺杆18-1和滑板16，所述螺杆18-1的一端与取书夹驱动电机18的输出轴固定连接，所述螺杆18-1的另一端与滑板16的一端螺纹连接，所述滑板16的另一端穿过连接箱11上设置的滑槽且能够沿着所述滑槽移动，所述连杆9-1的另一端均与滑板16的顶部铰接，所述取书夹驱动电机18安装在连接箱11内，所述取书夹驱动电机18通过第五驱动器19与控制器17的输出端相接，所述v形固定架4的闭口端与x轴导向轨道7的连接端固定连接。
如图1所示，所述x轴导向轨道7的两侧均水平设置有第二导轨7-2，所述第二导轨7-2与设置在u形导槽体25内侧的第二导槽相配合。
如图1、图2和图3所示，所述第四驱动器15设置在固定板24的顶部，所述第五驱动器19设置在连接箱11的顶部。
本实施例中，所述控制器17为西门子1300可编程控制器。
本发明的工作原理为：用户在检索机3上输入所要查找的图书后，由检索机3迅速定位所查找图书的坐标定位信息，并将所查找到的图书坐标定位信息传输给控制器17，由控制器17控制第一驱动器22，第一驱动器22驱动小车驱动电机23启动，驱动agv小车1前往该图书所在书架位置处。
在agv小车1到达该图书所在书架位置后，由控制器17控制第二驱动器13，第二驱动器13驱动套筒移动驱动电机12启动，套筒移动驱动电机12驱动运动套筒6沿z轴导向轨上行或下降(套筒移动驱动电机12正反转决定)至目标图书高度位置处，为确保能精确夹取书，运动套筒6到达比目标图书稍高15mm～20mm处。
然后，控制器17控制第四驱动器15，第四驱动器15驱动x轴驱动电机14启动，x轴驱动电机14驱动第二齿轮14-1转动，带动x轴导向轨沿着u形导槽体25前进或后退(x轴驱动电机14正反转决定)至目标图书深度位置处，此时取书拨片8到达目标图书正上方，取书夹在x轴方向上距离图书约20mm～30mm。
控制器17向第二驱动器13发出下降指令，第二驱动器13驱动套筒移动驱动电机12反向转动，套筒移动驱动电机12驱动运动套筒6沿z轴导向轨降低15mm～20mm，此时取书拨片8与目标图书接触。
控制器17向第四驱动器15发出后退指令，第四驱动器15驱动第二齿轮14-1反向转动，带动x轴导向轨沿着u形导槽体25反向运动50mm～60mm，取书拨片8将目标图书拨出，使目标图书的底角与书架成一定角度。
此时，控制器17控制第五驱动器19，第五驱动器19驱动取书夹驱动电机18启动，取书夹驱动电机18驱动连杆9-1，连杆9-1带动取书夹片9转动，将已张开的取书夹完成闭合动作，闭合过程中通过压力传感器28检测闭合压力大小，并将检测的信息反馈给控制器17，通过设置已知夹紧力来实时监测夹书过程中的夹紧力，以确保夹书过程不会持续夹紧，避免造成对图书的损坏；夹取图书深度约为30mm～100mm。在取书夹片9的端头内侧设置摩擦硅胶，不仅增大了取书时的静摩擦力，且保证了夹书的稳定性。
取书夹取出图书后，控制器17控制第三驱动器21，第三驱动器21驱动转动驱动电机20启动，带动主动齿轮26转动，主动齿轮26带动从动齿轮27转动，驱动z轴导向轨按照顺时针旋转90°，三爪取书机构转动至载物台2附近。分别调整取书夹到载物台2的z轴方向至合适高度及x轴方向至合适长度，取书夹相反的张开动作，将图书放置在托盘里，完成整个取书任务。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。