一种图书自动夹取装置的制作方法

本发明属于图书管理技术领域，特别涉及一种图书自动夹取装置。

背景技术：

图书馆作为最基本的基础设施坐落在每一个城市和学校中，但就目前普遍情况，这些图书馆的图书整理、分类、借取、归还仍然离不开人力。尤其是对于一些大型的图书储存仓库而言，这些过程将异常繁琐。到目前为止，市场上尚未出现一种有效结合现阶段图书馆设施实现自动化取书的仪器。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种图书自动夹取装置，可实现图书的稳定夹取，并可通过控制系统结合图书数据库实现控制，利用条形码自动识别定位，并据此实现自动夹取，从而实现图书馆的高度自动化管理。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种图书自动夹取装置，包括xyz三自由度机架1，其特征在于，所述xyz三自由度机架1的执行末端设置有拨书机构3和夹书机械手2，所述拨书机构3包括柔性矩形轨迹生成机构，柔性矩形轨迹生成机构的执行端设置有向外伸出的拨书杆22，柔性矩形轨迹生成机构在电机驱动下使拨书杆22做矩形轨迹运动，沿平行于书面的方向压住图书并向外拨动，所述夹书机械手2同步夹取该图书。

所述xyz三自由度机架1的执行末端为其z向底部，在所述z向底部设置有底板，拨书机构3和夹书机械手2分别设置在底板的上下方。

所述拨书机构3包括竖直的拨书支撑架16，拨书支撑架16包括固定的右杆和中杆，右杆的顶端连接横向滑竿17，纵向滑杆20的顶端连接横向滑杆17，能够在横向滑竿17上做横向的自由滑动，纵向滑杆20上设置有可在其上滑动的滑块23和限位滑动筒21，所述拨书杆22一端与限位滑动筒21固定连接，另一端为悬置的拨书头26，所述限位滑动筒21内有滑筒弹簧25，滑块23位于限位滑动筒21内，与滑筒弹簧25的顶部连接，滑筒弹簧25的底部连接在限位滑动筒21的底部，限位滑动筒21的侧壁开有长槽，滑块23的连接轴从该长槽伸出，伸出的部分与旋转曲柄19铰接，旋转曲柄19上设置有曲柄弹簧24和与旋转曲柄19构成滑动副的转轴滑块18，曲柄弹簧24的一端接触滑块23，另一端接触滑块18，转轴滑块18与旋转曲柄19构成滑动副，并提供旋转曲柄19转动的力矩，转轴滑块18与拨书支撑架构成转动副。

所述xyz三自由度机架1由步进电机4提供动力。

所述夹书机械手2下方设置有条形码扫描识别器15，所述图书书脊处粘贴有横向条纹码5，条形码扫描识别器15扫描横向条纹码5识别定位待夹取的图书。

所述夹书机械手2采用由夹书机械手外壳14、连杆10、齿轮连杆11和夹书板9组成的两个平行四边形连杆机构，其中，连杆10一端通过转轴连接在夹书机械手外壳14上，另一端通过转轴连接夹书板9，齿轮连杆11一端通过带有大齿轮12的传动轴连接在夹书机械手外壳14上，另一端通过转轴连接夹书板9，两个夹书板9的前端伸出作为夹取端，大齿轮12与小齿轮13啮合，由电机通过小齿轮13向平行四边形连杆机构传递动力。

所述夹取端为两块竖直的对称楔形板。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)xyz三自由度机架与夹书机械手连接，实现任意位置的图书抓取。

(2)夹书机械手的平行四边形连杆机构实现了平行夹取。

(3)拨书机构通过矩形轨迹生成机构，模仿人手取书的过程，实现了图书的稳定夹取。

(4)通过条形码扫描识别器扫描图书书脊处的横向条形码，快速寻找定位图书，便于下一步定位图书。条形码于书脊处的横向粘贴，有利于适应各种厚度的图书。

(5)本图书自动夹取方法灵活方便，能有效适应目前的图书馆设施，有利于简化借书操作。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是xyz三自由度机架的示意图。

图3是夹书机械手的结构示意图(俯视)。

图4是夹书机械手的结构示意图(轴侧)。

图5是拨书机构的结构示意图(正视)。

图6是拨书机构的结构示意图(轴侧)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

本发明一种图书自动夹取装置，如图1所示，其主要包括xyz三自由度机架1、拨书机构3和夹书机械手2。其中拨书机构3和夹书机械手2设置在xyz三自由度机架1的执行末端，利用xyz三自由度机架1移动夹书机械手2和拨书机构3，拨书机构3模拟人手的取书放书过程的拨书动作，夹书机械手2对图书进行精准夹取，并由xyz三自由度机架1运送至指定位置。

参考图1和图2，xyz三自由度机架1的执行末端为其z向底部，在z向底部设置有底板，拨书机构3和夹书机械手2分别设置在底板的上下方。

xyz三自由度机架1主要由顶架导轨6、横向线性模组7与纵向线性模组8组成，其中顶架导轨6可固定在书架的上方横向线性模组7可以自由地在顶架导轨6上滑动，此时夹书机械手2在x方向自由。横向线性模组7又可使得纵向线性模组8自由地在y方向上滑动，此时夹书机械手2在y方向上自由。纵向线性模组8则使得夹书机械手2得以在z方向上滑动。整个三自由度架的运动由许多个步进电机4带动，精准控制夹书机械手2的运动。

参考图1、图3和图4，夹书机械手2采用由夹书机械手外壳14、连杆10、齿轮连杆11和夹书板9组成的两个平行四边形连杆机构。其中，连杆10一端通过转轴连接在夹书机械手外壳14上，另一端通过转轴连接夹书板9，齿轮连杆11一端通过带有大齿轮12的传动轴连接在夹书机械手外壳14上，另一端通过转轴连接夹书板9，两个夹书板9的前端伸出作为夹取端，大齿轮12与小齿轮13啮合，由电机通过小齿轮13向平行四边形连杆机构传递动力，带动平行四边形连杆机构运动，两夹书板9同步平行靠拢，夹取图书。

夹书机械手2利用平行四边形连杆机构以及小齿轮13与大齿轮12组成的齿轮机构，其中平行四边形连杆机构中的一根连杆异化为夹书板9，平行四边形连杆机构使得夹书板9在夹取图书过程中始终平行，两相互啮合的大齿轮12使得两个夹书板9的运动得以同步进行。

在本发明的一个更优实施例中，夹书机械手2下方设置有条形码扫描识别器15，相应地在图书书脊处粘贴有横向条纹码5，条形码扫描识别器15扫描横向条纹码5识别定位待夹取的图书，再由控制系统控制xyz三自由度机架1的执行末端动作，最终由拨书机构3和夹书机械手2配合夹住图书。

书脊处的横向条形码5有别于传统的纵向条码，粘贴后不会造成条纹缺失，能够适应各种厚度的图书，保证条纹不会翻折致使无法扫描，条形码扫描探头15与夹书机械手2相连接，随着xyz三自由度机架1运动，通过夹书机械手2的运动控制快速扫描各个图书书脊处条形码5，经由计算机快速比对信息进行寻书。当找到指定图书时，计算机分析扫描信息进行精准定位，再由拨书机构3和夹书机械手2夹取图书。

参考图1、图5和图6，拨书机构3包括柔性矩形轨迹生成机构，柔性矩形轨迹生成机构的执行端设置有向外伸出的拨书杆22，柔性矩形轨迹生成机构在电机驱动下使拨书杆22做矩形轨迹运动，沿平行于书面的方向压住图书并向外拨动，此时夹书机械手2同步夹取该图书。

具体地，拨书机构3包括竖直的拨书支撑架16，拨书支撑架16包括固定的右杆和中杆，右杆的顶端连接横向滑竿17的右端，纵向滑杆20的顶端以可滑动方式设置于横向滑竿17，纵向滑杆20上设置有可在其上滑动的滑块23和限位滑动筒21，拨书杆22一端与限位滑动筒21固定连接，另一端为悬置的拨书头26，限位滑动筒21内有滑筒弹簧25，滑块23位于限位滑动筒21内，与滑筒弹簧25的顶部连接，滑筒弹簧25的底部连接在限位滑动筒21的底部，限位滑动筒21的侧壁开有长槽，滑块23的连接轴从该长槽伸出，伸出的部分与旋转曲柄19铰接，旋转曲柄19上设置有曲柄弹簧24和与旋转曲柄19构成滑动副的转轴滑块18，曲柄弹簧24的一端接触滑块23，另一端接触滑块18，转轴滑块18与旋转曲柄19构成滑动副，并提供旋转曲柄19转动的力矩，转轴滑块18与拨书支撑架构成转动副。使用限位滑筒21与滑筒弹簧25，可以自动适应不同高度的图书，并使得在拨书机构3在拨动的过程中能适应因图书倾斜而导致的拨书点高度的变化，增强了机构的柔性。

具体地，当xyz三自由度机架11运动至指定图书的位置时，控制系统控制拨书机构3的电机旋转，转轴滑块18的转轴逆时针旋转，开始生成矩形轨迹：初始时，纵向滑竿20位于横向滑竿17的右端，限位滑筒21的位于纵向滑竿20的上方，当转轴滑块18开始转动时，在曲柄弹簧24的作用下，限位滑筒21顶在纵向滑竿20的上部，并随纵向滑竿20一同向左移，当纵向滑竿21到达横向滑竿17左端时，此时拨书头26位于所需操作图书的正上方，随后限位滑筒21开始沿着纵向滑竿20向下，在滑筒弹簧25的作用下，滑块23向上顶住限位滑筒21。当拨书头26向下运动至碰到图书时，限位滑筒21的纵向位置被限定，滑块23开始下压滑筒弹簧25，当滑筒弹簧25下压的长度达到设定值之时，横向滑竿20开始向右运动，图书在摩擦力的作用下被拨书头26拨向外侧。

在上述拨书动作向外拨动图书的同时，夹书机械手2的电机开始转动，夹书的动作开始进行：电机带动小齿轮13顺时针旋转，小齿轮13与大齿轮12啮合旋转，大齿轮12与连杆11固定连接，使得平行四边形连杆机构一同转动，由于两大齿轮12相互啮合，使得两连杆机构同步旋转，带动夹书板9平行合拢，夹取图书。

在夹书机械手29夹住图书后，xyz三自由度机架1开始运动，将图书运送至指定位置。