[发明专利]图书馆图书智能取还方法

权利要求书

1.图书馆图书智能取还方法，应用于图书馆图书智能取还系统，其包括取书方法和还书方法；

其特征是：所述的图书馆图书智能取还系统包括书柜、图书中转装置、机械爪移动驱动机构、机械爪、主控计算机、操作终端及扫码模块；

书柜内部设有多个用于存放图书的存书区间，书柜前端设有连通至每个存书区间的敞口A；书柜的每个存书区间的下端底面上设有滑槽A，书柜的每个存书区间内均设有图书压紧组件，图书压紧组件包括滑块A和端板，滑块A的数量为两个，两个滑块A活动安装在滑槽A内，端板的数量为两块，两块端板分别固接在两个滑块A上，并相互正对；

图书中转装置包括书篮、书篮转动驱动机构、图书定位机构、挡臂及挡臂转动驱动机构；书篮包括书篮主体和转轴；书篮主体内部设有两面相对布置的内侧壁A和内侧壁B，其一端设有用于取出或装入图书的敞口B；书篮转动驱动机构用于驱动书篮主体绕转轴转动；书篮转动驱动机构包括直流减速电机A；图书定位机构用于将放置于书篮主体内的图书进行临时固定；图书定位机构包括电机A、螺杆A、螺母A、滑轨、连接杆A、推板、压力传感器和压力传感器B；挡臂呈U形，其两端铰接在书篮主体的两面外侧壁上，其可绕铰接点转动，进而敞开或隔断书篮主体的敞口B；挡臂转动驱动机构用于驱动挡臂绕铰接点转动，进而敞开或隔断书篮主体的敞口B；挡臂转动驱动机构包括直流减速电机B；

机械爪移动驱动机构包括设在书柜两侧的两组竖向移动组件和设在两组竖向移动组件之间的横向移动组件；竖向移动组件包括电机B、丝杆B及螺母B；横向移动组件包括安装板、电机C、丝杆C及螺母C；

机械爪包括基座、滑块B、滑块平移驱动组件、夹取器、夹取器转动驱动组件及还取书辅助机构；基座固定连接在机械爪移动驱动机构的螺母C上，其上设有滑槽B；滑块B活动安装在基座的滑槽B上；滑块平移驱动组件用于驱动滑块B沿基座的滑槽B滑动，滑块平移驱动组件包括电机D、丝杆D及螺母D；夹取器铰接安装在基座上，其可绕铰接点在竖直平面内转动；夹取器包括框架A、下夹条、上夹条移动驱动机构、上夹条及压力传感器C；上夹条移动驱动机构包括电机E、丝杆E和螺母E；夹取器转动驱动组件用于驱动夹取器绕其铰接点转动，夹取器转动驱动组件包括框架B、电机F、丝杆F、螺母F及连接杆B；还取书辅助机构包括挡条运动驱动组件和挡条，两组挡条转动驱动组件分别设置在滑块B的两侧，挡条运动驱动组件包括安装座A、电机G、丝杆G、螺母G、安装座B、电机H、丝杆H、螺母H、步进电机及连接杆C；

主控计算机分别与操作终端及扫码模块无线通信连接；操作终端为带有摄像头的智能手机；扫码模块安装在滑块B上，并位于夹取器的下夹条的正下方；

在取书或还书之前，图书馆图书智能取还系统处于如下初始状态：

a、图书中转装置的挡臂转动至下端极限位置，以敞开书篮主体的敞口B；

b、图书中转装置的推板处在最远离书篮主体的内侧壁B的位置；

c、图书中转装置的书篮主体处于水平状态；

d、机械爪处在其运动行程最下端的最左侧或最右侧；

e、机械爪的滑块B处在其运动行程中远离书柜的一端；

f、机械爪的夹取器处于竖直状态，此状态下，丝杆E垂直于水平面；

g、机械爪的两条挡条均处于竖直状态，此状态下，两条挡条均垂直于水平面；

h、机械爪的两条挡条均处于彼此相距最远的位置；

在取书和还书之前，需进行前置准备工作如下：

S01，对每个书柜分别编号，以区分不同的书柜，对书柜内的每个存书区间分别编号，以区分不同的存书区间；测量每本图书的厚度，并在每本图书的厚度边下端粘贴二维码，以区分不同的图书；

S02，将粘贴有二维码的图书竖立并左右紧邻放入存书区间内的两块端板之间，并使图书厚度边上的二维码朝向书柜敞口A的外部，并使图书伸出在书柜敞口A的外部至少有4cm的宽度；调节两块滑块A在滑槽A内的位置，一方面使两块端板之间的图书依次压紧，另一方面使其中一块滑块A压紧在存书区间的内侧壁面上；

S03，测量机械爪的两条挡条在初始状态下的相对距离，由主控计算机控制挡条运动驱动组件产生动作，驱动两条挡条在初始状态下同步、同速、保持竖直的向彼此靠近移动，记录移动过程，并获取挡条运动驱动组件的运行参数与两条挡条之间的相对距离的对应关系，以便后续的自动化移动控制；

S04，以机械爪的运动平面建立坐标系，再以机械爪的初始位置作为该坐标系的原点，在该坐标系中标出每个存书区间的位置和图书夹持区的位置；由主控计算机规划出从坐标系原点分别移动至各个存书区间的移动路径，以及从图书夹持区移动至各个存书区间的移动路径；由主控计算机控制机械爪移动驱动机构产生动作，带动机械爪按照每条移动路径实际运行一次，然后记录每条移动路径对应的机械爪移动驱动机构的运行参数，以便后续的自动化移动控制；本步骤中，坐标系中标出的存书区间的位置位于存书区间的右端，定义存书区间与滑块A相互压紧的一端为右端，坐标系中标出的图书夹持区的位置位于图书夹持区的中心处；

S05，机械爪移动驱动机构产生动作，带动机械爪移动，通过安装在机械爪上的扫码模块分别扫描每个存书区间内放置的图书，扫描时，从存书区间的一端向另一端扫描；

S06，主控计算机通过扫码模块获取图书的基础信息、图书的区域信息、存书区间内的图书顺序信息；然后将上述3种信息进行关联并储存；基础信息包括图书的书名、作者、出版社信息及厚度，区域信息包括图书所在的书柜及存书区间编号；

取书方法如下：

S01，检索图书：用户取书时，通过操作终端与主控计算机进行信息交互，进行图书的检索；找到目标图书后，通过操作终端确认取书，确认信息发送至主控计算机；

S02，机械爪定位到目标图书：

a、主控计算机查找到目标图书所在的书柜和存书区间，再控制机械爪移动驱动机构产生动作，使机械爪按照相应的移动路径移动至对应的存书区间；

b、扫码模块识别当前位置图书的二维码，主控计算机结合图书顺序信息和当前位置图书的二维码信息，判断目标图书与当前位置图书的相对位置关系；

c、机械爪移动驱动机构产生动作，使机械爪向目标图书移动，当扫码模块识别到并且正对目标图书的二维码时，机械爪移动驱动机构停止动作，此时，机械爪的夹取器正对目标图书；

S03，机械爪抓取目标图书：

a、滑块平移驱动组件产生动作，驱动滑块B沿滑槽B向靠近书柜的方向移动，进而使夹取器靠近书柜；夹取器的上夹条伸入目标图书的正上方，夹取器的下夹条紧邻并伸入目标图书的正下方，由于每本图书伸出在书柜敞口A的外部至少有4cm的宽度，故夹取器的下夹条能够伸入目标图书的正下方；

b、夹取器产生动作，使上夹条向靠近下夹条的方向移动，直至将目标图书牢固夹持在上夹条与下夹条之间；

c、挡条运动驱动组件产生动作，使两条挡条在初始状态下同步、同速、保持竖直的向彼此靠近移动，当两条挡条之间距离大于目标图书厚度0.5-1.0cm时停止移动；

d、一方面，夹取器转动驱动组件产生动作，使夹取器连带目标图书绕铰接点向远离书柜的方向转动，使目标图书逐渐脱离存书区间；另一方面，在目标图书逐渐脱离存书区间的同时，挡条运动驱动组件产生动作，使两条挡条在竖直平面内向靠近目标图书的方向转动，直至抵住目标图书两侧图书，从而在目标图书的两侧形成约束；一方面可防止目标图书的前后封皮散开，另一方面可防止取出目标图书时将目标图书两侧的图书带出；

e、目标图书完全脱离存书区间后，一方面，挡条运动驱动组件产生动作，使两条挡条转动至竖直，从而解除与目标图书两侧图书的相抵状态，另一方面，滑块平移驱动组件产生动作，使夹取器和目标图书远离书柜；再一方面，主控计算机根据取出的目标图书另行保存变更后的图书顺序信息；

S04，将目标图书放入图书中转装置：

a、机械爪移动驱动机构产生动作，使机械爪和目标图书移动至图书中转装置的图书夹持区的正前方；

b、夹取器转动驱动组件产生动作，使夹取器连带目标图书绕铰接点向靠近图书中转装置的方向转动，直至将目标图书调整至竖直状态；

c、滑块平移驱动组件产生动作，使夹取器和目标图书伸入图书中转装置的图书夹持区；

d、图书定位机构产生动作，使推板向靠近内侧壁B的方向移动，使图书夹持区变窄，从而将目标图书定位在图书夹持区内；

e、夹取器产生动作，使上夹条向远离下夹条的方向移动，从而放松目标图书；

f、滑块平移驱动组件产生动作，使滑块B向远离图书中转装置的方向移动，进而使夹取器退出图书中转装置的图书夹持区；

S05，调整目标图书在图书中转装置中的位置：

a、挡臂转动驱动机构产生动作，驱动挡臂转动至上端，从而隔断书篮主体的敞口B；

b、图书定位机构产生动作，使推板向远离内侧壁B的方向移动1-2mm，将处于定位状态的目标图书放松；

c、书篮转动驱动机构产生动作，驱动书篮主体绕转轴朝敞口A的斜下方转动，使书篮主体倾斜，目标图书在自身重力作用下向下滑动，直至厚度边抵在挡臂上；然后书篮转动驱动机构产生动作，驱动书篮主体转动恢复为初始状态；

d、挡臂转动驱动机构产生动作，驱动挡臂向下转动至极限位置，从而敞开书篮主体的敞口B，此时，目标图书部分暴露在敞口B的外部，用户可直接从图书夹持区中取出目标图书；

S06，压紧存书区间内松散的书堆：

a、机械爪移动驱动机构产生动作，使机械爪移动至存书区间内的二号端板的外侧；

b、滑块平移驱动组件产生动作，使滑块B沿滑槽B向靠近书柜的方向移动，进而伸入存书区间内；

c、机械爪移动驱动机构产生动作，使机械爪向靠近二号端板的方向移动，通过滑块B的侧面推动二号端板向一号端板的方向移动，进而通过二号端板推动松散的书堆压紧在一号端板上；

d、完成压紧操作后，图书馆图书智能取还系统中的各部件恢复初始状态；

本步骤中，压紧在存书区间内侧壁面上的滑块A所连接的端板为一号端板，另一个滑块A所连接的端板为二号端板，二号端板的外侧为背向一号端板的一侧；

还书方法如下：

S01，找到与待归还图书对应的书柜：

用户还书时，通过操作终端输入还书指令，扫描图书厚度面下端的二维码，扫描信息发送至主控计算机，主控计算机基于扫描信息查询到图书的基础信息和区域信息，然后将图书的基础信息和区域信息发送至用户的操作终端，用户根据基础信息对待归还的图书进行核对，核对无误后，根据区域信息找到对应的书柜，然后用户将待归还的图书放在目标书柜对应的图书夹持区；

S02，调整待归还图书在图书中转装置中的位置：

a、压力传感器B感应到图书放入图书夹持区后，图书定位机构产生动作，使推板向靠近内侧壁B的方向移动，使图书夹持区变窄，从而将待归还的图书定位在图书夹持区内；

b、图书定位机构产生动作，使推板向远离内侧壁B的方向移动1-2mm，将处于定位状态的目标图书放松；

c、挡臂转动驱动机构产生动作，驱动挡臂转动至上端，从而隔断书篮主体的敞口B；

d、书篮转动驱动机构产生动作，驱动书篮主体绕转轴朝敞口A的斜下方转动，使书篮主体倾斜，待归还的图书在自身重力作用下向下滑动，直至厚度边抵在挡臂上；然后书篮转动驱动机构产生动作，驱动书篮主体转动恢复为初始状态；

e、挡臂转动驱动机构产生动作，驱动挡臂向下转动至极限位置，从而敞开书篮主体的敞口B，此时，待归还的图书部分暴露在敞口B的外部；

S03，机械爪抓取待归还图书：

a、机械爪移动驱动机构产生动作，驱动机械爪移动至图书夹持区的正前方，然后扫码模块启动，以确定夹取器是否正对图书，并且验证当前图书是否为待归还的图书；

b、当夹取器正对图书，并且验证无误时，滑块平移驱动组件产生动作，驱动滑块B沿滑槽B向靠近书柜的方向移动，进而使夹取器靠近书柜；夹取器的上夹条伸入待归还图书的正上方，夹取器的下夹条紧邻且伸入待归还图书的正下方，由于待归还的图书部分暴露在敞口B的外部，故夹取器的下夹条能够伸入目标图书的正下方；

c、夹取器产生动作，使上夹条向靠近下夹条的方向移动，直至将待归还的图书牢固夹持在上夹条与下夹条之间；

S04，将待归还图书移动至其归还位置：

a、一方面，滑块平移驱动组件产生动作，驱动滑块B沿滑槽B向远离书柜1的方向移动，使夹取器连同待归还的图书离开图书夹持区；另一方面，滑块B移动的同时，夹取器转动驱动组件产生动作，驱动夹取器连同待归还的图书绕铰接点向远离书柜的方向转动，使待归还的图书呈躺倒状态；再一方面，挡条运动驱动组件产生动作，使两条挡条在初始状态下同步、同速、保持竖直的向彼此靠近移动，当两条挡条之间距离大于目标图书厚度0.5-1.0cm时停止移动，从而在目标图书的两侧形成约束，可防止待归还图书的前后封皮散开；

b、机械爪移动驱动机构产生动作，驱动机械爪移动至待归还图书对应的存书区间外部；

c、启动扫码模块扫描存书区间内现有的图书，通过主控计算机确定待归还图书的归还位置；

d、机械爪移动驱动机构产生动作，驱动机械爪移动至归还位置的正前方；

S05，将待归还图书塞入归还位置：

a、挡条运动驱动组件产生动作，一方面，使两条挡条分别向彼此倾斜，直至两条挡条的末端相抵而形成一个尖角，另一方面，使两条挡条同步向存书区间内侧转动，直至两条挡条末端形成的尖角正对归还位置；

b、滑块平移驱动组件产生动作，驱动滑块B沿滑槽B向靠近书柜的方向移动，使两条挡条末端形成的尖角向存书区间内部伸入，将归还位置扩开，使处在归还位置一侧或两侧的图书被挤开；

c、当待归还图书的下端进入归还位置后，一方面，挡条运动驱动组件产生动作，使两条挡条恢复为竖直状态，另一方面，夹取器转动驱动机构产生动作，驱动夹取器向存书区间的方向转动，使待归还的图书从躺倒状态变为竖直状态，从而将待归还的图书塞入归还位置；

S06，压紧存书区间内松散的书堆：

a、机械爪移动驱动机构产生动作，使机械爪移动至存书区间内的二号端板的外侧；

b、滑块平移驱动组件产生动作，使滑块B沿滑槽B向靠近书柜的方向移动，进而伸入存书区间内；

c、机械爪移动驱动机构产生动作，使机械爪向靠近二号端板的方向移动，通过滑块B的侧面推动二号端板向一号端板的方向移动，进而通过二号端板推动松散的书堆压紧在一号端板上；

d、完成压紧操作后，图书馆图书智能取还系统中的各部件恢复初始状态；

本步骤中，压紧在存书区间内侧壁面上的滑块A所连接的端板为一号端板，另一个滑块A所连接的端板为二号端板，二号端板的外侧为背向一号端板的一侧。