[發明專利]一種無人化書庫摞式擺放書籍的數字孿生化方法

有效

• 申請號: 202010039689.4
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111274465B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 方亮;吳迪;閔旭宇;張云杰;張家鑫;劉震
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F16/93
• 分類號: G06F16/93;G06T7/593;G06T17/10;G06K17/00;B62D63/02;B62D63/04
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本發明公開了一種無人化書庫摞式擺放書籍的數字孿生化方法，包括：摞式書籍擺放模式、無人運載小車、3D?RGBD深度攝像頭和RFID掃描器。其中書架上的書籍采用摞式擺放模式，即同本書籍采用平放堆疊成摞的形式，摞與摞間保持相同間距。本發明以無人運載小車為自主運載器，搭載3D?RGBD深度攝像頭和RFID掃描設備，通過無人運載小車的自主運動實現對書架上所有摞式擺放書籍的三維立體定位信息、書籍文本信息、書籍數量信息的數字孿生化。本發明對摞式擺放書籍數字孿生化的實現，可有效引導智能取書還書機器人實現對目標摞式書籍精準的自主取書和還書過程，從而實現大規模書庫系統的完全無人化和智能化。

技術領域

本發明涉及一種無人化書庫摞式擺放書籍的數字孿生化方法，屬于大型實體圖書館大規模無人書庫領域。

背景技術

數字孿生化是構建無人系統、實現機器人對無人場景透徹感知的關鍵技術，同時也是無人系統具備智能化、具備對無人場景動態認知能力的核心基礎。在傳統的大型實體圖書館大規模書庫中，由于海量書籍擺放的不規范，僅靠RFID無線射頻技術難以實現大規模書庫系統的完全無人化過程。本發明所提出的一種無人化書庫摞式擺放書籍的數字孿生化方法，通過摞式書籍擺放模式規范化了大規模無人書庫書架上的書籍擺放形式，同時將3D-RGBD?深度攝像頭創新性地引入進來，結合傳統的RFID掃描器，即可實現對摞式擺放書籍的數字孿生化，進而可通過引導智能取書還書機器人實現對目標摞式書籍精準的自主取書和還書過程，從而實現大規模書庫系統的完全無人化和智能化。

本發明中的無人化書庫摞式擺放書籍的數字孿生化方法，利用3D-RGBD深度攝像頭、RFID?掃描器、無人運載小車，通過無人運載小車沿書架的等距移動直線掃描過程，最終可實現對書架上所有摞式擺放書籍的數字孿生化，為大規模無人書庫系統的實現提供最核心的摞式擺放書籍三維立體定位信息、書籍數量信息和書籍文本信息。

發明內容

針對上述現有技術，本發明要解決的技術問題是提供一種為無人書庫系統的實現提供最核心的摞式擺放書籍三維立體定位信息、書籍數量信息和書籍文本信息的大規模無人化書庫摞式擺放書籍的數字孿生化方法。

為解決上述技術問題，本發明的一種無人化書庫摞式擺放書籍的數字孿生化方法，包括以下步驟：

步驟1：無人運載小車開始作業，啟動搭載的3D-RGBD深度攝像頭，捕獲書架和摞式擺放書籍的2D-RGB彩色圖像和3D-RGBD三維點云數據，提取書架最長水平直線特征，確定小車運動軌跡，運動過程中無人運載小車始終沿書架對摞式擺放書籍進行等距移動直線掃描；

步驟2：無人運載小車移動過程中，通過2D目標檢測算法提取3D-RGBD三維點云數據中的關鍵幀，通過對點云數據的法線、曲率估計，確定目標摞式書籍的相對三維空間定位坐標系，結合平面的投影旋轉變換，最終確定得到高精度的目標摞式書籍三維立體定位信息；

步驟3：根據步驟2得到的每一摞摞式書籍的三維立體定位信息，控制無人運載小車搭載的RFID掃描器，移動到目標摞式書籍正前方，利用RFID掃描器的定向定區域掃描，確定目標摞式書籍區域的書籍數量信息和書籍文本信息，構建起由摞式書籍三維立體定位信息到書籍數量信息和書籍文本信息的數字孿生化映射；

步驟4：判斷是否完成整層書架所有摞式書籍的數字孿生化任務，若沒有完成，返回步驟1；否則，結束對該層書架的掃描任務，完成對該層書架上所有摞式書籍的數字孿生化。

本發明還包括：

步驟1中摞式擺放書籍具體為：書籍采用平放堆疊成摞的形式，摞與摞間保持一定間距，每摞書籍上頂面與該層書架最高處保持一定高度差。