[發(fā)明專利]基于OpenCV的面部識(shí)別圖書自動(dòng)分選上架機(jī)器人系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010441427.0
• 申請(qǐng)日: 2020-05-22
• 公開（公告）號(hào): CN111570292A
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊奕;高龍;任曉琳;顧海勤;于婧雅;韓青青
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號(hào): B07C3/02
• 分類號(hào): B07C3/02;B07C3/10;G06K9/00;G06K9/46
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 許潔

1.一種基于OpenCV的面部識(shí)別圖書自動(dòng)分選上架機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于：包括滑動(dòng)裝置(1)，上位機(jī)(2)采用樹莓派，分書裝置(3)，夾書裝置(4)、移動(dòng)本體驅(qū)動(dòng)裝置(5)和儲(chǔ)書柜(6)；

所述的滑動(dòng)裝置(1)分別安裝在儲(chǔ)書柜(6)兩側(cè)，每個(gè)滑動(dòng)裝置(1)都是由一組85H2P11860A4步進(jìn)電機(jī)(7、8)，彈性聯(lián)軸器，軸承(10、11)，滾珠絲桿(12、13)，滑塊(14、15)和導(dǎo)軌(26、27)組成；通過步進(jìn)電機(jī)(7、8)的正反轉(zhuǎn)控制滑塊(14、15)的上下移動(dòng)；

所述的分書裝置(3)和夾書裝置(4)分別安裝在滑塊(14、15)上，包括機(jī)械臂(16、17)，機(jī)械爪(18、19)和深度攝像頭(20、21)各一個(gè)；所述的機(jī)械臂(16、17)各關(guān)節(jié)之間各有兩個(gè)伺服電機(jī)控制機(jī)械臂與機(jī)械臂之間轉(zhuǎn)動(dòng)，每個(gè)機(jī)械臂都有六個(gè)伺服電機(jī)；

由兩片鋼片組成的機(jī)械爪(18)安裝在三關(guān)節(jié)機(jī)械臂(16)前端，機(jī)械爪(18)呈勾狀，閉合時(shí)有25°，尖角便于插入圖書之間的縫隙，可插入縫隙為0.8mm，鋼片材料為熱處理的45#鋼；

所述的機(jī)械爪(19)與機(jī)械爪(18)結(jié)構(gòu)不同，直接由兩片鋼板組成，主要用于取書、夾書工作，并將圖書放置到由機(jī)械爪(18)打開的空間內(nèi)；

所述的深度攝像頭(20、21)能夠?qū)苌系膱D書進(jìn)行3D建模來獲取圖書的三維信息，提高對(duì)索書號(hào)識(shí)別速度和精度，使圖書上架更加準(zhǔn)確；

所述的移動(dòng)本體驅(qū)動(dòng)裝置(5)由超聲波避障模塊(22)、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪(23)，兩個(gè)萬向輪(24)組成；所述的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪(23)和兩個(gè)萬向輪(24)分別控制整個(gè)機(jī)器人在圖書館中保持直線和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)；超聲波避障模塊(22)和安裝在移動(dòng)本體驅(qū)動(dòng)裝置(5)底部的二維碼識(shí)別模塊(9)讀取地面二維碼的信息，確定機(jī)器人實(shí)時(shí)位置，實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航；

所述的儲(chǔ)書柜(6)分為四層，第一層備用，后三層放置歸還的圖書，由于不能對(duì)圖書館書架放置的圖書方式進(jìn)行大規(guī)模改變，每一層我們都設(shè)置足夠的空間去放置每一本書，圖書與圖書之間有足夠的空間讓機(jī)械爪(19)在獲取上架圖書的信息后，能夠直接對(duì)圖書進(jìn)行抓取，避免機(jī)械爪(18)再去分書這一步驟。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OpenCV的面部識(shí)別圖書自動(dòng)分選上架機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于：所述的圖書自動(dòng)分選上架機(jī)器人系統(tǒng)的控制器電路結(jié)構(gòu)主要由控制器模塊、攝像頭采集模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、無線通信模塊組成；其中，MCU1為運(yùn)動(dòng)處理器，MCU2為借還系統(tǒng)處理器，CPU控制各模塊的數(shù)據(jù)傳輸和處理，攝像頭1和攝像頭2分別用來為分書裝置和夾書裝置采集圖書信息來確定上書位置，攝像頭3識(shí)別地面的二維碼信息，實(shí)現(xiàn)自主定位，攝像頭4進(jìn)行人臉信息采集和面部識(shí)別，RFID技術(shù)用于掃描圖書上的條形碼進(jìn)行還書，以上數(shù)據(jù)的傳輸均通過以太網(wǎng)方式進(jìn)行。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于OpenCV的面部識(shí)別圖書自動(dòng)分選上架機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于：讀者在借閱圖書之前要先聯(lián)系管理員進(jìn)行面部信息的采集，管理員將采集到的人臉信息保存到圖書館人臉數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)讀者進(jìn)行借書或還書，只需將人臉和圖書條形碼呈現(xiàn)在攝像頭之前，攝像頭通過采集檢測到的人臉信息與數(shù)據(jù)庫中的人臉進(jìn)行對(duì)比，識(shí)別成功后，則將借閱或歸還的圖書在你個(gè)人的信息庫中進(jìn)行添加或刪除。

4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OpenCV的面部識(shí)別圖書自動(dòng)分選上架機(jī)器人系統(tǒng)的工作方法，其特征在于：還書上架具體控制過程如下：

讀者通過面部識(shí)別將圖書歸還到儲(chǔ)書柜(6)后，當(dāng)所還書籍達(dá)到一定的數(shù)量后，圖書上架機(jī)器人開啟動(dòng)自主上架工作；

首先夾書裝置(4)被啟動(dòng)，滑塊(15)帶動(dòng)機(jī)械臂(17)在導(dǎo)軌(27)上下移動(dòng)確定上架圖書所在儲(chǔ)書柜(6)的層數(shù)，機(jī)械臂(17)帶動(dòng)各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，通過安裝在機(jī)械臂(17)前端的深度攝像頭(21)左右轉(zhuǎn)動(dòng)獲取圖書信息后，機(jī)械爪(19)動(dòng)作夾緊所要上架圖書；

接著移動(dòng)本體驅(qū)動(dòng)裝置(5)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪(23)和兩個(gè)萬向輪(24)運(yùn)動(dòng)到達(dá)書架位置，分書裝置(3)被啟動(dòng)，滑塊(14)帶動(dòng)機(jī)械臂(16)在導(dǎo)軌(26)上下移動(dòng)確定上架圖書在書架上的位置，機(jī)械臂(16)帶動(dòng)各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)指向目標(biāo)書架，通過安裝在機(jī)械臂(16)前端的深度攝像頭(20)左右轉(zhuǎn)動(dòng)獲取圖書信息；

待確定所還書籍位置后，機(jī)械爪(18)插入縫隙并打開得到足夠空間，機(jī)械爪(19)將所夾緊的圖書放入到空間內(nèi)，機(jī)械臂收回；

重復(fù)以上步驟，進(jìn)行下一本書籍的上架工作，直到儲(chǔ)書柜里所有的圖書上架結(jié)束，移動(dòng)本體驅(qū)動(dòng)裝置(5)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪(23)和兩個(gè)萬向輪(24)回到初始點(diǎn)。