[發明專利]圖書館圖書智能取還方法

有效

• 申請號: 202011076837.6
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112233328B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 周威;梁輝躍;王旭東;梁卜嘉;黃靜;馬少聰;陳家樂;李偉;陳湘湘;寧睿彬
• 申請（專利權）人: 南華大學
• 主分類號: G07F17/00
• 分類號: G07F17/00;G07F17/12
• 代理公司: 衡陽市科航專利事務所(普通合伙) 43101
• 代理人: 劉政旺

1.圖書館圖書智能取還方法，應用于圖書館圖書智能取還系統，其包括取書方法和還書方法；

其特征是：所述的圖書館圖書智能取還系統包括書柜、圖書中轉裝置、機械爪移動驅動機構、機械爪、主控計算機、操作終端及掃碼模塊；

書柜內部設有多個用于存放圖書的存書區間，書柜前端設有連通至每個存書區間的敞口A；書柜的每個存書區間的下端底面上設有滑槽A，書柜的每個存書區間內均設有圖書壓緊組件，圖書壓緊組件包括滑塊A和端板，滑塊A的數量為兩個，兩個滑塊A活動安裝在滑槽A內，端板的數量為兩塊，兩塊端板分別固接在兩個滑塊A上，并相互正對；

圖書中轉裝置包括書籃、書籃轉動驅動機構、圖書定位機構、擋臂及擋臂轉動驅動機構；書籃包括書籃主體和轉軸；書籃主體內部設有兩面相對布置的內側壁A和內側壁B，其一端設有用于取出或裝入圖書的敞口B；書籃轉動驅動機構用于驅動書籃主體繞轉軸轉動；書籃轉動驅動機構包括直流減速電機A；圖書定位機構用于將放置于書籃主體內的圖書進行臨時固定；圖書定位機構包括電機A、螺桿A、螺母A、滑軌、連接桿A、推板、壓力傳感器和壓力傳感器B；擋臂呈U形，其兩端鉸接在書籃主體的兩面外側壁上，其可繞鉸接點轉動，進而敞開或隔斷書籃主體的敞口B；擋臂轉動驅動機構用于驅動擋臂繞鉸接點轉動，進而敞開或隔斷書籃主體的敞口B；擋臂轉動驅動機構包括直流減速電機B；

機械爪移動驅動機構包括設在書柜兩側的兩組豎向移動組件和設在兩組豎向移動組件之間的橫向移動組件；豎向移動組件包括電機B、絲桿B及螺母B；橫向移動組件包括安裝板、電機C、絲桿C及螺母C；

機械爪包括基座、滑塊B、滑塊平移驅動組件、夾取器、夾取器轉動驅動組件及還取書輔助機構；基座固定連接在機械爪移動驅動機構的螺母C上，其上設有滑槽B；滑塊B活動安裝在基座的滑槽B上；滑塊平移驅動組件用于驅動滑塊B沿基座的滑槽B滑動，滑塊平移驅動組件包括電機D、絲桿D及螺母D；夾取器鉸接安裝在基座上，其可繞鉸接點在豎直平面內轉動；夾取器包括框架A、下夾條、上夾條移動驅動機構、上夾條及壓力傳感器C；上夾條移動驅動機構包括電機E、絲桿E和螺母E；夾取器轉動驅動組件用于驅動夾取器繞其鉸接點轉動，夾取器轉動驅動組件包括框架B、電機F、絲桿F、螺母F及連接桿B；還取書輔助機構包括擋條運動驅動組件和擋條，兩組擋條轉動驅動組件分別設置在滑塊B的兩側，擋條運動驅動組件包括安裝座A、電機G、絲桿G、螺母G、安裝座B、電機H、絲桿H、螺母H、步進電機及連接桿C；

主控計算機分別與操作終端及掃碼模塊無線通信連接；操作終端為帶有攝像頭的智能手機；掃碼模塊安裝在滑塊B上，并位于夾取器的下夾條的正下方；

在取書或還書之前，圖書館圖書智能取還系統處于如下初始狀態：

a、圖書中轉裝置的擋臂轉動至下端極限位置，以敞開書籃主體的敞口B；

b、圖書中轉裝置的推板處在最遠離書籃主體的內側壁B的位置；

c、圖書中轉裝置的書籃主體處于水平狀態；

d、機械爪處在其運動行程最下端的最左側或最右側；

e、機械爪的滑塊B處在其運動行程中遠離書柜的一端；

f、機械爪的夾取器處于豎直狀態，此狀態下，絲桿E垂直于水平面；

g、機械爪的兩條擋條均處于豎直狀態，此狀態下，兩條擋條均垂直于水平面；

h、機械爪的兩條擋條均處于彼此相距最遠的位置；

在取書和還書之前，需進行前置準備工作如下：

S01，對每個書柜分別編號，以區分不同的書柜，對書柜內的每個存書區間分別編號，以區分不同的存書區間；測量每本圖書的厚度，并在每本圖書的厚度邊下端粘貼二維碼，以區分不同的圖書；

S02，將粘貼有二維碼的圖書豎立并左右緊鄰放入存書區間內的兩塊端板之間，并使圖書厚度邊上的二維碼朝向書柜敞口A的外部，并使圖書伸出在書柜敞口A的外部至少有4cm的寬度；調節兩塊滑塊A在滑槽A內的位置，一方面使兩塊端板之間的圖書依次壓緊，另一方面使其中一塊滑塊A壓緊在存書區間的內側壁面上；

S03，測量機械爪的兩條擋條在初始狀態下的相對距離，由主控計算機控制擋條運動驅動組件產生動作，驅動兩條擋條在初始狀態下同步、同速、保持豎直的向彼此靠近移動，記錄移動過程，并獲取擋條運動驅動組件的運行參數與兩條擋條之間的相對距離的對應關系，以便后續的自動化移動控制；

S04，以機械爪的運動平面建立坐標系，再以機械爪的初始位置作為該坐標系的原點，在該坐標系中標出每個存書區間的位置和圖書夾持區的位置；由主控計算機規劃出從坐標系原點分別移動至各個存書區間的移動路徑，以及從圖書夾持區移動至各個存書區間的移動路徑；由主控計算機控制機械爪移動驅動機構產生動作，帶動機械爪按照每條移動路徑實際運行一次，然后記錄每條移動路徑對應的機械爪移動驅動機構的運行參數，以便后續的自動化移動控制；本步驟中，坐標系中標出的存書區間的位置位于存書區間的右端，定義存書區間與滑塊A相互壓緊的一端為右端，坐標系中標出的圖書夾持區的位置位于圖書夾持區的中心處；

S05，機械爪移動驅動機構產生動作，帶動機械爪移動，通過安裝在機械爪上的掃碼模塊分別掃描每個存書區間內放置的圖書，掃描時，從存書區間的一端向另一端掃描；

S06，主控計算機通過掃碼模塊獲取圖書的基礎信息、圖書的區域信息、存書區間內的圖書順序信息；然后將上述3種信息進行關聯并儲存；基礎信息包括圖書的書名、作者、出版社信息及厚度，區域信息包括圖書所在的書柜及存書區間編號；

取書方法如下：

S01，檢索圖書：用戶取書時，通過操作終端與主控計算機進行信息交互，進行圖書的檢索；找到目標圖書后，通過操作終端確認取書，確認信息發送至主控計算機；

S02，機械爪定位到目標圖書：

a、主控計算機查找到目標圖書所在的書柜和存書區間，再控制機械爪移動驅動機構產生動作，使機械爪按照相應的移動路徑移動至對應的存書區間；

b、掃碼模塊識別當前位置圖書的二維碼，主控計算機結合圖書順序信息和當前位置圖書的二維碼信息，判斷目標圖書與當前位置圖書的相對位置關系；

c、機械爪移動驅動機構產生動作，使機械爪向目標圖書移動，當掃碼模塊識別到并且正對目標圖書的二維碼時，機械爪移動驅動機構停止動作，此時，機械爪的夾取器正對目標圖書；

S03，機械爪抓取目標圖書：

a、滑塊平移驅動組件產生動作，驅動滑塊B沿滑槽B向靠近書柜的方向移動，進而使夾取器靠近書柜；夾取器的上夾條伸入目標圖書的正上方，夾取器的下夾條緊鄰并伸入目標圖書的正下方，由于每本圖書伸出在書柜敞口A的外部至少有4cm的寬度，故夾取器的下夾條能夠伸入目標圖書的正下方；

b、夾取器產生動作，使上夾條向靠近下夾條的方向移動，直至將目標圖書牢固夾持在上夾條與下夾條之間；

c、擋條運動驅動組件產生動作，使兩條擋條在初始狀態下同步、同速、保持豎直的向彼此靠近移動，當兩條擋條之間距離大于目標圖書厚度0.5-1.0cm時停止移動；

d、一方面，夾取器轉動驅動組件產生動作，使夾取器連帶目標圖書繞鉸接點向遠離書柜的方向轉動，使目標圖書逐漸脫離存書區間；另一方面，在目標圖書逐漸脫離存書區間的同時，擋條運動驅動組件產生動作，使兩條擋條在豎直平面內向靠近目標圖書的方向轉動，直至抵住目標圖書兩側圖書，從而在目標圖書的兩側形成約束；一方面可防止目標圖書的前后封皮散開，另一方面可防止取出目標圖書時將目標圖書兩側的圖書帶出；

e、目標圖書完全脫離存書區間后，一方面，擋條運動驅動組件產生動作，使兩條擋條轉動至豎直，從而解除與目標圖書兩側圖書的相抵狀態，另一方面，滑塊平移驅動組件產生動作，使夾取器和目標圖書遠離書柜；再一方面，主控計算機根據取出的目標圖書另行保存變更后的圖書順序信息；

S04，將目標圖書放入圖書中轉裝置：

a、機械爪移動驅動機構產生動作，使機械爪和目標圖書移動至圖書中轉裝置的圖書夾持區的正前方；

b、夾取器轉動驅動組件產生動作，使夾取器連帶目標圖書繞鉸接點向靠近圖書中轉裝置的方向轉動，直至將目標圖書調整至豎直狀態；

c、滑塊平移驅動組件產生動作，使夾取器和目標圖書伸入圖書中轉裝置的圖書夾持區；

d、圖書定位機構產生動作，使推板向靠近內側壁B的方向移動，使圖書夾持區變窄，從而將目標圖書定位在圖書夾持區內；

e、夾取器產生動作，使上夾條向遠離下夾條的方向移動，從而放松目標圖書；

f、滑塊平移驅動組件產生動作，使滑塊B向遠離圖書中轉裝置的方向移動，進而使夾取器退出圖書中轉裝置的圖書夾持區；

S05，調整目標圖書在圖書中轉裝置中的位置：

a、擋臂轉動驅動機構產生動作，驅動擋臂轉動至上端，從而隔斷書籃主體的敞口B；

b、圖書定位機構產生動作，使推板向遠離內側壁B的方向移動1-2mm，將處于定位狀態的目標圖書放松；

c、書籃轉動驅動機構產生動作，驅動書籃主體繞轉軸朝敞口A的斜下方轉動，使書籃主體傾斜，目標圖書在自身重力作用下向下滑動，直至厚度邊抵在擋臂上；然后書籃轉動驅動機構產生動作，驅動書籃主體轉動恢復為初始狀態；

d、擋臂轉動驅動機構產生動作，驅動擋臂向下轉動至極限位置，從而敞開書籃主體的敞口B，此時，目標圖書部分暴露在敞口B的外部，用戶可直接從圖書夾持區中取出目標圖書；

S06，壓緊存書區間內松散的書堆：

a、機械爪移動驅動機構產生動作，使機械爪移動至存書區間內的二號端板的外側；

b、滑塊平移驅動組件產生動作，使滑塊B沿滑槽B向靠近書柜的方向移動，進而伸入存書區間內；

c、機械爪移動驅動機構產生動作，使機械爪向靠近二號端板的方向移動，通過滑塊B的側面推動二號端板向一號端板的方向移動，進而通過二號端板推動松散的書堆壓緊在一號端板上；

d、完成壓緊操作后，圖書館圖書智能取還系統中的各部件恢復初始狀態；

本步驟中，壓緊在存書區間內側壁面上的滑塊A所連接的端板為一號端板，另一個滑塊A所連接的端板為二號端板，二號端板的外側為背向一號端板的一側；

還書方法如下：

S01，找到與待歸還圖書對應的書柜：

用戶還書時，通過操作終端輸入還書指令，掃描圖書厚度面下端的二維碼，掃描信息發送至主控計算機，主控計算機基于掃描信息查詢到圖書的基礎信息和區域信息，然后將圖書的基礎信息和區域信息發送至用戶的操作終端，用戶根據基礎信息對待歸還的圖書進行核對，核對無誤后，根據區域信息找到對應的書柜，然后用戶將待歸還的圖書放在目標書柜對應的圖書夾持區；

S02，調整待歸還圖書在圖書中轉裝置中的位置：

a、壓力傳感器B感應到圖書放入圖書夾持區后，圖書定位機構產生動作，使推板向靠近內側壁B的方向移動，使圖書夾持區變窄，從而將待歸還的圖書定位在圖書夾持區內；

b、圖書定位機構產生動作，使推板向遠離內側壁B的方向移動1-2mm，將處于定位狀態的目標圖書放松；

c、擋臂轉動驅動機構產生動作，驅動擋臂轉動至上端，從而隔斷書籃主體的敞口B；

d、書籃轉動驅動機構產生動作，驅動書籃主體繞轉軸朝敞口A的斜下方轉動，使書籃主體傾斜，待歸還的圖書在自身重力作用下向下滑動，直至厚度邊抵在擋臂上；然后書籃轉動驅動機構產生動作，驅動書籃主體轉動恢復為初始狀態；

e、擋臂轉動驅動機構產生動作，驅動擋臂向下轉動至極限位置，從而敞開書籃主體的敞口B，此時，待歸還的圖書部分暴露在敞口B的外部；

S03，機械爪抓取待歸還圖書：

a、機械爪移動驅動機構產生動作，驅動機械爪移動至圖書夾持區的正前方，然后掃碼模塊啟動，以確定夾取器是否正對圖書，并且驗證當前圖書是否為待歸還的圖書；

b、當夾取器正對圖書，并且驗證無誤時，滑塊平移驅動組件產生動作，驅動滑塊B沿滑槽B向靠近書柜的方向移動，進而使夾取器靠近書柜；夾取器的上夾條伸入待歸還圖書的正上方，夾取器的下夾條緊鄰且伸入待歸還圖書的正下方，由于待歸還的圖書部分暴露在敞口B的外部，故夾取器的下夾條能夠伸入目標圖書的正下方；

c、夾取器產生動作，使上夾條向靠近下夾條的方向移動，直至將待歸還的圖書牢固夾持在上夾條與下夾條之間；

S04，將待歸還圖書移動至其歸還位置：

a、一方面，滑塊平移驅動組件產生動作，驅動滑塊B沿滑槽B向遠離書柜1的方向移動，使夾取器連同待歸還的圖書離開圖書夾持區；另一方面，滑塊B移動的同時，夾取器轉動驅動組件產生動作，驅動夾取器連同待歸還的圖書繞鉸接點向遠離書柜的方向轉動，使待歸還的圖書呈躺倒狀態；再一方面，擋條運動驅動組件產生動作，使兩條擋條在初始狀態下同步、同速、保持豎直的向彼此靠近移動，當兩條擋條之間距離大于目標圖書厚度0.5-1.0cm時停止移動，從而在目標圖書的兩側形成約束，可防止待歸還圖書的前后封皮散開；

b、機械爪移動驅動機構產生動作，驅動機械爪移動至待歸還圖書對應的存書區間外部；

c、啟動掃碼模塊掃描存書區間內現有的圖書，通過主控計算機確定待歸還圖書的歸還位置；

d、機械爪移動驅動機構產生動作，驅動機械爪移動至歸還位置的正前方；

S05，將待歸還圖書塞入歸還位置：

a、擋條運動驅動組件產生動作，一方面，使兩條擋條分別向彼此傾斜，直至兩條擋條的末端相抵而形成一個尖角，另一方面，使兩條擋條同步向存書區間內側轉動，直至兩條擋條末端形成的尖角正對歸還位置；

b、滑塊平移驅動組件產生動作，驅動滑塊B沿滑槽B向靠近書柜的方向移動，使兩條擋條末端形成的尖角向存書區間內部伸入，將歸還位置擴開，使處在歸還位置一側或兩側的圖書被擠開；

c、當待歸還圖書的下端進入歸還位置后，一方面，擋條運動驅動組件產生動作，使兩條擋條恢復為豎直狀態，另一方面，夾取器轉動驅動機構產生動作，驅動夾取器向存書區間的方向轉動，使待歸還的圖書從躺倒狀態變為豎直狀態，從而將待歸還的圖書塞入歸還位置；

S06，壓緊存書區間內松散的書堆：

a、機械爪移動驅動機構產生動作，使機械爪移動至存書區間內的二號端板的外側；

b、滑塊平移驅動組件產生動作，使滑塊B沿滑槽B向靠近書柜的方向移動，進而伸入存書區間內；

c、機械爪移動驅動機構產生動作，使機械爪向靠近二號端板的方向移動，通過滑塊B的側面推動二號端板向一號端板的方向移動，進而通過二號端板推動松散的書堆壓緊在一號端板上；

d、完成壓緊操作后，圖書館圖書智能取還系統中的各部件恢復初始狀態；

本步驟中，壓緊在存書區間內側壁面上的滑塊A所連接的端板為一號端板，另一個滑塊A所連接的端板為二號端板，二號端板的外側為背向一號端板的一側。