一种图书管理智能机器人的制作方法

本发明属于图书管理设备技术领域，具体涉及一种图书管理智能机器人。

背景技术：

随着现在科技的不断发展，图书已经成为同学们开阔视野，了解世界、社会的凭借，是我们的良师益友，它为我们实现了不出门便晓天下事的美谈。同时图书典藏和自助查询等工作目前已经可以借助网络信息化部分实现。

但是图书馆人流众多，图书管理人员需要将同学们归还的书籍再进一步分门别类，进行书籍的上下架摆放，而单凭人力来解决这一问题，是费事又费时的，尤其是近年来，随着大型图书馆的高速发展，在传统得到工作模式下，图书管理人员需要消耗大量的时间和精力对图书进行管理，这些上下架，搬运的工作都是单调而重复性的工作，在增加图书管理人员劳动强度的同时，其图书的管理效率也不高。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种图书管理智能机器人，解决了现有技术中搬运图书的管理工作效率不高，且劳动强度大的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种图书管理智能机器人，包括执行模块、控制模块、循迹模块、避障模块、驱动模块以及能源模块，

所述执行模块包括抓取单元和升降单元，所述抓取单元通过控制模块实现对图书进行抓取，所述升降单元通过控制模块用于待放置图书的盛放，且执行模块置于操作台的上端面；

所述循迹模块置于操作台的底部，依次平行设置有三组红外对管，所述红外对管上均设置有红外线发送管和红外线接收管，由每组红外对管红外线发送管先发射红外线，并通过红外线接收反射的不同强度红外线，并反馈给控制模块，控制模块控制驱动模块实现循迹运行；

所述避障模块设置于操作台的前端部，实现操作台的距离监测，并将监测距离信息反馈给控制模块，通过控制模块控制驱动模块的运行；

所述驱动模块设置于操作台的底部，用于驱动整个操作台的移动；

所述能源模块用于供给执行模块、控制模块、循迹模块、避障模块、驱动模块的用电需求。

进一步的，所述操作台由两个底盘组成，且底盘之间采用螺栓固定连接，并使两个底盘之间预留间隙。

进一步的，所述抓取单元包括动力抓手、连接杆件以及舵机，所述舵机置于上层的底盘上，多个连接杆件之间相互铰接，两端部分别连接在底部的舵机和顶部的动力抓手上。

进一步的，所述动力抓手是由多个手爪零件组成的双指手爪式结构。

进一步的，所述舵机由舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计、直流电机、控制电路组成，所述控制电路接收来自控制模块的控制信号，并控制直流电机运转，直流电机带动舵机内相互咬合的减速齿轮组转动，并传动至舵盘上；所述位置反馈电位计与舵机的输出轴相连，并将接收到的电压信号传送至控制电路上，控制电路根据反馈的信号控制直流电机的工作状态。

进一步的，所述升降单元包括升降平台、联轴器、驱动电机，所述升降平台置于上层的底盘上，驱动电机通过驱动联轴器实现升降平台的升降操作。

进一步的，所述底盘上设置有led灯和蜂鸣器，所述led灯和蜂鸣器与控制模块连通，当避障模块检测到障碍物，即通过控制模块发送指令，实现led灯的亮起和蜂鸣器的报警。

所述的图书管理智能机器人，所述驱动模块的运动方式为：

s1：将智能机器人置于涂有引导线的地面上，并开启启动开关；

s2：判断循迹模块中三个红外对管的信号是否为全高电平，如果是，则控制执行模块运作，进行图书的整理，否则，进行避障模块的判定；

s3：避障模块根据就超声波传感器监测的距离d进行判断，当距离d小于5cm，则led灯的亮起和蜂鸣器的报警，并且驱动模块后退运行；当距离d大于等于10cm则led灯和蜂鸣器停止工作，并且驱动模块停止前进；当5cm≤距离d<10cm，则继续通过循迹模块的红外对管判定；

s4：当循迹模块的右红外对管出现高电平时，则通过控制模块控制驱动模块所在的右边滚轮相对于左边的滚轮减速移动，达到向右拐运动；当循迹模块的中红外对管出现高电平时，则通过控制模块控制驱动模块所在的左边滚轮相对于右边的滚轮做减速移动，达到向左拐运动；当循迹模块的中红外对管出现高电平时，则继续前行，否则停止运行。

本发明的有益效果：

1、本装置通过执行模块的升降单元驱动待放置图书的升降，同时机械手爪的设计上，采用多个相同的爪件，增加爪手的与加持物的接触面积，提高夹持的稳定性。

2、本装置通过循迹模块、避障模块的协同运动，可实现整体的运行，智能机器人合理化运行，提高搬运效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的背面结构示意图；

图3是本发明实施例的底面结构示意图；

图4是本发明实施例的抓取单元结构示意图；

图5是本发明实施例的舵机结构示意图；

图6是本发明实施例的驱动模块运行结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本发明实施例提供一种图书管理智能机器人，包括执行模块、控制模块、循迹模块、避障模块、驱动模块以及能源模块，以及操作台1。

其中操作台1由两个底盘11组成，且底盘11之间采用螺栓固定连接，并使两个底盘11之间预留间隙，用于放置控制模块和能源模块。

驱动模块是由四个独立的滚轮6设置在下层的底盘11上，用于驱动操作台1的驱动，一般采用型号为37gb90-500t直流减速电机作为驱动源，其具有减速功能，并且扭力大，运动速度相对较低、控制灵活、价格低等优点。

执行模块包括抓取单元2和升降单元3，如图4所示，抓取单元2由动力抓手21、连接杆件22以及舵机23组成，舵机23通过螺栓固定在上层的底盘11上，通过舵机23与控制模块相连，用程序输出pwm信号，用于连续控制其转角，舵机23具有体积小、力矩大、外部机械设计简单、稳定性高等特点。

如图5所示，舵机23由舵盘231、减速齿轮组232、位置反馈电位计233、直流电机234、控制电路235组成，控制电路235接收来自控制模块的控制信号，并控制直流电机234运转，直流电机234带动舵机23内相互咬合的减速齿轮组232转动，并通过减速齿轮组232的转动后传动至舵盘231上，舵机23的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘23转动的同时，带动位置反馈电位计233，位置反馈电位计233将输出一个电压信号到控制电路板235，并进行反馈，然后控制电路235根据所在位置决定直流电机234转动的方向和速度，从而达到目标停止。

舵机23的控制信号周期为20ms的脉宽调制(pwm)信号，其中脉冲宽度从0.5-2.5ms，相对应的舵盘位置为0－180度，呈线性变化。也就是说，提供一定的脉宽，它的输出轴就会保持一定对应角度上，无论外界转矩怎么改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号，它才会改变输出角度到新的对应位置上，舵机内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度1.5ms的基准信号，有一个比出较器，将外加信号与基准信号相比较，判断出方向和大小，从而生产电机的转动信号。由此可见，舵机23是一种位置伺服驱动器，转动范围不能超过180度，适用于那些需要不断变化并可以保持的驱动器中。

多个连接杆件22之间相互铰接形成机械臂，一般具有个2～3个自由度，机械臂的一端部与舵机23连接，舵机23可实现机械臂角度调整，另一端部与动力抓手21连接，动力抓手21在通过控制模块实现对图书进行抓取。动力抓手21采用双指手爪式结构的多个手爪零件组成，可以增加机械手爪与加持物体的接触面积，增加夹持稳定性。手爪的运动方式为双支点回转式，舵机23运动时带动其中一边的手爪零件运动，再通过齿轮啮合带动另一边的手爪零件运动实现手爪的抓取动作。

升降单元3通过控制模块用于待放置图书的盛放，且执行模块置于上层的底盘11上，包括升降平台31、联轴器32、驱动电机33，升降平台31置于上层的底盘11上，驱动电机33通过驱动联轴器32实现升降平台31的升降操作，升降平台31的侧边采用选择两级剪叉式结构，使用时，驱动电机33的转动带动联轴器32的运动，从而实现升降台31的上下移动，达到所需要的高度，同时抓取单元通过编程控制机械臂的运动轨迹，来实现抓取图书并放到指定位置过程。抓取完图书后，升降单元下降到最低高度，即完整整个操作。

循迹模块设置于下层的底盘11上，包括三组红外对管41，分别为左红外对管、中红外对管和右红外对管，其中每组红外对管41上均设置有红外线发送管和红外线接收管，一般在地面上设置有引导线，使引导线所在的区域与地面上其他区域形成对比(反射红外线的强度不同)，红外对管41发射红外线，由此产生的电压信号传递至控制模块，控制模块从而控制驱动模块实现整个设备运行在引导线上。红外接收管42根据接收到不同反射强度的红外线，并输出给控制模块，由控制模块控制驱动模块的运动轨迹。

避障模块设置于上层底盘11的前端部，一般选用型号为hc-sr04的超声波传感器51，探测的距离范围是3cm到3.5m，超声波传感器的工作原理如下：

(1)采用i/o触发测距，给至少10us的高电平信号；

(2)避障模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；

(3)有信号返回，通过i/o输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，测试距离＝(高电平时间*声速(340m/s))/2。

如图6所示，驱动模块的具体运行方法：

s1：将智能机器人置于涂有引导线的地面上，并开启启动开关；

s2：判断循迹模块中三个红外对管的信号是否为全高电平，如果是，则控制执行模块运作，进行图书的整理，否则，进行避障模块的判定；

s3：避障模块根据就超声波传感器监测的距离d进行判断，当距离d小于5cm，则led灯的亮起和蜂鸣器的报警；当距离d大于等于10cm则led灯和蜂鸣器停止工作；当5≤距离d<10，则继续通过循迹模块的红外对管判定；

s4：当循迹模块的右红外对管41出现高电平时，则通过控制模块控制驱动模块所在的右边滚轮6相对于左边的滚轮6减速移动，达到向右拐运动；当循迹模块的中红外对管41出现高电平时，则通过控制模块控制驱动模块所在的左边滚轮6相对于右边的滚轮做减速移动，达到向左拐运动；当循迹模块的中红外对管41出现高电平时，则继续前行，否则停止运行。

能源模块分为两个部分，其中一个部分用于供给执行模块的升降单元、控制模块、循迹模块、避障模块的用电需求。同时，本装置还用了4个降压模块，用来提供相应的电压，一块降为5v，用来给单片机和各个模块等控制电路供电；一块也降为5v，用来给电机等驱动电路供电；我们采用控制电路与驱动电路分开的方式，防止因驱动电路的不稳定而造成控制电路的损害，有效的保护了单片机和各个功能模块；第三块降压模块输出电压也为5v，用来给舵机的控制电路供电；最后一块降压模块输出电压为6v，用来给舵机供电，单独供电也能输出足够的功率。

综上所述，本发明提供的智能机器人通过执行模块的升降单元驱动待放置图书的升降，机械手爪的设计上，采用多个相同的爪件，增加爪手的与加持物的接触面积，提高夹持的稳定性，同时循迹模块、避障模块协同作用，实现稳定运行。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。