基于智能車技術(shù)的圖書館書籍整理機(jī)器人

趙華民

[摘 ?要]一種圖書館基于智能車技術(shù)的圖書收集整理機(jī)器人。圖書館書籍整理工作，需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間。此機(jī)器人能夠代替工作人員來完成這些繁雜的任務(wù)。機(jī)器人的移動(dòng)主要依靠的是基于智能車系統(tǒng)的磁導(dǎo)尋軌系統(tǒng)，沿鋪設(shè)在地面下的電線產(chǎn)生的交變信號(hào)來進(jìn)行檢測和跟蹤，使得車體沿著預(yù)先設(shè)定好的軌跡進(jìn)行行駛。此機(jī)器人有兩種任務(wù)模式，一種是還書，另外一種是取書。當(dāng)機(jī)器人檢測到車載書架上有書時(shí)，會(huì)自動(dòng)掃描識(shí)別出該書屬于哪個(gè)書架，通過磁導(dǎo)技術(shù)移動(dòng)到書柜旁，利用機(jī)械臂將車載書架的書換回書柜;當(dāng)給予機(jī)器人一定指令，讓其去取特定的書時(shí)，他會(huì)首先從自己的信息庫中搜索該書所在的書柜的位置，然后通過磁導(dǎo)技術(shù)指引車體移動(dòng)到書柜，機(jī)械臂從書柜上取書，然后讓如車載書架上，返回原處，人們便可方便的直接從機(jī)器人的書架上取書了。

[關(guān)鍵詞]磁導(dǎo)尋軌系統(tǒng)、 超聲波傳感器、 機(jī)械臂、 還書取書

中圖分類號(hào)：Y63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）27-0122-01

1 技術(shù)背景

（1）飛思卡爾智能車磁導(dǎo)技術(shù)：智能車能夠檢測到道路中心線下電線中20KHz 交表電流產(chǎn)生的磁場來導(dǎo)引小車沿著道路行駛。通過在圖書館書柜和過道預(yù)先埋在地板下面的電線，以及安裝在機(jī)器人底部的傳感器進(jìn)行電磁監(jiān)測，使得書籍整理機(jī)器人能夠沿預(yù)設(shè)線路以一定的速度行駛。

（2）超聲波傳感器測距技術(shù)：超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。

（3）機(jī)械手臂：機(jī)械手臂是目前在機(jī)械人技術(shù)領(lǐng)域中得到最廣泛實(shí)際應(yīng)用的自動(dòng)化機(jī)械裝置，在工業(yè)制造、醫(yī)學(xué)治療、娛樂服務(wù)、軍事以及太空探索等領(lǐng)域都能見到它的身影。盡管它們的形態(tài)各有不同，但它們都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是能夠接受指令，精確地定位到三維（或二維）空間上的某一點(diǎn)進(jìn)行作業(yè)。

（4）ZigBee：Zigbee是IEEE 802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飛翔和“嗡嗡”（zig）地抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。

2 具體實(shí)施方案和細(xì)節(jié)

機(jī)械手：采用多連桿設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，可以伸展到一定的長度，能夠輕松的從書柜或者車載書架上取書還書。底部有轉(zhuǎn)盤，可以360°旋轉(zhuǎn)。機(jī)械手抓部分可以自由控制厚度，方便夾取不同厚度的圖書。同時(shí)夾持部分帶有壓力傳感器，能夠檢測到夾持壓力，在保證圖書不掉落的前提下盡量減小壓力，避免傷害圖書（圖1）。

圖書存儲(chǔ)：兩層的書架，可以放一定數(shù)量的書，上層為小書，下層為大書。

導(dǎo)航裝置：采用基于飛思卡爾智能車競賽的磁導(dǎo)巡線系統(tǒng)，在圖書館地板下面埋設(shè)通電導(dǎo)線，通過車底的電磁傳感器，來檢測底下的信號(hào)，來進(jìn)行磁導(dǎo)的導(dǎo)航模式（圖2）。

超聲波測距傳感器：在車體前端兩側(cè)，能夠檢測到前方靠近的物體，通過一定的編程規(guī)則設(shè)置進(jìn)行避讓（圖3）。

無線通信模塊：通過ZIGBEE模塊，機(jī)器人可以輕松的與圖書館內(nèi)多個(gè)控制終端相連接，比如在某個(gè)圖書館計(jì)算機(jī)上，同學(xué)A會(huì)搜索到一本書，他把這本書的編號(hào)通過無線傳輸方式輸送到機(jī)器人上，機(jī)器人便根據(jù)預(yù)先好的規(guī)則設(shè)置移動(dòng)到具體的書架旁，然后利用機(jī)械臂取書，再回到該同學(xué)的機(jī)位上，該同學(xué)就能取書了。如果條件允許，還可以搭建多個(gè)機(jī)器人互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)規(guī)劃合理的取書線路。

車體底盤：如圖采用整體式結(jié)構(gòu)，堅(jiān)固耐用（圖4）。

車殼（圖5）：

組裝后的車底盤（圖6）：