基于智能車技術的圖書館書籍整理機器人

趙華民

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

[關鍵詞]磁導尋軌系統、 超聲波傳感器、 機械臂、 還書取書

中圖分類號：Y63 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）27-0122-01

1 技術背景

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

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

（3）機械手臂：機械手臂是目前在機械人技術領域中得到最廣泛實際應用的自動化機械裝置，在工業制造、醫學治療、娛樂服務、軍事以及太空探索等領域都能見到它的身影。盡管它們的形態各有不同，但它們都有一個共同的特點，就是能夠接受指令，精確地定位到三維（或二維）空間上的某一點進行作業。

（4）ZigBee：Zigbee是IEEE 802.15.4協議的代名詞。根據這個協議規定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。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成了群體中的通信網絡。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率、低成本。主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網通訊技術。

2 具體實施方案和細節

機械手：采用多連桿設計結構，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。底部有轉盤，可以360°旋轉。機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：兩層的書架，可以放一定數量的書，上層為小書，下層為大書。

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

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

無線通信模塊：通過ZIGBEE模塊，機器人可以輕松的與圖書館內多個控制終端相連接，比如在某個圖書館計算機上，同學A會搜索到一本書，他把這本書的編號通過無線傳輸方式輸送到機器人上，機器人便根據預先好的規則設置移動到具體的書架旁，然后利用機械臂取書，再回到該同學的機位上，該同學就能取書了。如果條件允許，還可以搭建多個機器人互聯的網絡，自動規劃合理的取書線路。

車體底盤：如圖采用整體式結構，堅固耐用（圖4）。

車殼（圖5）：

組裝后的車底盤（圖6）：