城市街区自助图书馆取还书机械手结构设计

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1、城市街区自助图书馆取还书机械手结构设计城市街区自助图书馆取还书机械手结构设计摘要：城市街区自助图书馆系统是在物联网基础上兴起的文化建设项目，是一种新烈的图书馆发展模式。自助图书馆机械手作为图书传输的执行部件，具有借书传输、还书传输、自动分拣的功能，是自助服务效率和安全传输的关键。本文介绍了自助图书馆图书的传输方式，机械手机械系统工作原理以及机械手详细结构。机械手运行稳定，很大程度上提高了图书传输的安全性和自助服务的效率。关键词：自助图书馆；机械手；机械结构引言城市街区自助图书馆系统是物联网技术在图书馆领域的拓展，是集数字化、人性化和智能化为一体的新型图书馆发展模式，是现有公众图书馆服务的延

2、仲，实现了传统图书馆与数字图书馆的完美结合和质的飞跃［1］。自助图书馆系统由自助图书馆服务机、物流管理系统、中心服务系统、图书馆监控系统、资源管理系统等部分构成，其中自助图书馆服务机是自助图书馆系统的硬件基础，也是其核心组成部分⑵。射频识别技术(RFID)作为自动识别技术的一大分支，是自助图书馆系统的核心技术，它通过无线射频方式获得图书的相关数据，并对图书加以识别，且无需与图书直接接触即可完成信息的输入与处理,能够实时准确地采集和处理信息［3］o正是由于RFID的应用使得自助图书馆系统成为一种典型的人机交互系统，实现了自助办证、自助借书、自助还书、自助预约、自助查询等服务功能的融合［4］。

3、取书机械手系统作为自助服务的执行子系统，具有借书传输、还书传输、自动分拣的功能，是服务效率和图书安全传输的关键因素。机械手的结构及其系统控制策略对提高服务效率和传输安全系数起着至关重要的作用。机械手定位速度、精度以及传输安全性是机械手控制的三大性能指标⑸。因此，对取书机械手结构进行研究具有重要的意义和应用价值。1城市街区口助图书馆介绍1.1城市街区自助图书馆系统构架城市街区自助图书馆由自助图书馆服务机系统、物流管理系统、中心服务系统以及图书馆监控管理系统等部分构成[6],其核心部分为自助图书馆服务机系统。自助图书馆服务机系统主要包括•客户服务操作终端、浏览书架、图书馆网络终端、图书信息浏览

4、面板、辅助部件等，其中客户服务操作终端是其核心部分。在自助服务机系统上，儿乎具备了图书馆全部的子服务功能[7],其主要内容包括自助借书、自助还书、卡证服务、预约服务和查询服务等。1.2城市街区自助图书馆服务机系统自助图书馆服务机系统主要由客户服务操作终端、浏览书架、图书馆网络终端、图书信息浏览面板、辅助部件等组成。客户服务操作终端是自助图书馆服务机系统的核心部分，负责自助借还书功能的实现，其功能通过取书机械手的空间运动实现。如图1所示，自助图书馆左边区域为操作控制区，读者可在该区域内完成借书、还书、查询等操作；右边区域为图书陈列区，图书分层摆放在书架上。在借书过程中，机械手需要将图书从指定

5、书架上取出并运送到出书口。在还书过程中，机械手需要将图书从还书口拾取并运送到指定书架上。图1城市街区自助图书馆正面2取书机械手机械系统工作原理自助图书馆服务机在传统图书馆书架的基础上添加E字形隔书板，使图书两两隔开，方便U形结构机械手末端夹持装置能够快速准确地插入E形隔书板卡槽内抓取指定图书。机械手末端夹持装置是机械手的末端执行器，末端执行器在三维空间的运动使得图书传送功能得以实现。图2所示为机械手的三维空间运动，其中XZ平面为自助图书馆上导轨平面；X轴表示书架的长度方向；Y轴表示书架宽度方向；Z轴表示书架高度方向；W轴为机械手末端执行器的夹持运动方向，该方向与X轴平行，夹持装置在W轴向的

6、运动提供图书夹紧力。机械手具有4个移动关节，X轴、Y轴和Z轴方向的移动实现末端执行器的空间定位;W轴方向的运动提供图书夹紧力，是图书安全输送的关键。3机械手结构在取送书过程中，机械手需要能夹紧松开图书，并且适应不同厚度的图书。具体到设计上，机械手要驱动左右两个手爪移动以夹紧或松开图书，并能够识别或者自适应书本的厚度。木次设计采用恒压力夹紧控制方式以自适应书木厚度。在手爪夹紧图书的过程中实时监测手爪的夹紧力，当夹紧力达到预设定值，手爪即停止运动。最大夹紧力的设定以能够牢I古I夹持自助图书馆中最重的图书为依据。设计采用闭环控制，具有较快相应速度。该结构能牢固夹持图书，不仅能有效防止由于夹紧压力

7、值过小造成的的书本脱落,也能防止由于夹紧压力值过大造成的书木损坏。3.1机械手爪设计机械手在定位到要抓取的图书位置Z后，在抓取图书过程中要保证能牢固抓取指定图书，同时不影响左右两侧的图书，为此设计E字形隔书板与不对称U字形机械手爪结构，如图3图4所示。一个机械手有九右两个手爪，夹持部分是对称的。隔书板与机械手爪形状上互补，机械手爪在抓取图书过程中，先插入隔书板中，然后两手爪相向运动，抓紧图书。隔书板的厚度为6mm,大于手