摘要：图书分拣机器人大多数只是负责书本的运输和归类，无法实现整理与排放。图书智能分拣机器人实现了图书快速整理归位，其工作原理为：图像识别模块扫描图书的电子标签，识别出图书种类，通过无线传输模块传输给中控，控制机械臂完成图书的抓取动作，并规划智能机器人的行进路径，机器人在行进过程中通过红外线扫描路径标识，并利用超声波测距进行避障，最后将图书放入书架的指定位置，实现图书馆还书归位的智能化处理。 关键词：智能化；数据化；图像识别；机械臂控制系统
0 引言
舒适的阅读环境、丰富的馆藏文献、便捷的借阅条件极大地刺激着读者的阅读需求，近些年许多图书馆的借阅量和还书量屡创新高，同时给图书馆管理带来了极大挑战，而架位管理的基础就是图书分拣。目前国内图书馆大多依靠人工完成，分拣任务繁重且含金量不高、时效性差，无法满足图书快速流转的需求，从而在日益增长的借阅需求与图书馆设施
之间产生新的矛盾。为了缓解这种矛盾，图书馆开始探索智能机器人分拣技术，以此来解决图书快速分拣与缩短流转时效的难题。
1 图书智能分拣机器人的内涵
图书智能分拣机器人是及收集、分拣和运送于一体的精准化机器，图像识别模块扫描图书的电子二维码标签，并将信息传输至中控单片机进行分析，识别出图书种类与书架位置，然后通过无线传输模块传给控制单片机，控制机械臂完成图书的抓取动作，并规划分拣机器人的行进路径，发送行进指令，分拣机器人在行进过程中通过超声波扫描路径成像和测距进行避障，将图书放入书架的指定位置，最后原路返回。图书智能分拣机器人运行过程如图1所示。
图1 图书智能分拣机器人的运行流程
2 图书分拣机器人的功能模块
2.1 图像采集模块
2.1.1 图像识别功能
图像识别模块包括图像处理[[1]]装置和二维码识别装置。二维码识别装置用于接收所述图像识别[[2]]模块采集的书本信息以及所述第一标识号，确定所述书本信息中的关键字符。通过传感器，识别书本的形状、颜、大小等特征，传输给单片机控制系统，系统利用普适性极高的二维码识别技术，利用扫描技术和PC技术[[3]]组合形成的电子识别技术，具有识别快、成本低、存储量大等特点。在二维码中加入分拣号码，并将分拣号设置成书籍的信息，实现精准的识别。外接的颜、定位传感器等通过串口与主控单片机进行通讯，并且在程序中加入串口空闲中断配合DMA来接受数据节约单片机资源，提高运行速度，在保证数据准确性的同时，节约单片机总线资源。
2.1.2 后台数据处理系统
传感器采集物品特征信息存入数据库，利用数据库接收来自单片机控制系统的信息，用总分型数据库来存储所有信息数据。再将来自前端的数据信息导入到子数据库中，并且在此基础上进行简单的取样与预处理，起到预测的效果。利用存储在子数据库内的海量数据进行分析和分类汇总，来满足大多数常见的需求。在基于传送系统上，采用双储存结构对分拣过程中的相关数据进行数据采集存储的设计方案，在此过程中对数据存储的速度与容量均有不同要求，方案尽量简单，接口占用少，成本低，并满足设计技能的要求。
2.2 机械执行模块
2.2.1 输送机装置
带式传送机主要由两个端点滚筒及紧套其上的闭合传送带组成，一个滚筒相当于驱动器，带动传送带运转；另一个滚筒仅改变传送带运动方向。驱动滚筒由电动机正反转带动滚筒运转，滚筒与传送带之间产生摩擦力拖动传送带运行，其中驱动滚筒安装在输出端，来增大书本与传送带之间的牵引力，有利于拖动。书本从输入端放入，落在运行的传送带上，依靠传送带与书本的摩擦带动运送到输出端流出。
2.2.2 机械臂控制装置
机械臂采用六自由度，可实现全方位无死角抓取，方向旋转角度大，可受力大。连接处使用轴承加法兰的连接方式，阻力更小，速度更快，需位更小。在抓手处设计了与图书贴合更好的抓手，在保证抓取准确的基础上，保护了图书的完整与美观。
2.2.3 RBP系统
智能分拣机器人在抓取散乱堆放的物体在学术上被称为RBP（Random Bing-picking）系统[[4]]。RBP系统主要由PC和单片机控制系统、红外线扫描识别单元与机器人本体三部分组成。红外线识别主要是对目标书本进行识别与信息采集，再利用算法处理得到书本的基础信息与存放位置；PC与单片机系统负责控制机器人按照计算得出的最佳路径进行运动，并对书本进行分拣存放至指定位置。
2.3 智能控制模块
图2STC12C5A60S2芯片
STC12C5A60S2单片机芯片（见图2）的正常工作电压范围是3.5~5.5V，工作的频率最高可达35MHz，应用程式则有8 K至62 K字节，以及1280字节的 RAM。STC12C5A60S2的每一个功能部件都是按照一个时钟的顺序运转的，且内置了振荡器，由反向放大器组成，其中XTAL1，XTAL2被分成两部分，分别用作振荡电路。
3 图书分拣机器人的技术
3.1 图像处理技术
3.1.1 图像识别技术
图像识别技术是对物体的特征进行抽取，根据物体的几何特征进行分类，再对整个物体作结构上的分析，通过存储的信息（记忆中存储的信息）与当前的信息（当时进入感官的信息）进行模拟比较实现对物体的识别。识别的前提是图像描述，描述是在识别之前进行图
像预处理，包括去除噪音和干扰、几何特征校正、提高对比度等。在此技术的加持之下可以更加有效的、精准的进行物体的识别。
3.1.2 图像分割技术
图像分割[[5]]是图像处理中的关键技术，是将图像中的特征部分提取出来，其特征包括图像的边缘、特别区域等，这是进一步进行预处理、图像识别和分析的基础。可以更加准确的识别图像，保证智能机器人在分拣与抓取过程中不会出错。
3.2 RFID技术
RFID（RadioFrequencyIentification）技术[[6]]，又叫做无线射频识别技术[[7]]，能够在不接触的情况下利用红外线扫描技术获取书本的基础信息，具有识别速度快、存储信息量大等特点，可以更加快速的获取书本信息。RFID[[8]]的硬件部分包括二维码标签、识别器（接线表如下表表1所示）、无线接收器等，识别器一般由单片机控制器与射频识别芯片组成，控制器是负责配置识别芯片的存储器，二维码标签通过无线接收器的电磁场获得能量，并向接收器发送信号。智能分拣机器人采用的是频率在10-15MHz的RFID技术[[9]]，属于近距离非接触射频识别技术。
表1RFID指示灯接线表
编号 电子标签分拣系统 | 说明 |
1 | RFID指示灯（指示灯闪烁=读电子标签成功） |
2 | 8芯航空接头 | PIN1 | 电源输入（+12V~+24V） |
PIN2 | 电源地（GND） |
PIN3 | 数字地（GND） |
PIN4 | B信号（RS485） |
PIN5 | 识别器发送TXD（RS232） |
PIN6 | A信号（RS485） |
PIN7 | 电源输入（+12V~+24V） |
PIN8 | 识别器接收RXD（RS232） |
3 | RFID电源指示灯（指示灯常亮=上电正常） |
| | | |
3.3 自动控制技术
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议