产品简介

一、开发背景

1.图书整理工作枯燥无味

高校图书馆的图书整理工作大部分由人来完成，机械式地重复搬书放书的工作对于人来说十分枯燥无味。因此一款能够将人从这类工作解放出来的机器的出现十分有必要，不仅能节省图书馆工作人员的工作时间，还能使得用更少的人就能管理好图书馆，同时机器整理图书的出错率很低，减少借阅者找不到所需的图书的情况出现。

2.疫情下的大数据时代

随着近年来信息技术的迅速发展，同学们获取资料的方式更加多元化。传统的查询书籍的方式需要同学们自行到书架寻找，比较耗费时间。因此，为了减少同学们寻找所需书籍的时间，本项目采用小程序配合机器人使用的方式，使机器人能够精准找书，读者能够在更短的时间拿到自己想要的书籍。采用无人自取的方式也能很好地减少人员密集的情况，同时还能减轻工作人员的工作量，让工作人员能够花更多的时间处理其他事情。

二、结构说明

本项目分主要结构。第一部分是借书系统，主要包括小程序、借书柜及夹书机器人等。第二部分是搬运系统，主要包括运输小车。第三部分是存书系统，主要包括存书柜及夹书机器人。

三、功能与使用说明

    读者从小程序借阅书籍后，系统自动分派运输小车到指定位置，在存储书柜上的机器人夹取书籍放入运输小车后，小车将书籍运送至借书柜，读者即可将书籍从借书柜取出。还书过程同理，只需读者将书籍放至借书柜即可。

一、     设计原理

实现图书馆的智能化与自动化，我们可以制作一个无人仓储系统，以“搬运小车、存书架、交互书柜、微信小程序”四个部分相互合作运转，以此提高图书馆运作效率，实现图书的无人工化自动搬运，数量清点以及与借阅者的智能交互。

基于物联网技术，使存书架，搬运小车以及交互书柜通过WIFI技术与微信小程序网络相连接，由此可实行无人图书仓储系统内部各个模块的数据交互。

二、     设计方案

1.     搬运小车

1）    搬运置书架

在小车上板处增加了两个360°全角度转盘，令置书架可以以尽量少的电能消耗以及快速精确的定位使其正对书架。

如下图为小车。

图1 装配“置书架”的小车

2）    行进底座

底座采用铝材作骨骼支架，亚克力板作置物平台，下挂置放线路的亚克力平台下板。行进模块的轮子采用的是麦克纳姆轮，在窄小的无人仓储图书馆中，可以快速且方便的进行转向。

图2 小车行进底座

2.     存书架

1）    Y-Z轴平面伸缩机械臂

在传统图书馆书架的基础上，由三条滚珠丝杆交叉搭建成龙门架，在水平丝杆处连接夹具模块。图3 装配夹具的伸缩机械臂

2）    夹具模块

该部分的结构主要包括外壳、内壳、传动齿轮、步进电机、夹板、齿条、夹具滑轨等零部件。接收到指令开始工作后，通过定位夹取。夹取成功后，利用夹具内嵌滑轮持续向夹具中心收入书本，完成夹取。

图4 夹具模块

3）    定位模块

主要零部件为摄像头，主要装在夹书模块的外壳上，正对着书架，起到对图书的定位、识别的作用。当接到工作指令后，y-z轴龙门架将夹书模块送达指定位置后，摄像头识别读取图书上的二维码进一步确认，确认无误后，下达夹书模块工作的指令。

4）    书架主体

存书的主体，内有隔板、书本底座。书本底座将书本抬高的同时，能够让隔板固定在底座上，隔板的主要材质是亚克力板。隔板的主要作用是将每本书本单独隔开，方便夹书模块的工作。

图5 书架主体结构

3.     交互书柜

1）    书柜本体

书柜本体使用亚克力板与角铁搭建而成，类似丰巢快递柜，分为多个柜口，左侧为智能显示屏。

图6 书柜本体

2）    触屏智能显示屏

通过WIFI连接到互联网，获取用户借还书状态，可与用户进行交互，为书柜重要主体。控制书柜门开关，同时可获取取书码信息。

4.     微信小程序

    uni-app框架制作的小程序设计了图书查询、图书续借、归还功能、读者留言、消息查询、个人信息修改等功能。使用MQTT协议可以方便与ESP32wifi开发板兼容，使用户通过小程序发出的指令能够准确无误地传输给机器人，实现人机交互。图书查询功能便于用户查询自己想借阅的图书，用户通过小程序用蓝牙传输的方式，向机器人发出指令，以达到借阅功能和归还功能的目的。

1.      随着信息技术的快速发展，同学们获取知识的方式更加多元，所需查阅的书籍资料也在增加，本产品可通过高效的识别抓取图书，有效的提升了读者借还图书的效率，实现了“即到即取，即到即还”的目标，节省了读者的时间，减少了人群聚集的时间，减轻图书馆工作人员的工作任务量。

2.  与此同时，本产品通过使用以“搬运小车、存书架、交互书柜、微信小程序”四个部分相互合作运转模式，使机器人能够精确寻书，促进了图书借阅的自动化程度，减轻了图书馆工作人员的工作量并有效减少了图书被工作人员放错位置的窘况。本产品的另一大特色在于其改造成本极低，与其他需要额外进行书架改造的产品不同，本产品可直接在原有的图书架上直接进行机器人的安装使用，无需额外进行高成本的书架安装，产品运用灵活度高，应用场景广，对场景要求小，容错率高。

3.  本产品还能与基于uni-app的框架制作的小程序进行交汇互联，并以此设计了图书查询、图书续借、归还功能、读者留言、消息查询、个人信息修改等功能，借阅人员可以通过手机小程序向机器人发出指令，从而达到借阅图书与归还图书的功能。