一、开发背景

1.新冠肺炎疫情的影响。

在众多防疫方式中，减少人员接触是最有效的防疫方式之一。自动借还图书馆机器人系统，围绕“无需人员接触”、“提前预约”、“智能高效”的核心满足图书馆中各种借还书需求，可大幅减少各类人员的非必要接触。

2.高校图书馆借阅信息更新存在一定延迟。

同学们无法实时了解所想借阅的书籍是否被其他同学所借阅，对想看书的同学们十分不便。因此基于微信小程序的图书管理系统的设计开发目的是简化学生借阅图书的流程，让每个同学都能实时了解图书的借阅情况，提高图书资源利用率。

3.智能管理成为未来大势所趋。

设计一个基于物联网技术的自动借还图书馆机器人系统可提高日常借还书籍效率，并且减轻图书管理员的工作负担、方便管理，令高校师生更加方便地借阅图书，从而达到图书资源的最大化利用。

二、设计原理

若要实现图书馆借还书的自动化和智能化，打造一台集借书、取书、搬运、还书、放书及盘点图书等功能于一体的自动借还图书馆机器人系统，需要系统各部分的数据能够流通和共享。

基于物联网技术，可以使书籍、自动取还书机器人、智能接待机器人书柜以及用户相互连接。采用蓝牙通信技术，实现自动取还书机器人和智能接待机器人书柜之间的数据传输和信息交互。智能接待机器人书柜和用户端小程序采用MQTT协议并通过WIFI技术接入互联网，连接到在云服务器上搭建的EMQX服务器，即可实现自动借还图书馆机器人系统与用户端小程序之间的数据流通和共享。

采用多种传感器对环境信息进行采集。使用机器视觉、图像处理、智能算法等技术来实现对书籍信息的识别获取以及图书馆空间位置的感知，配合上基于仿生学原理设计的灵活巧妙的机械结构来实现取书、放书等功能。

三、结构说明

图1  系统渲染图

如图1所示，基于物联网技术的自动借还图书馆机器人系统实体主要分为两部分，分别是图书馆自动取还书机器人和智能接待机器人书柜。

图书馆自动取还书机器人主要分为夹书模块、放书模块、自动充电模块及底盘。夹书模块主要功能为进行书本的识别及夹取；放书模块的作用为进行书本在机器人上的暂时存储；自动充电模块负责机器人的自我充电；底盘作为机器人的框架搭建起整个机器人。

智能接待机器人书柜装置，负责前台的人机交互环节，提供书籍借还服务。

图2  夹书模块仿生手指正在拨书

四、功能与使用说明

自动借还图书馆机器人系统主要由图书馆自动取还书机器人、智能接待机器人书柜相互配合组成一套完整的借还书流程。

在借还书本流程中，用户可通过微信小程序对所需借取的图书下单预约，按照预约时间凭借小程序中的取书码到智能接待机器人书柜处取书。用户需要还书时，可直接前往智能接待机器人书柜处使用还书码开柜，放入图书。

智能接待机器人书柜整理取还书信息并发送取还书指令给图书馆自动取还书机器人，自动取还书机器人会根据需要取接收到的书籍信息和数字化地图，通过多任务路径规划计算全局最优路径，并通过寻迹的方式移动到智能接待机器人书柜或目标书本的书柜之前，利用机器人夹取模块中的OpenMV摄像头进行识别定位并夹取，在书柜和机器人自带的书架之间执行取书、放书动作。

五、产品特色

1.数据共享，节约借还书时间

与普通图书馆相比，通过后台数据在小程序、接待机器人、自动存取机器人的共享，实现了“即到即取书”，减少读者找书以及人员聚集的时间，有效降低新冠人传人的可能。

2.节省人力物力

通过自动存取机器人，实现了图书归还的自动化、智能化，将图书馆工作人员从重复枯燥的图书整理、搬运、放置工作中解脱出来，在当前人力成本不断攀升的大环境下，该设备可以节省人力物力，避免图书放错位置。

3.打通借、取、运、还、放五大环节

国内外的图书馆搬运机器人只能搬运，不能放书取书。而本设备集成了借书、取书、搬运、还书、放书及盘点图书等功能，节约了时间、空间和金钱成本。而且其他图书存取机器人对书架要求高，但它只需要传统书架，无需改造高成本书架。

4.关节型机械臂，更高灵活度

市面上大多夹取书机器人为安装导轨再通过电机带动导轨旋转使机械臂达到预定位置，会占据更多空间且笨重。本设备采用舵机控制机械臂的方案，更加节省空间且灵活。

5.自动回充

市面上大多数机器人充电步骤繁琐，需取下电池再插入专用充电器中，或需手动连接充电线。本机器人通过寻迹模块引导机器人自动走入充电位置，并且通过磁吸的办法进一步对准，实现自动充电。