[发明专利]基于OpenCV的面部识别图书自动分选上架机器人系统

权利要求书

1.一种基于OpenCV的面部识别图书自动分选上架机器人系统，其特征在于：包括滑动装置(1)，上位机(2)采用树莓派，分书装置(3)，夹书装置(4)、移动本体驱动装置(5)和储书柜(6)；

所述的滑动装置(1)分别安装在储书柜(6)两侧，每个滑动装置(1)都是由一组85H2P11860A4步进电机(7、8)，弹性联轴器，轴承(10、11)，滚珠丝杆(12、13)，滑块(14、15)和导轨(26、27)组成；通过步进电机(7、8)的正反转控制滑块(14、15)的上下移动；

所述的分书装置(3)和夹书装置(4)分别安装在滑块(14、15)上，包括机械臂(16、17)，机械爪(18、19)和深度摄像头(20、21)各一个；所述的机械臂(16、17)各关节之间各有两个伺服电机控制机械臂与机械臂之间转动，每个机械臂都有六个伺服电机；

由两片钢片组成的机械爪(18)安装在三关节机械臂(16)前端，机械爪(18)呈勾状，闭合时有25°，尖角便于插入图书之间的缝隙，可插入缝隙为0.8mm，钢片材料为热处理的45#钢；

所述的机械爪(19)与机械爪(18)结构不同，直接由两片钢板组成，主要用于取书、夹书工作，并将图书放置到由机械爪(18)打开的空间内；

所述的深度摄像头(20、21)能够对书架上的图书进行3D建模来获取图书的三维信息，提高对索书号识别速度和精度，使图书上架更加准确；

所述的移动本体驱动装置(5)由超声波避障模块(22)、两个驱动轮(23)，两个万向轮(24)组成；所述的两个驱动轮(23)和两个万向轮(24)分别控制整个机器人在图书馆中保持直线和转向运动；超声波避障模块(22)和安装在移动本体驱动装置(5)底部的二维码识别模块(9)读取地面二维码的信息，确定机器人实时位置，实现自主导航；

所述的储书柜(6)分为四层，第一层备用，后三层放置归还的图书，由于不能对图书馆书架放置的图书方式进行大规模改变，每一层我们都设置足够的空间去放置每一本书，图书与图书之间有足够的空间让机械爪(19)在获取上架图书的信息后，能够直接对图书进行抓取，避免机械爪(18)再去分书这一步骤。

2.根据权利要求1所述的基于OpenCV的面部识别图书自动分选上架机器人系统，其特征在于：所述的图书自动分选上架机器人系统的控制器电路结构主要由控制器模块、摄像头采集模块、运动控制模块、无线通信模块组成；其中，MCU1为运动处理器，MCU2为借还系统处理器，CPU控制各模块的数据传输和处理，摄像头1和摄像头2分别用来为分书装置和夹书装置采集图书信息来确定上书位置，摄像头3识别地面的二维码信息，实现自主定位，摄像头4进行人脸信息采集和面部识别，RFID技术用于扫描图书上的条形码进行还书，以上数据的传输均通过以太网方式进行。

3.根据权利要求2所述的基于OpenCV的面部识别图书自动分选上架机器人系统，其特征在于：读者在借阅图书之前要先联系管理员进行面部信息的采集，管理员将采集到的人脸信息保存到图书馆人脸数据库中，当读者进行借书或还书，只需将人脸和图书条形码呈现在摄像头之前，摄像头通过采集检测到的人脸信息与数据库中的人脸进行对比，识别成功后，则将借阅或归还的图书在你个人的信息库中进行添加或删除。

4.一种根据权利要求1所述的基于OpenCV的面部识别图书自动分选上架机器人系统的工作方法，其特征在于：还书上架具体控制过程如下：

读者通过面部识别将图书归还到储书柜(6)后，当所还书籍达到一定的数量后，图书上架机器人开启动自主上架工作；

首先夹书装置(4)被启动，滑块(15)带动机械臂(17)在导轨(27)上下移动确定上架图书所在储书柜(6)的层数，机械臂(17)带动各关节运动，通过安装在机械臂(17)前端的深度摄像头(21)左右转动获取图书信息后，机械爪(19)动作夹紧所要上架图书；

接着移动本体驱动装置(5)驱动两个驱动轮(23)和两个万向轮(24)运动到达书架位置，分书装置(3)被启动，滑块(14)带动机械臂(16)在导轨(26)上下移动确定上架图书在书架上的位置，机械臂(16)带动各关节运动指向目标书架，通过安装在机械臂(16)前端的深度摄像头(20)左右转动获取图书信息；

待确定所还书籍位置后，机械爪(18)插入缝隙并打开得到足够空间，机械爪(19)将所夹紧的图书放入到空间内，机械臂收回；

重复以上步骤，进行下一本书籍的上架工作，直到储书柜里所有的图书上架结束，移动本体驱动装置(5)驱动两个驱动轮(23)和两个万向轮(24)回到初始点。