[发明专利]一种取借阅图书的方法

摘要

本发明公开了一种取借阅图书的方法，包括以下步骤：一、建立图书数据库及贴二维码标签；二、图书位置的获取；三、图书室地图构建及获取目标书架的位置；四、图书抓取机器人移动至目标书架；五、目标图书抓取点的获取；六、图书的抓取。本发明步骤简单，设计合理，实现自主行走和图书的准确定位，能够准确的抓取借阅图书，减少图书管理者劳动强度，实用性强。

主权项

1.一种取借阅图书的方法，该方法所采用的装置包括控制模块、用于抓取图书的机械手机构和供所述机械手机构安装的车体机构，所述机械手机构包括基座(8‑1)、与基座(8‑1)转动连接的肩部(9‑1)、与肩部(9‑1)转动连接的肘部(10‑1)、与肘部(10‑1)转动连接的腕部(11‑1)和设置在腕部(11‑1)上的手抓(19)，所述控制模块包括主控器(1)以及与主控器(1)相接的无线通信模块(15)和第一数据存储器(6)，所述车体机构包括车体和对所述车体进行驱动的车体驱动机构，所述主控器(1)的输入端接有激光雷达(2)、第一按键输入模块(3)、编码器(4)、双目摄像头(5)和二维码识别模块(16)，所述主控器(1)的输出端接有基座舵机(8)、肩部舵机(9)、肘部舵机(10)、腕部舵机(11)和手抓舵机(12)，所述基座舵机(8)、肩部舵机(9)、肘部舵机(10)、腕部舵机(11)和手抓舵机(12)分别与基座(8‑1)、肩部(9‑1)、肘部(10‑1)、腕部(11‑1)和手抓(19)传动连接，所述车体驱动机构包括车体电机驱动器(13)和与所述车体电机驱动器(13)输出端相接的车体电机(14)，所述车体电机驱动器(13)的输入端与主控器(1)的输出端相接，所述车体电机(14)与所述车体传动连接，所述主控器(1)通过无线通信模块(15)与供借阅者查询的借阅终端无线连接，所述借阅终端包括计算机(20)以及与计算机(20)相接的第二数据存储器(18)和第二参数输入模块(17)，所述主控器(1)通过无线通信模块(15)与计算机(20)无线连接，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、建立图书数据库及贴二维码标签：建立图书数据库，图书数据库包括名称、类号、出版社和图书位置，所述图书位置包括书架号、书架层号和所在书架层自左到右的顺号，并通过第二按键输入模块(17)输入所述图书数据库至计算机(20)，计算机(20)将所述图书数据库存储在第二数据存储器(18)内；同时，在图书上贴二维码标签，且所述二维码标签包含的信息与所述图书数据库的信息相同；步骤二、图书位置的获取：借阅者借阅图书时，通过第二按键输入模块(17)输入借阅者的需求信息，所述需求信息包括名称和出版社，计算机(20)调取图书查询模块，所述图书查询模块在所述图书数据库中查询，得到借阅图书的图书位置，之后，计算机(20)将所述借阅图书的图书位置通过无线通信模块(15)发送至主控器(1)，主控器(1)获得借阅图书的图书位置；其中，所述借阅图书的图书位置包括借阅图书所在书架号、借阅图书所在书架层号和借阅图书所在书架层自左到右的顺号；步骤三、图书室地图构建及获取目标书架的位置：步骤301、建立固定二维坐标系：将靠近图书室入口的下部墙角作为基准点A，然后以基准点A为原点，以过基准点A且平行每排书架的方向为X轴方向，以过基准点A且平行每列书架的方向为Y轴方向，建立固定二维坐标系AXY，获得图书室内各个书架的位置坐标，并通过第一按键输入模块(3)输入存储至第一数据存储器(6)中，得到书架位置数据库；其中，图书室内多个书架按照多排多列布设；步骤302、激光雷达(2)从基准点A处开始扫描，直至整个图书室内扫描完毕，激光雷达(2)将图书室的二维激光扫描数据发送至主控器(1)，主控器(1)调取栅格地图构建模块对所述激光点云数据处理，得到图书室二维栅格地图；步骤303、主控器(1)从获得借阅图书的图书位置中得到借阅图书所在书架号，主控器(1)调取书架位置查询模块从步骤301中书架位置数据库中找到与所述借阅图书所在书架号相同的书架的位置坐标，并将与所述借阅图书所在书架号相同的书架的位置坐标记作目标书架的位置坐标A(xa，ya)，主控器(1)调取位置标记模块，将所述目标书架的位置在所述图书室二维栅格地图中进行标记，记作目标位置记号；其中，a表示图书室内书架的序号，a为正整数，且1≤a≤c，c为图书室内书架的数量；步骤四、图书抓取机器人移动至目标书架：步骤401、编码器(4)按照预先设定的采样时间对所述车体的速度进行检测并将检测到第m个采样时刻tm时的速度Vm发送至主控器(1)，陀螺仪(7)按照预先设定的采样时间对所述车体的姿态进行检测，并将检测到的第m个采样时刻tm时车体的姿态数据发送至主控器(1)，主控器(1)根据第m个采样时刻tm时车体的姿态数据得到第m个采样时刻tm时车体的运动方向与X轴方向的夹角θm；主控器(1)根据公式得到第n个采样时刻t_n时车体的位置坐标A(X_d，Y_d)，所述第n个采样时刻t_n时车体的位置A(X_d，Y_d)称作车体的当前位置A(X_d，Y_d)；其中，m为正整数，且m的取值范围为1、2、3、...、n，n表示总采样时刻；步骤402、主控器(1)调取位置标记模块，将车体的当前位置A(Xd，Yd)在所述图书室二维栅格地图中进行标记，标记为当前位置记号，主控制器(1)调取最短路径规划模块，获取当前位置记号与目标位置记号的最短路径，从而得到所述车体当前位置到所述目标书架的位置的最短路径；步骤403、按照所述车体当前位置到所述目标书架的位置的最短路径，主控器(1)通过车体电机驱动器(13)控制车体电机(14)转动，车体电机(14)转动带动所述车体移动，直至所述车体达到所述目标书架的位置；步骤五、目标图书抓取点的获取：步骤501、二维码识别模块(16)对所述目标书架上的图书进行扫描，直至二维码识别模块(16)扫描到的二维码标签包含的信息与所述需求信息中名称和出版社相同所对应的图书为目标图书，然后，双目摄像头(5)对所述目标图书图像进行采集，并将采集到的左目标图书图像和右目标图书图像发送至主控器(1)，主控器(1)得到左目标图书图像和右目标图书图像；其中，双目摄像头(5)包括两个摄像头；步骤502、主控器(1)调取畸变校正模块对所述左目标图书图像和所述右目标图书图像进行畸变校正，得到畸变校正后的左目标图书图像和畸变校正后的右目标图书图像；步骤503、主控器(1)调取二值化模块分别对步骤502中得到的畸变校正后的左目标图书图像和畸变校正后的右目标图书图像进行二值化处理，得到左二值化目标图书图像和右二值化目标图书图像；步骤504、主控器(1)对所述左二值化目标图书图像逐行进行扫描，当所述左二值化目标图书图像中任一行中连续七个像素点的像素值分别为0、0、255、255、255、0和0时，则得到左二维码定位区域；同时，主控器(1)对所述右二值化目标图书图像逐行进行扫描，当所述右二值化目标图书图像中任一行中连续七个像素点的像素值分别为0、0、255、255、255、0和0时，则得到右二维码定位区域；步骤505、主控器(1)调取像素坐标提取模块，对所述左二维码定位区域各个像素点的像素坐标进行提取，获得左二维码定位区域中左上角像素点的像素坐标Pz1(uz1，vz1)、左二维码定位区域中右上角像素点的像素坐标Pz2(uz2，vz2)和左二维码定位区域中右下角像素点的像素坐标Pz3(uz3，vz3)，则左二维码定位区域中左上角像素点的像素坐标Pz1(u1，v1)、左二维码定位区域中右上角像素点的像素坐标Pz2(u2，v2)和左二维码定位区域中右下角像素点的像素坐标Pz3(u3，v3)围成的区域为左二维码识别区域；同时，主控器(1)调取像素坐标提取模块，对所述右二维码定位区域各个像素点的像素坐标进行提取，获得右二维码定位区域中左上角像素点的像素坐标Pr1(ur1，vr1)、右二维码定位区域中右上角像素点的像素坐标Pr2(ur2，vr2)和右二维码定位区域中右下角像素点的像素坐标Pr3(ur3，vr3)，则右二维码定位区域中左上角像素点的像素坐标Pr1(ur1，vr1)、右二维码定位区域中右上角像素点的像素坐标Pr2(ur2，vr2)和右二维码定位区域中右下角像素点的像素坐标Pr3(u3，v3)围成的区域为右二维码识别区域；步骤506、主控器(1)调取SURF特征点提取模块对步骤505中得到的左二值化图书图像中的左二维码识别区域和对步骤505中得到的右二值化图书图像中的右二维码识别区域进行特征点提取，得到左二维码识别区域中的左特征点和右二维码识别区域中的右特征点；步骤507、主控器(1)调取立体匹配模块，对步骤506中得到的左二维码识别区域中的左特征点和右二维码识别区域中的右特征点进行立体匹配，从而得到多对匹配点；步骤508、主控器(1)调取像素坐标提取模块分别对多对匹配点的像素坐标进行提取，得到多对匹配点的像素坐标；其中，多对匹配点中第i对匹配点的像素坐标包括第i个左投影点像素坐标Ppli(upli，vpli)和第i个右投影点像素坐标Ppri(upri，vpri)，i为正整数，且i＝1、2、3、...、q，q表示匹配点的总对数；步骤509、主控器(1)根据公式得到第i对匹配点的斜率k_i，主控器(1)将|k_i|＞k_s的匹配点进行剔除，得到多对剔除后的匹配点；其中，多对剔除后的匹配点中第j对剔除后的匹配点的像素坐标包括第j个剔除后的左投影点像素坐标P′_plj(u′_plj，v′_plj)和第j个剔除后的右投影点像素坐标P′_prj(u′_prj，v′_prj)，j为正整数，且j＝1、2、3、...、N，N表示剔除后的匹配点的总对数；其中，k_s表示预设斜率值；步骤5010、主控器(1)根据公式得到第j对剔除后的匹配点对应的空间点的坐标P_sj(x_sj，y_sj，z_sj)；其中，b表示所述左摄像头的光心和所述右摄像头的光心之间的基线距离；f_u表示图像坐标系中u轴上的归一化焦距，f_v表示图像坐标系v轴上的归一化焦距，u₀表示图像坐标系中摄像头光心在u轴上的坐标，v₀表示图像坐标系中摄像头光心在v轴上的坐标；步骤5011、主控器(1)根据公式得到目标图书抓取点的坐标P_g(x_g，y_g，z_g)；步骤六、图书的抓取：主控器(1)控制所述机械手机构对对所述目标图书抓取点进行抓取，实现借阅图书的抓取。