一种基于双臂机器人的图书分拣方法及装置

技术领域

本发明涉及机器人应用技术领域，尤其涉及一种基于双臂机器人的图书分拣方法及装置。

背景技术

现有图书馆是搜集与存储图书资料以供他人查阅或者借用的机构，针对目前在用户归还图书这一操作过程通常是：在机器识别用户借阅卡的身份信息之后，通过用户手动选择还书数量并将待归还的图书逐一进行扫码记录，最重要的是用户在成功办理图书归还手续后，直接将所有图书随意放置于收纳台上，等待至收纳台上堆满各类图书后再交由图书馆管理员对众多类型图书按照楼层与所属收藏室进行分拣整理。然而这一人工分拣过程对于图书馆管理员来说，需要花费的时间成本较大，工作难度也不小。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于双臂机器人的图书分拣方法及装置，通过智能化控制方式可驱动双臂机器人代为完成用户归还图书的一系列手续，且承担图书馆管理员的初步分拣工作。

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于双臂机器人的图书分拣方法，所述方法包括：

基于双臂机器人识别到用户留档信息，对本体的传送机器臂和扫描机器臂进行初始化，并正确引导用户往所述传送机器臂上放置单本图书；

通过用户在本体显示屏所弹出的还书应用界面上点击执行还书命令，触发所述扫描机器臂移动至所述传送机器臂上方，对图书条形码进行扫描；

通过所述双臂机器人根据所述图书条形码获取到图书所属楼层信息，同时结合收纳柜布局位置生成本体运动规划路径；

基于所述传送机器臂按照所述本体运动规划路径到达特定柜格的正前方，触发所述传送机器臂上所设置的传送带将图书传递至所述特定柜格中；

利用图像处理技术对所述特定柜格的当前剩余空间进行识别，根据所述当前剩余空间与预警高度之间的比较结果对所述特定柜格的存储供应状态进行更新，再控制所述双臂机器人按照所述本体运动规划路径原路返回起点，同时对所述用户留档信息进行修正。

可选的，所述双臂机器人识别到用户留档信息包括：

基于所述双臂机器人上所设置的被动式热释电红外探头检测到有用户靠近时，触发本体摄像头对用户人脸信息进行采集，同时所述本体显示屏弹出所述还书应用界面；

调用图书综合管理数据库，对采集到的用户人脸信息进行逐一匹配后，在所述还书应用界面上显示出用户留档信息，其中所述用户留档信息包括用户身份信息和用户借书记录。

可选的，所述正确引导用户往所述传送机器臂上放置单本图书包括：

在所述还书应用界面上显示图书摆放方向，通过语音提示引导用户按照所述图书摆放方向往所述传送机器臂上所设置的传送带放置单本图书。

可选的，所述触发所述扫描机器臂移动至所述传送机器臂上方包括：

基于所述扫描机器臂上设置有激光条形码扫描器，获取所述激光条形码扫描器中心点与所述传送带中心点之间的固定相对距离，并以所述传送机器臂为静态对象，控制所述扫描机器臂朝向所述传送机器臂平移，直至将所述固定相对距离缩短为零。

可选的，所述扫描机器臂移动至所述传送机器臂上方时，所述激光条形码扫描器的扫描口按照固定间距正对着所述传送带上所放置的单本图书。

可选的，在对图书条形码进行扫描之后，还包括：控制所述扫描机器臂原路返回至初始状态。

可选的，所述通过所述双臂机器人根据所述图书条形码获取到图书所属楼层信息，同时结合收纳柜布局位置生成本体运动规划路径包括：

通过所述双臂机器人在所述图书条形码中解析出图书的所属楼层以及所属收藏室编号，并根据所述所属楼层和所述所属收藏室编号从收纳柜布局位置中搜索到信息匹配的若干个柜格的所在位置；

基于所述若干个柜格在上一时刻的图书放置状态，从所述若干个柜格中筛选出符合存放条件且距离所述双臂机器人最近的一个特定柜格；

获取所述特定柜格的所在位置与所述传送带之间的横向移动信息，同时基于所述双臂机器人底部设置有升降组件，结合所述特定柜格在上一时刻的图书放置状态计算所述升降组件的纵向移动信息；

对所述横向移动信息和所述纵向移动信息进行融合，生成所述双臂机器人的本体运动规划路径。

可选的，所述利用图像处理技术对所述特定柜格的当前剩余空间进行识别，根据所述当前剩余空间与预警高度之间的比较结果对所述特定柜格的存储供应状态进行更新包括：

利用本体摄像头对所述特定柜格的整个窗口图像进行采集；

对采集到的整个窗口图像进行边框提取与分隔线绘制，计算所述分隔线到所述边框顶部的垂直距离；

基于所述垂直距离大于设定的预警高度，保持所述特定柜格的存放状态为空间充足，并对所述垂直距离进行记录；或者，

基于所述垂直距离小于等于所述预警高度，更新所述特定柜格的存放状态为空间不足，并在所述收纳柜布局位置中对所述特定柜格作出关闭标注。

可选的，所述对所述用户留档信息进行修正包括：所述用户借书记录包含有待归还图书目录和已归还图书目录，将已归还的图书信息从所述待归还图书目录中剪切至所述已归还图书目录。

另外，本发明实施例还提供了一种基于双臂机器人的图书分拣装置，所述装置包括：

运行初始化模块，用于基于双臂机器人识别到用户留档信息，对本体的传送机器臂和扫描机器臂进行初始化，并正确引导用户往所述传送机器臂上放置单本图书；

信息扫描模块，用于通过用户在本体显示屏所弹出的还书应用界面上点击执行还书命令，触发所述扫描机器臂移动至所述传送机器臂上方，对图书条形码进行扫描；

路径规划模块，用于通过所述双臂机器人根据所述图书条形码获取到图书所属楼层信息，同时结合收纳柜布局位置生成本体运动规划路径；

图书传送模块，用于基于所述传送机器臂按照所述本体运动规划路径到达特定柜格的正前方，触发所述传送机器臂上所设置的传送带将图书传递至所述特定柜格中；

数据更新模块，用于利用图像处理技术对所述特定柜格的当前剩余空间进行识别，根据所述当前剩余空间与预警高度之间的比较结果对所述特定柜格的存储供应状态进行更新，再控制所述双臂机器人按照所述本体运动规划路径原路返回起点，同时对所述用户留档信息进行修正。

在本发明实施例中，通过智能化控制方式可驱动双臂机器人代为完成用户归还图书的一系列手续，其中包括：利用本体摄像头辅助完成对用户留档信息的获取，避免出现用户未携带借阅卡而导致无法如期归还图书的情况，为用户提供便利条件；利用扫描机器臂执行对图书条形码的识别，直接替代用户手动扫码的操作；利用传送机器臂执行对归还图书进行分柜格存放，克服原先用户在成功办理图书归还手续后的摆放无序性，承担着图书馆管理员的初步分拣工作，极大程度地缩短人工时间成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例中的基于双臂机器人的图书分拣方法的具体流程示意图；

图2是本发明实施例中的基于双臂机器人的图书分拣装置的结构组成示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参阅图1，图1示出了本发明实施例中的基于双臂机器人的图书分拣方法的具体流程示意图。

如图1所示，一种基于双臂机器人的图书分拣方法，所述方法包括如下步骤：

S101、基于双臂机器人识别到用户留档信息，对本体的传送机器臂和扫描机器臂进行初始化，正确引导用户往所述传送机器臂上放置单本图书；

具体实施过程包括：

（1）基于所述双臂机器人上所设置的被动式热释电红外探头检测到有用户靠近时，触发本体摄像头对用户人脸信息进行采集，同时所述本体显示屏弹出所述还书应用界面；

（2）调用图书综合管理数据库，对采集到的用户人脸信息进行逐一匹配后，在所述还书应用界面上显示出用户留档信息，其中所述用户留档信息包括用户身份信息和用户借书记录；

（3）触发本体的传送机器臂和扫描机器臂保持在工作状态，同时在所述还书应用界面上显示图书摆放方向，通过语音提示引导用户按照所述图书摆放方向往所述传送机器臂上所设置的传送带放置单本图书；其中，所述图书摆放方向限定将粘贴有图书条形码的一面朝上摆放。

S102、通过用户在本体显示屏所弹出的还书应用界面上点击执行还书命令，触发所述扫描机器臂移动至所述传送机器臂上方，对图书条形码进行扫描；

具体实施过程为：基于所述扫描机器臂上设置有激光条形码扫描器，获取所述激光条形码扫描器中心点与所述传送带中心点之间的固定相对距离，并以所述传送机器臂为静态对象，控制所述扫描机器臂朝向所述传送机器臂平移，直至将所述固定相对距离缩短为零，此时所述激光条形码扫描器的扫描口按照固定间距正对着所述传送带上所放置的单本图书；此外，在所述激光条形码扫描器执行完对图书条形码的扫描工作后，需要控制所述扫描机器臂原路返回至初始状态，表明在整个图书分拣过程中所述扫描机器臂的实施目的以达到。

其中，针对所述固定相对距离进一步说明为：以所述激光条形码扫描器中心点与所述传送带中心点之间的连接线作为对角线，并以该对角线的两个端点为顶点构建矩形，且基于所述激光条形码扫描器中心点为该矩形的左上顶点以及所述传送带中心点为该矩形的右下顶点，将该矩形的横向边长值设置为所述固定相对距离。

S103、通过所述双臂机器人根据所述图书条形码获取到图书所属楼层信息，同时结合收纳柜布局位置生成本体运动规划路径；

具体实施过程包括：

（1）通过所述双臂机器人在所述图书条形码中解析出图书的所属楼层以及所属收藏室编号，并根据所述所属楼层和所述所属收藏室编号从收纳柜布局位置中搜索到信息匹配的若干个柜格的所在位置；

其中，针对所述收纳柜布局位置的整体规划是依赖于近几年来各个楼层所设置的所有收藏室的历史借书情况进行设定，包括各个藏书室中的每一个藏书室应划分的最佳柜格数量，以便于降低图书馆管理员需要每日整理柜格的频率。与此同时，以所述传送带中心点为坐标原点建立三维坐标系，记录所述收纳柜布局位置中的每一个柜格的所在位置信息。

（2）基于所述若干个柜格在上一时刻的图书放置状态，从所述若干个柜格中筛选出符合存放条件且距离所述双臂机器人最近的一个特定柜格；

更具体的，首先从所述若干个柜格中（设置为N个）剔除掉存放空间不足的M（0≤M＜N）个柜格，接着获取剩下（N-M）个柜格中的每一个柜格所对应的位置信息，并将其中的最小位置信息所对应的柜格直接定义为可供存储的特定柜格。

（3）获取所述特定柜格的所在位置与所述传送带之间的横向移动信息，同时基于所述双臂机器人底部设置有升降组件，结合所述特定柜格在上一时刻的图书放置状态计算所述升降组件的纵向移动信息；

其中，所述横向移动信息依次包括：所述双臂机器人向左/向右平移至所述特定柜格所在列正前方的距离信息，且左右平移方向的选取按照所述双臂机器人所处位置而定；以所述双臂机器人的本体中心轴线为旋转轴，所述双臂机器人向左/向右旋转至面向所述特定柜格所在列正前方的角度信息，且左右旋转方向的选取由技术人员自行定义；以及所述双臂机器人向前平移至所述传送带临近所述特定柜格所在列正前方的距离信息。相关联的，所述纵向移动信息包括所述双臂机器人向上/向下平移至所述传送带正对所述特定柜格正前方的距离信息，且上下平移方向的选取按照所述传送带所处位置与所述特定柜格在上一时刻已记录的垂直距离而定，关于该垂直距离的获取方式与步骤S105所提出的方式相同。

（4）对所述横向移动信息和所述纵向移动信息进行融合，生成所述双臂机器人的本体运动规划路径。

S104、基于所述传送机器臂按照所述本体运动规划路径到达特定柜格的正前方，触发所述传送机器臂上所设置的传送带将图书传递至所述特定柜格中；

S105、利用图像处理技术对所述特定柜格的当前剩余空间进行识别，根据所述当前剩余空间与预警高度之间的比较结果对所述特定柜格的存储供应状态进行更新，再控制所述双臂机器人按照所述本体运动规划路径原路返回起点，同时对所述用户留档信息进行修正。

具体实施过程包括：

（1）利用所述本体摄像头对所述特定柜格的整个窗口图像进行采集；

（2）对采集到的整个窗口图像进行边框提取与分隔线绘制，计算所述分隔线到所述边框顶部的垂直距离；

其中，针对所述整个窗口图像的边框提取结果实际表现为：对所述特定柜格的方形内边框大小（即所述特定柜格实际允许叠加平放图书的最大空间）进行提取，并以该方形内边框的最左上角点为坐标原点来建立平面坐标系，同时将该方形内边框的顶部（即以最左上角点为定点并向右延伸的边框线）作为该平面坐标系的正向X轴线；针对所述整个窗口图像的分隔线绘制结果实际表现为：由于在所述特定柜格内放置书本的顺序为自底向上，加之在所述整个窗口图像中仅可直观地表示出当前在所述特定柜格内所叠放的图书总厚度，对所述特定柜格内放置在最上面的图书边线（即近似平行且更靠近该正向X轴线的边线）进行刻画；综上所述，针对所述垂直距离的计算过程实际表现为：从该图书边线中提取出距离该正向X轴线最近的一个数据点，再计算此数据点到该正向X轴线的垂直距离，即为所述分隔线到所述边框顶部的垂直距离，也表示为所述特定柜格可提供给后续其他图书存放的当前剩余空间。

（3）基于所述垂直距离大于设定的预警高度，保持所述特定柜格的存放状态为空间充足，并对所述垂直距离进行记录，以辅助下一次利用所述特定柜格进行存放时的纵向移动信息计算；或者，基于所述垂直距离小于等于所述预警高度，更新所述特定柜格的存放状态为空间不足，并在所述收纳柜布局位置中对所述特定柜格作出关闭标注，表明所述特定柜格在执行下一次图书所属楼层信息匹配时将不列入候选名单；

（4）控制所述双臂机器人按照所述本体运动规划路径原路返回起点，等待下一次图书分拣工作的触发执行；

（5）所述用户借书记录包含有待归还图书目录和已归还图书目录，将已归还的图书信息从所述待归还图书目录中剪切至所述已归还图书目录。

在本发明实施例中，通过智能化控制方式可驱动双臂机器人代为完成用户归还图书的一系列手续，其中包括：利用本体摄像头辅助完成对用户留档信息的获取，避免出现用户未携带借阅卡而导致无法如期归还图书的情况，为用户提供便利条件；利用扫描机器臂执行对图书条形码的识别，直接替代用户手动扫码的操作；利用传送机器臂执行对归还图书进行分柜格存放，克服原先用户在成功办理图书归还手续后的摆放无序性，承担着图书馆管理员的初步分拣工作，极大程度地缩短人工时间成本。

实施例

请参阅图2，图2示出了本发明实施例中的基于双臂机器人的图书分拣装置的结构组成示意图。

如图2所示，一种基于双臂机器人的图书分拣装置，所述装置包括：

运行初始化模块201，用于基于双臂机器人识别到用户留档信息，对本体的传送机器臂和扫描机器臂进行初始化，并正确引导用户往所述传送机器臂上放置单本图书；

具体实施过程包括：

（1）基于所述双臂机器人上所设置的被动式热释电红外探头检测到有用户靠近时，触发本体摄像头对用户人脸信息进行采集，同时所述本体显示屏弹出所述还书应用界面；

（2）调用图书综合管理数据库，对采集到的用户人脸信息进行逐一匹配后，在所述还书应用界面上显示出用户留档信息，其中所述用户留档信息包括用户身份信息和用户借书记录；

（3）触发本体的传送机器臂和扫描机器臂保持在工作状态，同时在所述还书应用界面上显示图书摆放方向，通过语音提示引导用户按照所述图书摆放方向往所述传送机器臂上所设置的传送带放置单本图书；其中，所述图书摆放方向限定将粘贴有图书条形码的一面朝上摆放。

信息扫描模块202，用于通过用户在本体显示屏所弹出的还书应用界面上点击执行还书命令，触发所述扫描机器臂移动至所述传送机器臂上方，对图书条形码进行扫描；

具体实施过程为：基于所述扫描机器臂上设置有激光条形码扫描器，获取所述激光条形码扫描器中心点与所述传送带中心点之间的固定相对距离，并以所述传送机器臂为静态对象，控制所述扫描机器臂朝向所述传送机器臂平移，直至将所述固定相对距离缩短为零，此时所述激光条形码扫描器的扫描口按照固定间距正对着所述传送带上所放置的单本图书；此外，在所述激光条形码扫描器执行完对图书条形码的扫描工作后，需要控制所述扫描机器臂原路返回至初始状态，表明在整个图书分拣过程中所述扫描机器臂的实施目的以达到。

其中，针对所述固定相对距离进一步说明为：以所述激光条形码扫描器中心点与所述传送带中心点之间的连接线作为对角线，并以该对角线的两个端点为顶点构建矩形，且基于所述激光条形码扫描器中心点为该矩形的左上顶点以及所述传送带中心点为该矩形的右下顶点，将该矩形的横向边长值设置为所述固定相对距离。

路径规划模块203，用于通过所述双臂机器人根据所述图书条形码获取到图书所属楼层信息，同时结合收纳柜布局位置生成本体运动规划路径；

具体实施过程包括：

（1）通过所述双臂机器人在所述图书条形码中解析出图书的所属楼层以及所属收藏室编号，并根据所述所属楼层和所述所属收藏室编号从收纳柜布局位置中搜索到信息匹配的若干个柜格的所在位置；

其中，针对所述收纳柜布局位置的整体规划是依赖于近几年来各个楼层所设置的所有收藏室的历史借书情况进行设定，包括各个藏书室中的每一个藏书室应划分的最佳柜格数量，以便于降低图书馆管理员需要每日整理柜格的频率。与此同时，以所述传送带中心点为坐标原点建立三维坐标系，记录所述收纳柜布局位置中的每一个柜格的所在位置信息。

（2）基于所述若干个柜格在上一时刻的图书放置状态，从所述若干个柜格中筛选出符合存放条件且距离所述双臂机器人最近的一个特定柜格；

更具体的，首先从所述若干个柜格中（设置为N个）剔除掉存放空间不足的M（0≤M＜N）个柜格，接着获取剩下（N-M）个柜格中的每一个柜格所对应的位置信息，并将其中的最小位置信息所对应的柜格直接定义为可供存储的特定柜格。

（3）获取所述特定柜格的所在位置与所述传送带之间的横向移动信息，同时基于所述双臂机器人底部设置有升降组件，结合所述特定柜格在上一时刻的图书放置状态计算所述升降组件的纵向移动信息；

其中，所述横向移动信息依次包括：所述双臂机器人向左/向右平移至所述特定柜格所在列正前方的距离信息，且左右平移方向的选取按照所述双臂机器人所处位置而定；以所述双臂机器人的本体中心轴线为旋转轴，所述双臂机器人向左/向右旋转至面向所述特定柜格所在列正前方的角度信息，且左右旋转方向的选取由技术人员自行定义；以及所述双臂机器人向前平移至所述传送带临近所述特定柜格所在列正前方的距离信息。相关联的，所述纵向移动信息包括所述双臂机器人向上/向下平移至所述传送带正对所述特定柜格正前方的距离信息，且上下平移方向的选取按照所述传送带所处位置与所述特定柜格在上一时刻已记录的垂直距离而定，关于该垂直距离的获取方式与数据更新模块205所提出的方式相同。

（4）对所述横向移动信息和所述纵向移动信息进行融合，生成所述双臂机器人的本体运动规划路径。

图书传送模块204，用于基于所述传送机器臂按照所述本体运动规划路径到达特定柜格的正前方，触发所述传送机器臂上所设置的传送带将图书传递至所述特定柜格中；

数据更新模块205，用于利用图像处理技术对所述特定柜格的当前剩余空间进行识别，根据所述当前剩余空间与预警高度之间的比较结果对所述特定柜格的存储供应状态进行更新，再控制所述双臂机器人按照所述本体运动规划路径原路返回起点，同时对所述用户留档信息进行修正。

具体实施过程包括：

（1）利用所述本体摄像头对所述特定柜格的整个窗口图像进行采集；

（2）对采集到的整个窗口图像进行边框提取与分隔线绘制，计算所述分隔线到所述边框顶部的垂直距离；

其中，针对所述整个窗口图像的边框提取结果实际表现为：对所述特定柜格的方形内边框大小（即所述特定柜格实际允许叠加平放图书的最大空间）进行提取，并以该方形内边框的最左上角点为坐标原点来建立平面坐标系，同时将该方形内边框的顶部（即以最左上角点为定点并向右延伸的边框线）作为该平面坐标系的正向X轴线；针对所述整个窗口图像的分隔线绘制结果实际表现为：由于在所述特定柜格内放置书本的顺序为自底向上，加之在所述整个窗口图像中仅可直观地表示出当前在所述特定柜格内所叠放的图书总厚度，对所述特定柜格内放置在最上面的图书边线（即近似平行且更靠近该正向X轴线的边线）进行刻画；综上所述，针对所述垂直距离的计算过程实际表现为：从该图书边线中提取出距离该正向X轴线最近的一个数据点，再计算此数据点到该正向X轴线的垂直距离，即为所述分隔线到所述边框顶部的垂直距离，也表示为所述特定柜格可提供给后续其他图书存放的当前剩余空间。

（3）基于所述垂直距离大于设定的预警高度，保持所述特定柜格的存放状态为空间充足，并对所述垂直距离进行记录，以辅助下一次利用所述特定柜格进行存放时的纵向移动信息计算；或者，基于所述垂直距离小于等于所述预警高度，更新所述特定柜格的存放状态为空间不足，并在所述收纳柜布局位置中对所述特定柜格作出关闭标注，表明所述特定柜格在执行下一次图书所属楼层信息匹配时将不列入候选名单；

（4）控制所述双臂机器人按照所述本体运动规划路径原路返回起点，等待下一次图书分拣工作的触发执行；

（5）所述用户借书记录包含有待归还图书目录和已归还图书目录，将已归还的图书信息从所述待归还图书目录中剪切至所述已归还图书目录。

在本发明实施例中，通过智能化控制方式可驱动双臂机器人代为完成用户归还图书的一系列手续，其中包括：利用本体摄像头辅助完成对用户留档信息的获取，避免出现用户未携带借阅卡而导致无法如期归还图书的情况，为用户提供便利条件；利用扫描机器臂执行对图书条形码的识别，直接替代用户手动扫码的操作；利用传送机器臂执行对归还图书进行分柜格存放，克服原先用户在成功办理图书归还手续后的摆放无序性，承担着图书馆管理员的初步分拣工作，极大程度地缩短人工时间成本。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可包括：只读存储器（ROM，Read Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random AccessMemory）、磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例所提供的一种基于双臂机器人的图书分拣方法及装置进行了详细介绍，本文中采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。