一种图书馆图书上架装置，它涉及机器人技术领域。本发明为解决现有图书上架时需要通过人工的方式进行上架处理，作业劳动强度大的问题。本发明包括拨书单元、分书单元、放书单元和推书单元，拨书单元将书架上的图书拨开缝隙，通过分书单元将缝隙两侧的图书分开，推书单元将放书单元上的图书推至分开的两侧图书之间。本发明用于图书馆图书上架。
1.一种图书馆图书上架装置，其特征在于：所述一种图书馆图书上架装置包括拨书单元(1)、分书单元(2)、放书单元(3)和推书单元(4)，拨书单元(1)将书架上的图书拨开缝隙，通过分书单元(2)将缝隙两侧的图书分开，推书单元(4)将放书单元(3)上的图书推至分开的两侧图书之间；
所述分书单元(2)包括第二分书连杆(2‑2)、第四分书连杆(2‑4)、第六分书连杆(2‑6)、分书丝杠(2‑7)、分书电机(2‑9)、分书块(2‑10)、分书固定架(2‑11)、分书传动机构、一组第一分书连杆(2‑1)、一组第三分书连杆(2‑3)和一组第五分书连杆(2‑5)，分书电机(2‑9)固接在分书固定架(2‑11)上，分书电机(2‑9)的电机轴通过分书传动机构与分书丝杠(2‑7)连接，分书丝杠(2‑7)水平设置，第六分书连杆(2‑6)的一端旋装在分书丝杠(2‑7)上，第六分书连杆(2‑6)的另一端分别与一组第五分书连杆(2‑5)的一端转动连接，一组第五分书连杆(2‑5)的另一端分别与第四分书连杆(2‑4)的后端转动连接，一组第一分书连杆(2‑1)和一组第三分书连杆(2‑3)的一端分别与分书固定架(2‑11)转动连接，一组第三分书连杆(2‑3)的另一端分别与第四分书连杆(2‑4)的前端转动连接，一组第一分书连杆(2‑1)的另一端分别与第二分书连杆(2‑2)的后端转动连接，第二分书连杆(2‑2)的后端与第四分书连杆(2‑
4)的前端固接，第二分书连杆(2‑2)的前端固接有分书块(2‑10)。
2.根据权利要求1所述一种图书馆图书上架装置，其特征在于：所述拨书单元(1)包括定书器(1‑1)和拨动器(1‑2)，定书器(1‑1)固接在放书单元(3)的一侧，定书器(1‑1)的前端设有一组固定爪(1‑1‑1)，拨动器(1‑2)的前端设有一组拨动爪(1‑2‑7)，拨动爪(1‑2‑7)与固定爪(1‑1‑1)相对设置。
3.根据权利要求2所述一种图书馆图书上架装置，其特征在于：所述拨动器(1‑2)包括拨动电机(1‑2‑1)、拨动曲柄(1‑2‑2)、拨动摇杆(1‑2‑3)、拨动滑块(1‑2‑4)、拨动导杆(1‑2‑
5)和拨动固定架(1‑2‑6)，拨动电机(1‑2‑1)和拨动导杆(1‑2‑5)均固接在拨动固定架(1‑2‑
6)上，拨动导杆(1‑2‑5)水平设置，拨动电机(1‑2‑1)的电机轴与拨动曲柄(1‑2‑2)的中部固接，拨动曲柄(1‑2‑2)的一侧与拨动摇杆(1‑2‑3)的一端转动连接，拨动摇杆(1‑2‑3)的另一端与拨动滑块(1‑2‑4)转动连接，拨动滑块(1‑2‑4)套装在拨动导杆(1‑2‑5)上，拨动滑块(1‑2‑4)通过连接板(1‑2‑8)与一组拨动爪(1‑2‑7)固接。
4.根据权利要求1所述一种图书馆图书上架装置，其特征在于：所述分书块(2‑10)的前端为楔形。
5.根据权利要求4所述一种图书馆图书上架装置，其特征在于：所述分书传动机构包括分书主动齿轮(2‑13)和分书从动齿轮(2‑14)，分书主动齿轮(2‑13)与分书电机(2‑9)的电机轴固接，分书从动齿轮(2‑14)与分书丝杠(2‑7)的一端固接，分书主动齿轮(2‑13)与分书从动齿轮(2‑14)相啮合。
6.根据权利要求5所述一种图书馆图书上架装置，其特征在于：所述分书固定架(2‑11)外侧的上下两端分别各水平固接有一个拨动滑轨(1‑2‑10)，拨动固定架(1‑2‑6)的上下两端分别各固接有一个拨动滑套(1‑2‑9)，每个拨动滑套(1‑2‑9)分别套装在一个拨动滑轨(1‑2‑10)上，拨动固定架(1‑2‑6)的底部通过底部连杆(1‑2‑11)与分书块(2‑10)的外侧固接。
7.根据权利要求1所述一种图书馆图书上架装置，其特征在于：所述放书单元(3)包括放书固定架(3‑2)、放书电机(3‑3)、第一放书连杆(3‑4)、第二放书连杆(3‑5)、放书架(3‑6)和两组放书合页(3‑1)，放书固定架(3‑2)与分书固定架(2‑11)的外侧固接，放书架(3‑6)后端的内侧通过两组放书合页(3‑1)与分书固定架(2‑11)转动连接，放书电机(3‑3)设置在放书固定架(3‑2)上，放书电机(3‑3)的电机轴与第一放书连杆(3‑4)的一端固接，第一放书连杆(3‑4)的另一端与第二放书连杆(3‑5)的一端转动连接，第二放书连杆(3‑5)的另一端与放书架(3‑6)下端面的后端转动连接。
8.根据权利要求7所述一种图书馆图书上架装置，其特征在于：所述推书单元(4)包括推书导轨(4‑1)、推书丝杠(4‑2)、推书板(4‑3)、推书连接板(4‑4)和推书电机(4‑5)，推书导轨(4‑1)和推书丝杠(4‑2)分别水平固接在放书架(3‑6)外侧壁的上下两侧，推书电机(4‑5)固接在放书架(3‑6)的外侧壁上，推书电机(4‑5)的电机轴与推书丝杠(4‑2)的一端固接，推书板(4‑3)垂直设置在推书导轨(4‑1)与推书丝杠(4‑2)之间，且推书板(4‑3)设置在放书架(3‑6)的内部，推书板(4‑3)的中部通过推书连杆(4‑6)与推书连接板(4‑4)的中部固接，推书连接板(4‑4)的上端与推书导轨(4‑1)滑动连接，推书连接板(4‑4)的下端与推书丝杠(4‑
9.根据权利要求8所述一种图书馆图书上架装置，其特征在于：所述推书连接板(4‑4)的上端通过直线轴承(4‑7)与推书导轨(4‑1)滑动连接，推书连接板(4‑4)的下端通推书螺母(4‑8)与推书丝杠(4‑2)转动连接。
一种图书馆图书上架装置
技术领域
[0001] 本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种图书馆图书上架装置。
背景技术
[0002] 发展机器人产业，对于打造中国制造新优势，推动服务转型升级，改善人民生活水平具有重要意义。
[0003] 作为典型的公共服务领域，图书馆从传统图书馆到智慧图书馆经历了多重变革，推广机器人技术与应用也有利于图书馆的转型。当前的图书馆机器大多都是以咨询查询服务为主，但在图书整理归类以及上下架取书方面研究较少，而这些方面通常又是繁重单一的工作。取书方面由于人为主观因素较多，例如读者在借书时会在图书馆现场查阅多本图书进行比较，以选取出最有价值的图书，因此需要大量人工将取下的图书进行上架，增加人工的劳动强度。
发明内容
[0004] 本发明为了解决现有图书上架时需要通过人工的方式进行上架处理，作业劳动强度大的问题，进而提出一种图书馆图书上架装置。
[0005] 本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
[0006] 一种图书馆图书上架装置包括拨书单元、分书单元、放书单元和推书单元，拨书单元将书架上的图书拨开缝隙，通过分书单元将缝隙两侧的图书分开，推书单元将放书单元上的图书推至分开的两侧图书之间。
[0007] 本发明与现有技术相比包含的有益效果是：
[0008] 本装置为针对图书上架而发明的图书馆图书上架装置。该装置能够进行图书上架，代替人工完成图书的自动上架和整理工作，减轻工作者的劳动强度，提高工作效率。该图书馆图书上架装置的创新点主要体现在以下方面：
[0009] 一、提出了一种拨书装置，以保证图书上架过程中的稳定性，提高了图书的上架效率；
[0010] 二、该图书馆图书上架装置的各个模块都是根据简单的机械装置进行设计的，不含有复杂零部件，重量轻，体积小，方便制造；
[0011] 三、无需对现有图书馆书架进行改造或设计新的图书馆书架；
[0012] 四、相较于机械臂式图书上架装置，设计更加巧妙，效果更好，控制更加简单，成本更低。
附图说明
[0013] 图1是本发明整体结构的轴测图；
[0014] 图2是本发明中拨书单元1的轴测图；
[0015] 图3是本发明中定书器1‑1的轴测图；
[0016] 图4是本发明中拨动器1‑2的轴测图；
[0017] 图5是本发明拨动器1‑2中去掉连接板1‑2‑8和拨动爪1‑2‑7后的轴测图；
[0018] 图6是本发明中拨动器1‑2的运动简图；
[0019] 图7是本发明中分书单元2的轴测图；
[0020] 图8是本发明分书单元2中去掉部分分书固定架2‑11后的轴测图；
[0021] 图9是本发明中分书单元2与拨动器1‑2之间的连接关系的轴测图；
[0022] 图10是本发明分书单元2中的第一分书连杆2‑1、第二分书连杆2‑2和第三分书连杆2‑3组成的连杆机构的运动简图；
[0023] 图11是本发明中分书单元2的运动简图；
[0024] 图12是本发明中放书单元3的轴测图；
[0025] 图13是本发明中放书单元3的运动简图；
[0026] 图14是本发明中推书单元4的轴测图；
[0027] 图15是图书馆书架上的图书摆放情况示意图；
[0028] 图16是图书馆书架、小书架和放书单元3的位置关系示意图；
[0029] 图17是拨书单元1将书架上的图书拨开一定缝隙时的结构示意图；
[0030] 图18是分书单元2将图书间的缝隙分开时的结构示意图；
[0031] 图19是推书单元4将待上架图书推入缝隙中时的结构示意图。
具体实施方式
[0032] 具体实施方式一：结合图1至图19说明本实施方式，本实施方式所述一种图书馆图书上架装置包括拨书单元1、分书单元2、放书单元3和推书单元4，拨书单元1将书架上的图书拨开缝隙，通过分书单元2将缝隙两侧的图书分开，推书单元4将放书单元3上的图书推至分开的两侧图书之间。
[0033] 本实施方式的工作过程包括：放书单元3中存放有一待上架图书，首先拨书单元1将书架上的图书拨开一定缝隙，如图17所示；接着分书单元2开始运动，使得图书间的缝隙足够大，如图18所示；最后推书单元4开始运动，将待上架图书推入缝隙中，如图19所示，至此完成上书动作。
[0034] 图书馆书架上的图书摆放情况假设如图15所示，并假定需要在3号和4号的图书中间插入图书，通常我们拨书的动作是首先用其中一只手按住3号图书，主要是为了防止在出现缝隙后4号图书左侧的图书倾倒，另外一只手按住4号图书，然后向右拨动4号图书，直到出现足够的缝隙。
[0035] 具体实施方式二：结合图1至图19说明本实施方式，本实施方式所述拨书单元1包括定书器1‑1和拨动器1‑2，定书器1‑1固接在放书单元3的一侧，定书器1‑1的前端设有一组固定爪1‑1‑1，拨动器1‑2的前端设有一组拨动爪1‑2‑7，拨动爪1‑2‑7与固定爪1‑1‑1相对设置。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
[0036] 本实施方式中仿照人手拨书的动作来设计拨书单元1，定书器1‑1的作用类似于人的左手，将3号图书按住。拨动器1‑2的作用类似于人的右手，按住4号图书并向右拨动图书。由于一排图书的最外侧有书立支撑，所以图书不会向外倾倒。
[0037] 拨书单元1前端的拨动爪1‑2‑7和固定爪1‑1‑1的外侧均包裹有橡胶层。如此设计依靠压住书脊产生的摩擦力将两本图书分开一定间隙。
[0038] 具体实施方式三：结合图1至图19说明本实施方式，本实施方式所述拨动器1‑2包括拨动电机1‑2‑1、拨动曲柄1‑2‑2、拨动摇杆1‑2‑3、拨动滑块1‑2‑4、拨动导杆1‑2‑5和拨动固定架1‑2‑6，拨动电机1‑2‑1和拨动导杆1‑2‑5均固接在拨动固定架1‑2‑6上，拨动导杆1‑2‑5水平设置，拨动电机1‑2‑1的电机轴与拨动曲柄1‑2‑2的中部固接，拨动曲柄1‑2‑2的一侧与拨动摇杆1‑2‑3的一端转动连接，拨动摇杆1‑2‑3的另一端与拨动滑块1‑2‑4转动连接，拨动滑块1‑2‑4套装在拨动导杆1‑2‑5上，拨动滑块1‑2‑4通过连接板1‑2‑8与一组拨动爪1‑
2‑7固接。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
[0039] 拨动器1‑2能够向右运动依靠由拨动曲柄1‑2‑2、拨动摇杆1‑2‑3和拨动滑块1‑2‑4组成的曲柄滑块机构来实现，曲柄滑块机构简图如图6所示，图中是该机构的两个极限位置，其中L1为拨书单元拨开书的缝隙，根据设计约为20mm。
[0040] 具体实施方式四：结合图1至图19说明本实施方式，本实施方式所述分书单元2包括第二分书连杆2‑2、第四分书连杆2‑4、第六分书连杆2‑6、分书丝杠2‑7、分书电机2‑9、分书块2‑10、分书固定架2‑11、分书传动机构、一组第一分书连杆2‑1、一组第三分书连杆2‑3和一组第五分书连杆2‑5，分书电机2‑9固接在分书固定架2‑11上，分书电机2‑9的电机轴通过分书传动机构与分书丝杠2‑7连接，分书丝杠2‑7水平设置，第六分书连杆2‑6的一端旋装在分书丝杠2‑7上，第六分书连杆2‑6的另一端分别与一组第五分书连杆2‑5的一端转动连接，一组第五分书连杆2‑5的另一端分别与第四分书连杆2‑4的后端转动连接，一组第一分书连杆2‑1和一组第三分书连杆2‑3的一端分别与分书固定架2‑11转动连接，一组第三分书连杆2‑3的另一端分别与第四分书连杆2‑4的前端转动连接，一组第一分书连杆2‑1的另一端分别与第二分书连杆2‑2的后端转动连接，第二分书连杆2‑2的后端与第四分书连杆2‑4的前端固接，第二分书连杆2‑2的前端固接有分书块2‑10。其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。
[0041] 所述第一分书连杆2‑1和第三分书连杆2‑3平行设置且第一分书连杆2‑1和第三分书连杆2‑3的长度相同。
[0042] 拨书单元1虽然已经具备拨开书的功能，但是却不能拨开较大的缝隙，因此当拨书器1‑2将书拨开一定的距离后，要想在继续拨书，那么就需要施加更大的压力，这样会对图书造成一定的损害，所以当拨书器1‑2将密集的图书拨开一定的缝隙后，就需要另外的部分将图书分开，该部分即为分书单元2。
[0043] 仅仅靠分书块2‑10前端向前运动而将书之间分开的缝隙是远远不够的，所以分书块2‑10前端除了具有向前的运动外，还必须有向右的分书运动，为简化设计，只使用一个动力源驱动两个方向的运动，同时保证分书单元2前端的朝向不变，采用平行四连杆机构同时实现两个方向的运动，平行四连杆机构简图如图10所示。F11、F2为机构运动时受到来自书籍的阻力和摩擦力，M为电机驱动力矩。
[0044] 计算可知若用电机直接驱动该机构，所需的驱动力矩过大，因此先用分书电机2‑9驱动分书丝杠2‑7，再来带动平行四连杆机构。整个分书单元的机构简图如图11所示。图中机构实线位置和虚线位置是该机构的两个极限位置。
[0045] 本实施方式中各分书连杆均通过螺栓连接。
[0046] 具体实施方式五：结合图1至图19说明本实施方式，本实施方式所述分书块2‑10的前端为楔形。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。
[0047] 由于拨书单元2所拨开书的缝隙不是很大，所以要求分书单元2的前端要很薄，因此分书单元2前端的分书块2‑10设计成楔型，楔型的优点不仅可以满足前面的要求，而且当楔型端向前运动时，还具备一定的分书功能。
[0048] 所述分书块2‑10通过分书连接板2‑12与第四分书连杆2‑4的前端固接，分书连接板2‑12的一端与第四分书连杆2‑4前端的外侧垂直固接，分书连接板2‑12的另一端与分书块2‑10后端的内侧垂直固接。
[0049] 具体实施方式六：结合图1至图19说明本实施方式，本实施方式所述分书传动机构包括分书主动齿轮2‑13和分书从动齿轮2‑14，分书主动齿轮2‑13与分书电机2‑9的电机轴固接，分书从动齿轮2‑14与分书丝杠2‑7的一端固接，分书主动齿轮2‑13与分书从动齿轮2‑14相啮合。其它组成和连接方式与具体实施方式五相同。
[0050] 所述分书主动齿轮2‑13与分书电机2‑9的电机轴之间通过联轴器2‑8固接。
[0051] 为控制整个装置的尺寸，加入一对齿轮来改变分书电机2‑9的安装位置，整个分书单元2的尺寸缩短。
[0052] 具体实施方式七：结合图1至图19说明本实施方式，本实施方式所述分书固定架2‑11外侧的上下两端分别各水平固接有一个拨动滑轨1‑2‑10，拨动固定架1‑2‑6的上下两端分别各固接有一个拨动滑套1‑2‑9，每个拨动滑套1‑2‑9分别套装在一个拨动滑轨1‑2‑10上，拨动固定架1‑2‑6的底部通过底部连杆1‑2‑11与分书块2‑10的外侧固接。其它组成和连接方式与具体实施方式六相同。
[0053] 如此设计的拨动器1‑2与分书单元2通过分书固定架2‑11及底部连杆1‑2‑11进行连接，在分书单元2的分书块2‑10移动的同时，由于底部连杆1‑2‑11及拨动滑轨1‑2‑10的作用，拨书器1‑2可随其一起运动，从而不影响分书单元2运动。
[0054] 具体实施方式八：结合图1至图19说明本实施方式，本实施方式所述放书单元3包括放书固定架3‑2、放书电机3‑3、第一放书连杆3‑4、第二放书连杆3‑5、放书架3‑6和两组放书合页3‑1，放书固定架3‑2与分书固定架2‑11的外侧固接，放书架3‑6后端的内侧通过两组放书合页3‑1与分书固定架2‑11转动连接，放书电机3‑3设置在放书固定架3‑2上，放书电机3‑3的电机轴与第一放书连杆3‑4的一端固接，第一放书连杆3‑4的另一端与第二放书连杆
3‑5的一端转动连接，第二放书连杆3‑5的另一端与放书架3‑6下端面的后端转动连接。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。
[0055] 放书单元3为图书上架装置中一个用于暂时存放图书的装置，在该装置里只暂时存放一本书。为保证放绝大多数的书，该放书单元3的装书空间为64×300×290单位mm。将该图书馆图书上架装置安装于图书馆机器人上，为提高图书上架效率，机器人上安装有一小书架，用于存放需要上架的图书，其与放书单元3的位置关系如图16所示。
[0056] 在图书上架过程中，小书架上的书与放书单元3中的书呈垂直关系，若将待上架图书从小书架上移动到放书单元3中，需将放书单元3旋转90°，因此选用曲柄摇杆机构实现这一动作。曲柄摇杆机构简图如图13所示。摇杆曲柄机构通过放书电机3‑3进行驱动，放书架3‑6下端面向后倾斜，以便图书滑入其中。
[0057] 具体实施方式九：结合图1至图19说明本实施方式，本实施方式所述推书单元4包括推书导轨4‑1、推书丝杠4‑2、推书板4‑3、推书连接板4‑4和推书电机4‑5，推书导轨4‑1和推书丝杠4‑2分别水平固接在放书架3‑6外侧壁的上下两侧，推书电机4‑5固接在放书架3‑6的外侧壁上，推书电机4‑5的电机轴与推书丝杠4‑2的一端固接，推书板4‑3垂直设置在推书导轨4‑1与推书丝杠4‑2之间，且推书板4‑3设置在放书架3‑6的内部，推书板4‑3的中部通过推书连杆4‑6与推书连接板4‑4的中部固接，推书连接板4‑4的上端与推书导轨4‑1滑动连接，推书连接板4‑4的下端与推书丝杠4‑2转动连接。其它组成和连接方式与具体实施方式八相同。
[0058] 在分书单元2将图书分开一定距离后，推书单元4用于将待上架的图书从放书单元3上推到图书馆书架上。
[0059] 推书单元4动力源为推书电机4‑5，采用梯型推书丝杠4‑2将旋转运动转换为直线运动。推书单元4的推书板4‑3直接和书接触，其前端材料使用橡胶材料。
[0060] 具体实施方式十：结合图1至图19说明本实施方式，本实施方式所述推书连接板4‑4的上端通过直线轴承4‑7与推书导轨4‑1滑动连接，推书连接板4‑4的下端通推书螺母4‑8与推书丝杠4‑2转动连接。其它组成和连接方式与具体实施方式九相同。
[0061] 本实施方式中为保证推书运动平稳进行，配合使用了直线轴承4‑7。
[0062] 虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
