多源信息融合的物聯(lián)網(wǎng)圖書館機(jī)器人機(jī)械手定位研究-wenkub
2023-07-07 14:44:17 本頁(yè)面
【正文】 機(jī)械手的設(shè)計(jì)與控制軟件編制法，但未涉及到機(jī)器視覺[1]。提出了一種圖書館機(jī)器人機(jī)械手模糊定位、分區(qū)定位、精確定位逐步組合的 “三步定位法”，將復(fù)雜的圖書抓取定位問題轉(zhuǎn)化為目標(biāo)圖書上某點(diǎn)世界坐標(biāo)的求解問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可使機(jī)械手實(shí)現(xiàn)精確定位及圖書準(zhǔn)確抓取。同年，新加坡的Kho Hao Yuan等人研究了基于RFID技術(shù)的無人圖書館系統(tǒng)[2]。以機(jī)器人為核心，它在無人圖書館中與其他對(duì)象（讀者、館員、書架）協(xié)同工作，共同完成圖書管理工作，協(xié)同工作示意圖如圖1所示：館員讀者新書入庫(kù)舊書剔除自助借還圖書館機(jī)器人圖書清點(diǎn)和整理書架圖1 圖書館機(jī)器人協(xié)同工作示意圖系統(tǒng)中的機(jī)器人是一種輪式移動(dòng)機(jī)器人，機(jī)器人主體是一個(gè)自動(dòng)引導(dǎo)車(Automatic Guided Vehicle,AGV)，車上安裝有機(jī)械手臂，機(jī)械手臂前端裝有攝像頭和RFID讀寫器。 “書架層內(nèi)區(qū)間相對(duì)位置號(hào)”是為與視覺識(shí)別相結(jié)合特意設(shè)置的。信息流如圖3所示：① 引導(dǎo)圖書管理信息系統(tǒng)機(jī)器人用RFID識(shí)別書待還書書架還書結(jié)果② 機(jī)器人搬運(yùn)書③ 運(yùn)用視覺完成圖書上架圖3 自助還書流程機(jī)器人靠自身安裝的RFID讀寫設(shè)備讀取待還書的RFID標(biāo)簽內(nèi)容，將此信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送給書架，書架引導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)入待還書應(yīng)歸入的區(qū)域，機(jī)器人完成書的搬運(yùn)并利用視覺系統(tǒng)完成書的上架。反射回的微波合成信號(hào)攜帶有目標(biāo)圖書電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息，即目標(biāo)圖書所在的書庫(kù)號(hào)、書架號(hào)、書架層號(hào)、書架層內(nèi)絕對(duì)位置號(hào)及書架層內(nèi)區(qū)間相對(duì)位置號(hào)，這些信息被讀寫器內(nèi)部的微處理器處理后分離讀取出來，機(jī)械手控制程序根據(jù)分離出的數(shù)據(jù)計(jì)算出目標(biāo)圖書所在的“模糊位置空間”，引導(dǎo)機(jī)械手移動(dòng)到相應(yīng)的位置。“模糊位置空間”即為（XwB，YwB，ZwB）T。Rt完全由攝像機(jī)相對(duì)于世界坐標(biāo)系的方位決定，為攝像機(jī)外部參數(shù)矩陣； K只與攝像機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，為攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)矩陣； P為投影矩陣，即從世界坐標(biāo)系到圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣。3 機(jī)械手的分區(qū)定位通過模糊定位中的坐標(biāo)映射，機(jī)械手可移動(dòng)到一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確的目標(biāo)位置，但要想實(shí)現(xiàn)精確抓取還需進(jìn)一步確定橫向世界坐標(biāo)XwB的精確值。需要說明的是步驟2中i的確定法，舉例如下：設(shè)某層內(nèi)圖書總數(shù)為30本，目標(biāo)圖書在本層內(nèi)的位置序號(hào)為5，則P = 5/30 = 1/6；又假設(shè)此時(shí)攝像機(jī)至少要分4次才可無重復(fù)的完整拍攝到整層書架上的書脊圖像，即N = 4，則i = 1，i/N = 1/4，這意味著應(yīng)將機(jī)械手移動(dòng)到書架橫向尺寸的第一個(gè)1/4處。通過圖像處理可檢測(cè)出當(dāng)前區(qū)間中每本書的書脊線段，設(shè)目標(biāo)圖書所在位置之前檢測(cè)出的書脊線段共有M根，則意味著有（M1）本書，這些書的厚度之和（攝像機(jī)坐標(biāo)系中）可計(jì)算出來，該值就是橫向攝像機(jī)坐標(biāo)XcB。實(shí)驗(yàn)效果表明，該方法是有效的。這種方法需要為每一本書都配備一個(gè)圖書存儲(chǔ)盒，所花費(fèi)的代價(jià)比較大。30(1)[5] 張立勛，沈錦華，路敦民，楊勇 ，AVR單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的直流電機(jī)PWM調(diào)速控制器[J]，機(jī)械與電子，2004,(4)[6] 孫俊，蔣昕怡，韓杰，曹飛龍，圖書館機(jī)器人行走控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]，中國(guó)電力教育，2009,(15)[7] 楊露青，余華主編，多源信息融合理論與應(yīng)用[M]，北京郵電大學(xué)出版社，2006年2月項(xiàng)目支持：北京市“模式識(shí)別與智能機(jī)器人系統(tǒng)學(xué)術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”項(xiàng)目（編號(hào)：PHR201107149）作者簡(jiǎn)介：第一作者:杜明芳，女，北京聯(lián)合大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院講
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