一种基于ar技术的智能图书管理系统
技术领域
1.本发明涉及一种基于ar技术的智能图书管理系统，属于ar应用技术领域。


背景技术：

2.目前图书共享的实现机制主要是基于出版物管理中心、阅览室或图书馆等固定场所，通过办理用户卡实现图书的租凭和借阅，通过内部网络系统来实现图书的管理，读者在图书馆选完指定图书之后，在管理处办理借阅，这种传统的图书租凭借阅系统存在如下问题：由于借书和还书都是基于特定场合和时间来实现的，整个管理系统需要好几位图书管理员，因此局限性很大，不利于图书的共享。
3.智能出版物管理中心是现代数字化出版物管理中心的发展方向，无线射频标签技术的广泛应用，使图书的识别和定位更加准确，陆续衍生了大批的自助借书、自助还书终端设备，出版物管理中心管理员无需值守在阅览室门口人工完成图书的借阅和归还动作，读者只需要在自助借还终端机上自助完成。
4.另外增强现实技术(ar)，它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息，声音，味道，触觉等)，通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。
5.现有的图书管理系统或终端，还存在如下缺陷：即如何从书架处取书、如何将归还的图书重新放回书架，目前还得人工完成，如果依靠读者完成，则与传统图书馆无异，效率低下；如果依靠图书管理员完成，图书管理员工作量巨大，智能化程度低。
6.基于此，现研究一种基于ar技术的智能图书管理系统，使得图书管理更加的智能、高效。


技术实现要素：

7.本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种基于ar技术的智能图书管理系统，具体技术方案如下：
8.一种基于ar技术的智能图书管理系统，包括：
9.用来暂存图书的第一书栏，所述第一书栏设置在还书口处，图书的书脊处贴有第一标签；
10.用来储存图书的书架，书架设置有多个；
11.在第一书栏和书架之间做往返运动的平移机构，所述平移机构的上方安装有机器人，所述机器人的机械臂处安装有用来夹取图书的夹爪，所述平移机构处固定安装有用来暂存图书的第二书栏；
12.用来进行数据处理和运算的服务器平台，
13.用来对数据进行储存的储存模块，
14.ar扫描模块，所述ar扫描模块安装在机器人的机械臂处；
15.操作终端，读者在操作终端进行借书、还书作业；
16.用来暂存图书的第三书栏，所述第三书栏设置在取书口处。
17.作为上述技术方案的改进，当读者对借来的图书进行还书作业时，在还书口处将待还图书放在第一书栏处并将待还图书的书脊朝上，读者在操作终端触发还书命令，平移机构载着机器人平移运动至第一书栏处，机器人的机械臂进行动作并将ar扫描模块对准存放在书栏处的图书进行扫描，ar扫描模块扫描第一标签将扫描得到的信息传输给服务器平台，服务器平台经过运算、判断是否还书成功；当还书成功后，机器人的机械臂通过夹爪将第一书栏处的待还图书夹取并移动至第二书栏处；之后，平移机构载着机器人平移至指定位置的书架，机器人的机械臂通过夹爪将第二书栏处的待还图书夹取并移动至指定位置的书架并将待还图书塞至书架的指定位置，完成还书作业。
18.作为上述技术方案的改进，当读者进行借书作业时，读者在操作终端选择指定的图书并触发借书命令，平移机构载着机器人平移运动至指定位置的书架，机器人的机械臂通过ar扫描模块对该书架处的图书进行扫描，ar扫描模块扫描不同图书的第一标签并将扫描信息传输至服务器平台，服务器平台经过运算、判断直至ar扫描模块扫描得到的信息被服务器平台判定为待借图书；机械人的机械臂通过夹爪对待借图书进行夹取，夹取出来的待借图书通过机器人的机械臂放置在第二书栏处，平移机构载着机械人和待借图书平移至第三书栏处，读者在取书口处将第三书栏处的待借图书取走并在操作终端触发借书成功命令，完成借书作业。
19.作为上述技术方案的改进，所述书架的一侧设置有多个第二标签，所述第二标签与书架的储书格一一对应，所述ar扫描模块通过扫描第二标签获得对应书架的信息并完成定位。
20.作为上述技术方案的改进，所述平移机构为agv小车，第一书栏与书架之间的地面、第三书栏与书架之间的地面以及书架与书架之间的地面均设置有第三标签，agv小车的底部设置有用来扫描第三标签的标签扫描模块，标签扫描模块通过扫描第三标签获得对应位置信息并完成定位。
21.作为上述技术方案的改进，图书书脊的对侧设置有将图书书口完全夹住的智能夹套，所述智能夹套包括矩形槽体，所述槽体槽口的两侧分别设置有呈轴对称分布的斜面，所述斜面的一端延伸至槽体的槽口，所述斜面的另一端与槽体的槽底之间设置有间隔，所述斜面与槽体的槽底之间构成将图书书脊的对侧完全夹住的过盈部，所述槽体的槽底嵌设有铁板，所述槽体的内部设置有第四标签，所述第四标签设置在槽体的槽底处；两个斜面之间的夹角为α，5
°
≤α≤15
°
；所述槽体的两侧壁分别设置有多个供夹爪活动的滑槽，所述滑槽的一端延伸至槽体的槽口，所述滑槽的另一端延伸至槽体的槽底部；当ar扫描模块通过扫描第四标签获得对应智能夹套的信息并通过服务器平台判断所述智能夹套是否与当前图书匹配。
22.作为上述技术方案的改进，所述第一标签是二维码、三维码、图片中的一种，所述第二标签是二维码、三维码、图片中的一种，所述第三标签是二维码、三维码、图片中的一种，所述第四标签是二维码、三维码、图片中的一种。
23.作为上述技术方案的改进，所述第一书栏、第二书栏和第三书栏的结构均相同，均
包括顶部敞开的栏框，所述栏框的内部固定安装有多个隔板，所述栏框的内部被隔板分隔有多个储书槽；所述栏框由铁磁性材料制成，所述栏框的底部固定安装有板状电磁铁。
24.作为上述技术方案的改进，在还书作业过程中，当ar扫描模块通过扫描第二标签获得对应书架的储书格信息并通过并通过服务器平台判断所述储书格是否是待还图书存放的储书格，当判断结果为“是”时，则通过ar扫描模块对所述书架的储书格进行扫描作业；当判断结果为“否”时，机器人的机械臂带着ar扫描模块继续移动直至找到待还图书所存放的储书格；
25.在ar扫描模块对所述书架的储书格进行扫描作业时，ar扫描模块对储书格内部存放的其他图书进行扫描，储书格的长度为x，储书格内部存放的其他图书的总厚度为y1，位于所述储书格内部的待还图书的总厚度为y2，x＝y1+γd+s，d为所述储书格内部所需的图书缓冲间隙总和，γ为修正系数，s为所述储书格内部剩余空间宽度，当s≥y2，则通过机器人的机械臂和夹爪将待还图书插入到所述储书格内部预先设定的位置；当s＜y2，如果ar扫描模块在对所述储书格内部扫描发现不属于储书格内部的图书或杂物，则通过机器人的机械臂和夹爪将不属于储书格内部的图书或杂物从该储书格内部取走，之后通过机器人的机械臂和夹爪将待还图书插入到所述储书格内部预先设定的位置；当s＜y2，如果ar扫描模块在对所述储书格内部扫描发现存在图书倾倒的情况，则通过机器人的机械臂和夹爪将倾倒的图书给扶正，之后再通过机器人的机械臂将待还图书插入到所述储书格内部预先设定的位置。
26.作为上述技术方案的改进，在借书作业过程中，当ar扫描模块通过扫描第二标签获得对应书架的储书格信息并通过并通过服务器平台判断所述储书格是否是待借图书存放的储书格，当判断结果为“是”时，则通过ar扫描模块对所述书架的储书格进行扫描作业；当判断结果为“否”时，机器人的机械臂带着ar扫描模块继续移动直至找到待借图书所存放的储书格；
27.在ar扫描模块对所述储书格内部存放的图书进行扫描作业时，随着ar扫描模块的平移运动对储书格内部存放的图书依次扫描，扫描部位为图书的第一标签；当ar扫描模块扫到待借图书所对应的第一标签时，通过机器人的机械臂和夹爪对待借图书进行抓取并插到第二书栏处；当ar扫描模块对存放有待借图书所在储书格的内部图书全部扫描一遍之后，并未找到待借图书所对应的第一标签时，通过更改ar扫描模块的高度对着存放有待借图书所在储书格的内部进行多次扫描直至找到待借图书所对应的第一标签，最后通过机器人的机械臂和夹爪对待借图书进行抓取并插到第二书栏处。
28.本发明的有益效果：
29.所述基于ar技术的智能图书管理系统通过采用ar技术和机械人技术完成现有图书馆的借书、还书流程，全程无人化作业，利用机器人完成从书架处取书、将归还的图书重新放回书架等操作，工作效率高，节省人工，智能化程度高。并且，改进机器人借书、还书过程中的相应作业方法，从而减小机器人的夹爪对图书的损伤率，实施效果好。
附图说明
30.图1为本发明所述第一书栏/第二书栏/第三书栏的结构示意图；
31.图2为本发明所述智能夹套的结构示意图；
32.图3为图2中的b-b视图。
具体实施方式
33.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
34.实施例1
35.所述基于ar技术的智能图书管理系统，包括：
36.用来暂存图书的第一书栏，所述第一书栏设置在还书口处，图书的书脊处贴有第一标签，每个图书都绑定有第一标签，第一标签相当于图书的“身份证”。
37.用来储存图书的书架，书架设置有多个；
38.在第一书栏和书架之间做往返运动的平移机构，所述平移机构的上方安装有机器人，所述机器人的机械臂处安装有用来夹取图书的夹爪，所述平移机构处固定安装有用来暂存图书的第二书栏；
39.用来进行数据处理和运算的服务器平台，
40.用来对数据进行储存的储存模块，
41.ar扫描模块，所述ar扫描模块安装在机器人的机械臂处；
42.操作终端，读者在操作终端进行借书、还书作业；
43.用来暂存图书的第三书栏，所述第三书栏设置在取书口处。
44.所述基于ar技术的智能图书管理系统的运行方法：
45.当读者对借来的图书进行还书作业时，在还书口处将待还图书放在第一书栏处并将待还图书的书脊朝上(书脊朝上有助于后续机器人使用夹爪夹取图书；如果图书的书口朝上，使用夹爪夹取图书时，有可能会造成卷页、书页破损等情况)，读者在操作终端触发还书命令，平移机构载着机器人平移运动至第一书栏处，机器人的机械臂进行动作并将ar扫描模块对准存放在书栏处的图书进行扫描，ar扫描模块扫描第一标签将扫描得到的信息传输给服务器平台，服务器平台经过运算、判断是否还书成功；当还书成功后，机器人的机械臂通过夹爪将第一书栏处的待还图书夹取并移动至第二书栏处；之后，平移机构载着机器人平移至指定位置的书架(如第2列第3行的书架)，机器人的机械臂通过夹爪将第二书栏处的待还图书夹取并移动至指定位置的书架并将待还图书塞至书架的指定位置(如第2列第3行的书架，该书架简称为第23号书架，第23号书架的第5行第1列的储书格即待还图书所存放的储书格，该处的储书格简称为第2351号储书格)，完成还书作业。
46.进一步地，当读者进行借书作业时，读者在操作终端选择指定的图书并触发借书命令，平移机构载着机器人平移运动至指定位置的书架(如第23号书架)，机器人的机械臂通过ar扫描模块对该书架(如第23号书架，第23号书架的第2351号储书格处最多放置30本图书)处的图书进行扫描，ar扫描模块扫描不同图书的第一标签并将扫描信息传输至服务器平台，服务器平台经过运算、判断直至ar扫描模块扫描得到的信息被服务器平台判定为待借图书；机械人的机械臂通过夹爪对待借图书进行夹取，夹取出来的待借图书通过机器人的机械臂放置在第二书栏处，平移机构载着机械人和待借图书平移至第三书栏处，读者在取书口处将第三书栏处的待借图书取走并在操作终端触发借书成功命令，完成借书作
业。
47.进一步地，所述书架的一侧设置有多个第二标签，所述第二标签与书架的储书格一一对应，所述ar扫描模块通过扫描第二标签获得对应书架的信息并完成定位。应用场景：当ar扫描模块通过扫描第23号书架的第2351号储书格附件对应的第二标签时，扫描获得的信息通过服务器平台解读、判定。
48.进一步地，所述平移机构为agv小车，第一书栏与书架之间的地面、第三书栏与书架之间的地面以及书架与书架之间的地面均设置有第三标签，agv小车的底部设置有用来扫描第三标签的标签扫描模块，标签扫描模块通过扫描第三标签获得对应位置信息并完成定位。agv小车向前或者向后平移运动，通过第三标签来定位，第三标签的解读通过标签扫描模块来进行扫描、解读。
49.进一步地，图书书脊的对侧设置有将图书书口完全夹住的智能夹套20，如图1-3所示，所述智能夹套20包括矩形槽体21，所述槽体21槽口的两侧分别设置有呈轴对称分布的斜面23，所述斜面23的一端延伸至槽体21的槽口，所述斜面23的另一端与槽体21的槽底之间设置有间隔，所述斜面23与槽体21的槽底之间构成将图书书脊的对侧完全夹住的过盈部22，所述槽体21的槽底嵌设有铁板24，所述槽体21的内部设置有第四标签，所述第四标签设置在槽体21的槽底处；两个斜面23之间的夹角为α，5
°
≤α≤15
°
；所述槽体21的两侧壁分别设置有多个供夹爪活动的滑槽25，所述滑槽25的一端延伸至槽体21的槽口，所述滑槽25的另一端延伸至槽体21的槽底部；当ar扫描模块通过扫描第四标签获得对应智能夹套20的信息并通过服务器平台判断所述智能夹套20是否与当前图书匹配。
50.如果不设置智能夹套20，那么图书的书口处容易张开，在使用夹住将图书夹住并塞回到储书格对应位置时，由于通常储书格内部虽然不是足额存放图书，但是由于重力等原因会使得储书格内部存放的图书发生细微倾斜，这会导致该处储书格内部的待还图书的位置没有足够的空隙；通常的做法是，夹住最少一边设置有四根，两边分别采用两根夹爪夹紧图书，利用另外两根夹爪插入到相邻两本图书之间的缝隙处，将相邻两本图书之间的缝隙给扩充，再将被夹住的待还图书插入到相邻两本图书之间的缝隙处，最后收回夹爪。这种方式存在如下问题：由于只采用有限的几根夹住夹住待还图书，待还图书的书口处会存在一些易鼓起区域，而鼓起区域导致该区域的厚度最大值远超过待还图书的原本厚度，而相邻两本图书之间的缝隙是有限的，因此如果直接将该存在部分鼓起区域的待还图书插入到相邻两本图书之间的缝隙处，则很容易导致该待还图书发生损坏。
51.而通过设置智能夹套20则不存在上述问题，通过将槽体21套在图书的书口处，由于设置过盈部22，过盈部22能够将图书的书口处给夹紧变成过盈配合状态；而设置两个斜面23的作用是方便将松散的书口处逐渐被夹紧，最终能够顺利的被过盈部22给完全夹紧。铁板24的设置，使其与电磁铁13配合，通过磁力作用使得所述智能夹套20被固定。每一个智能夹套20会将对应的图书书口进行夹紧，通过设置第四标签选择对应的智能夹套20，使得智能夹套20与对于的图书匹配。在还书时，读者可将智能夹套20套在对应图书的书口处。滑槽25的设置，可通过夹爪将夹好的图书书口塞进智能夹套20内部。由于图书的书口处套有智能夹套20，使得该图书放置在储书格处不易倾倒，方便后续机器人进去夹取。
52.进一步地，所述第一标签是二维码、三维码、图片中的一种，所述第二标签是二维码、三维码、图片中的一种，所述第三标签是二维码、三维码、图片中的一种，所述第四标签
是二维码、三维码、图片中的一种。通常采用二维码，二维码易识别。相对于二维码来说，三维码具有可视化功能，《结构三维码防伪技术条件》、《结构三维码防伪技术条件》规定了“结构三维码”的术语及定义、产品分类、产品外观质量、产品特性指标、防伪识别特征、试验方法和检验规则等技术要求。采用图片的话，可视化效果最好，但是图片的识别难度最大，虽然可使用图片识别技术来进行识别，但是识别效果比二维码差。
53.如图1所示，所述第一书栏、第二书栏和第三书栏的结构均相同，均包括顶部敞开的栏框11，所述栏框11的内部固定安装有多个隔板12，所述栏框11的内部被隔板12分隔有多个储书槽14，储书槽14用来暂存图书；所述栏框11顶部的高度大于隔板12顶部的高度，这有利于后续夹爪取出图书；所述栏框11由铁磁性材料制成，所述栏框11的底部固定安装有板状电磁铁13。所述机器人为四轴机器人或六轴机器人。
54.进一步地，在还书作业过程中，当ar扫描模块通过扫描第二标签获得对应书架的储书格信息并通过并通过服务器平台判断所述储书格是否是待还图书存放的储书格，当判断结果为“是”时，则通过ar扫描模块对所述书架的储书格进行扫描作业；当判断结果为“否”时，机器人的机械臂带着ar扫描模块继续移动直至找到待还图书所存放的储书格。
55.在ar扫描模块对所述书架的储书格进行扫描作业时，ar扫描模块对储书格内部存放的其他图书进行扫描，储书格的长度为x，储书格内部存放的其他图书的总厚度为y1，位于所述储书格内部的待还图书的总厚度为y2，x＝y1+γd+s，d为所述储书格内部所需的图书缓冲间隙总和，γ为修正系数，s为所述储书格内部剩余空间宽度，当s≥y2，则通过机器人的机械臂和夹爪将待还图书插入到所述储书格内部预先设定的位置(如第2351号储书格的第13本图书和第14本图书之间)；当s＜y2，如果ar扫描模块在对所述储书格内部扫描发现不属于储书格内部的图书或杂物，则通过机器人的机械臂和夹爪将不属于储书格内部的图书或杂物(如不属于本图书馆的图书或者生活物品)从该储书格内部取走，之后通过机器人的机械臂和夹爪将待还图书插入到所述储书格内部预先设定的位置；当s＜y2，如果ar扫描模块在对所述储书格内部扫描发现存在图书倾倒的情况，则通过机器人的机械臂和夹爪将倾倒的图书给扶正，之后再通过机器人的机械臂将待还图书插入到所述储书格内部预先设定的位置。
56.γ根据储书格内部有多少本图书来设定，并且每本图书的厚度不同，每个储书格内部满载图书的数量不同，这些都导致γ会各不相同。如果不设置d，那么采用机器人和夹爪将待还图书塞回原本位置，操作较为困难。
57.进一步地，在借书作业过程中，当ar扫描模块通过扫描第二标签获得对应书架的储书格信息并通过并通过服务器平台判断所述储书格是否是待借图书存放的储书格，当判断结果为“是”时，则通过ar扫描模块对所述书架的储书格进行扫描作业；当判断结果为“否”时，机器人的机械臂带着ar扫描模块继续移动直至找到待借图书所存放的储书格。
58.在ar扫描模块对所述储书格内部存放的图书进行扫描作业时，随着ar扫描模块的平移运动对储书格内部存放的图书依次扫描，扫描部位为图书的第一标签；当ar扫描模块扫到待借图书所对应的第一标签时，通过机器人的机械臂和夹爪对待借图书进行抓取并插到第二书栏处；当ar扫描模块对存放有待借图书所在储书格的内部图书全部扫描一遍之后，并未找到待借图书所对应的第一标签时，说明对待借图书相邻两侧的图书可能发生倾倒，通过更改ar扫描模块的高度对着存放有待借图书所在储书格的内部进行多次扫描直至
找到待借图书所对应的第一标签，最后通过机器人的机械臂和夹爪对待借图书进行抓取并插到第二书栏处。
59.在上述实施例中，本发明采用ar技术进行扫描，使得图书的识别和定位更加准确；本发明ar识别技术的高识别率及快速响应机制使其能够与机器人进行配合，从而满足从书架处取书、还书操作，保证机器人操作的连贯性。相对于传统二维码识别技术来说，ar技术的识别还能够扫描周围场景，辅助应用，从而更适合机器人操作。
60.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。