基于PLC的图书馆作业型机器人工作系统

基于 PLC的图书馆作业型机器人工作系统

尹富琦

广东鸿宝科技有限公司 广东东莞 523000

摘要：机器人融合了人工智能技术、大数据、机械、通信技术、电子技术等多种高新技术，能够对多种作业环境加以适应，充分展现人工智能技术等先进科技的优越性。本文主要分析以PLC为技术基础的作业型机器人的系统原理与系统结构组成，同时对图书馆机器人的应用前景进行展望，通过各种作业机器人来降低馆员的工作量，提高其效率，丰富图书馆服务形式。

关键词：图书馆；作业型机器人；PLC；工作系统；发展前景

机器人拥有智能化系统，可根据指令以半自动或者完全自动化的方式运行，从而满足使用者的需求。随着机器人系统越来越完善，其能够被应用到更多的领域中，借助机器人可完成繁重、重复、简单的机械化工作。很多图书馆引入了作业型机器人，用来为读者提供智能化服务。现探讨PLC控制系统在图书馆中的作业型机器人中的应用情况。

1、系统基本原理

PLC是通过数字运算实现操作的常用电子程序，可满足工业应用需求，其体积相对小巧、可靠性极强、功能性稳定，可对智能化模块进行扩展^[1]。现将其应用到图书馆环境中的机器人中，使机器人以自动化的方式进行上架图书的操作。

设计机器人尺寸时需要参考图书馆书架，机器人的关键部分包括存储图书装置、机械手与钢轨，机械手被安装到钢轨上，钢轨和存储图书的装置保持相互平行，可按照预设的X方向移动。扫描装置被设置到机械手顶部，可对图书信息进行读取，机械手按照分类，完成上架图书的操作；机器人使用了接近传感器，借此实现对环境物品和机器人之间的距离以及接近程度的精准感应，以此发挥出紧急制动装置的作用，避免机器人在行进期间，撞击墙壁、书架与其他的障碍物。

PLC系统获取信号之后，机器人按照指令进行移动，达到预设目标，即书架的位置上，首先需要进行顺时针转动，具体顺沿对象为Z轴，角度为180°，确保可以正好对着保存图书的装置，并与其垂直，找出甲类图书。机械手继续进行正方向移动，顺沿对象是X轴，直到抵达钢轨末端。给机器人安装了扫描装置，对需要进行上架工作的图书进行扫描，逐一扫描识别到扫描目标之后，暂停扫描动作，借助手臂获取甲类图书，先进行夹紧，而后再把手臂缩回，转为逆时针转动，需要以Z轴为准，正对书架上甲类图书位置，采取与X轴相反的方向进行移动，扫描装置对甲类图书上预先贴着的条形码实施扫描，若机器人抵达没有条形码的位置，暂停移动动作，将抓取的甲类图书向对应的图书栏进行转移，完成后，手臂回到原本的位置，完成上架一本甲类图书的操作。

存储装置中还放置了其他同属甲类别的图书，所以机器人需继续找寻剩余的图书。机械手回到起初位置，对之前全部动作进行循环与重复，包括扫描、精准取书以及上架等，直到扫描完全部甲类图书，机械手处于钢轨系统的末端，机器人完成甲类图书的扫描上架任务。如果最后的书籍为甲类书籍，机械手依照设计者设计的程序继续进行上架图书的动作，并移动位置，再完成上架乙类图书的任务，上架动作运行原理基本一致，在程序设定方面，对机械手的具体伸高的高度进行调整即可。

2、系统结构

2.1 机械手

这种处于图书馆工作环境中的机器人所用的机械手拥有四种动作，可分别进行竖直方向的降、升，水平方向的降、升，移动按照X方向，以Z轴为准，完成顺、逆时针方向转动。手爪被安装到机械手臂末端部位，充当执行角色，进行放与抓的动作。利用气动化的方式驱动机器人完成指令，电磁阀门属于二位五通型，使用数量设置为4个，根据相反动作来设置与使用线圈，以此来对该机器人的气缸进行精准有效的控制，机器人处于这种控制技术条件下，可进行抓放、旋转、下、上、缩、伸等动作。在执行旋转指令时，主要借助齿条与齿轮，调整直线运动，从而进行旋转运动；通过连杆在连杆机构的作用下，气缸原本的伸缩运动能够转变成抓放运动，移动机构中设置轮子数量为4，伺服电机在对主动轮子进行带动时，需要依靠同步带与同步轮装置。

2.2 图书存储装置

机器人进行上架作业之前，图书馆人员需要把需要上架的书籍放到机器人的存储装置之中。这一装置处于机身上，伴随作业机器人移动。考虑到机械手需要将书籍从栏内部取出，因此应在书籍之间放置间隔开关，并选择竖立的放置方式，可运用两个隔板形成书槽，图书都被放到书槽之中，就不会出现倒下的情况，同时书之间能够间隔相应的距离，机械手开展扫描活动后，可精准便捷地取出目标书籍。

2.3 导引装置

电磁引导原理被运用到导引装置之中，机器人通过导引装置的引导在书架周边进行直线型运动，需在地板处挖深沟，将导线埋入，电流频率为3到10kHz，机器人内部还使用了敏感型项圈，这一线圈主要是为了对导线和机器人集体之间形成的偏移程度进行感知，以此来避免机器人在行走过程中出现错误。通过增加防尘机构与润滑机构，来对关节连接转合部位进行润滑，使机器人保持流场的运行，防尘机构可减少灰尘给机械臂运行时带来的影响。

3、图书馆机器人的发展前景

3.1 智能导览服务

我国文化教育事业不断取得全新的发展成果，发展速度越来越快，图书馆空间随之增大，不少图书馆都扩大了服务规模^[2]。虽然服务内容得到丰富，但是相对地，图书利用难度也有所提升，为了提供精准的图书服务，可挖掘机器人在这一方面的应用价值，预先为机器人设计导览路线，精准地根据读者的需求来引导阅读与提供图书定位信息，使读者可以更快地找到自己需要的图书，这种机器人也能够代替馆员工作，减轻其工作强度。在人工智能技术的基础上，还可利用智能引导、定位信息、蓝牙技术、无线讯号等技术要素和来馆读者进行实时化交互活动，读者依靠手机或者其他移动终端即可获取实时指导。

3.2 咨询参考服务

随着智能技术等现代科技不断发展，图书馆可引入功能更为丰富的作业机器人。图书馆在向读者传播知识，开展信息沟通活动时，需要提供参考咨询服务，这项工作主要由馆员完成，而受到自身工作时间、专业水平以及学科背景等因素的影响，很难全天不间断地为读者带来高质量的图书咨询服务^[3]。因此可运用机器人来进行智能导览，机器人可存储海量信息，并高速处理数据，可同时满足上万人的在线咨询服务。

3.3 图书盘点服务

除了图书上架的工作之外，图书盘点也是耗力耗时的业务类工作，尤其是闭架手工式盘点，若采取错时盘点，可能会限制图书馆的其他服务功能。通过使用盘点机器人，可对图书馆的工作模式进行创新，解决图书盘点环节的问题，提高盘点准确率与工作效率。盘点机器人使用了精密感应技术、射频电子技术与人工智能技术，能够完成简单的重复性与高强度工作。

除了上述几方面的服务功能之外，图书馆机器人还可提供残障辅助服务、社交网络服务以及仓储服务。借助机器人来带给读者更为多样化的个性化与实时化服务，丰富图书馆阅读服务内涵，扩大服务范围。

结语

图书馆引入的作业型机器人采用PLC控制系统，根据程序即可进行上架图书等作业活动，该控制系统故障率较低，结构操作便捷性较强，整体可靠性强化，能够有效适应图书馆的工作环境。可对这一种机器人进行开发，以此来增加其他仓储或者盘点等作业功能，使机器人更好地辅助馆员工作。

参考文献

[1]马雯.图书馆自动导航智能化机器人技术及应用探讨[J].光源与照明,2021(06):69-70.

[2]焦丹丹,那宏壮,曹传德,丁锐.机器人自动化数据采集测控方法研究[J].黑龙江科学,2021,12(02):32-33+36.

[3] [1]李宇,马波,鲁超,刘丹丹.我国图书馆机器人服务策略研究及前景展望[J].图书馆工作与研究,2021(12):70-78.