小型自助图书馆自动取书装置设计

摘 要

图书自动取书装置是图书馆机器人的一种，是实现图书馆信息化与自动化融合的重要工具。本课题研发一种适用于闭架借阅图书的图书馆图书自动存取装置。该装置可以代替人工完成图书的自动上下架和整理工作，既减轻图书馆员的劳动强度，又提高工作效率。

本课题在分析图书自动上下架任务规划的基础上，设计基于直角坐标系的3自由度机械手，简单、实用的末端执行器。论文的主要内容包括：设计用于图书自动存取的直角坐标机械手及其末端执行机构，对机械手的结构设计进行校核和运动卞仿真；在SolidWorks软件坏境下对自动取书机械手进行三维建模及运动仿真。

关键词：图书馆，自动取书装置，机械手

I

Abstract

Automatic library book taking device is a library of robot， is an important tool of library information and automation integration. Automatic access library device the research suitable for closed shelving books. The device can replace the manual to complete books automatically under the frame and finishing work， not only reduce the labor intensity of librarians， and improve the work efficiency.

This topic based automatic under the frame of mission planning analysis in the book， the design of 3 degree of freedom manipulator based on Cartesian coordinates， a simple， practical end actuator. The main content of this paper includes: the design of Cartesian coordinate manipulator automatic access to books and end effector for， verifying and motion simulation of the structure Bian robot design in SolidWorks software environment； on automatic book taking mechanical hand for three dimensional modeling and motion simulation.

Key Words: Library， automatic fetching device， mechanical hand

II

目 录

摘 要 ......................................................................................................................................... I Abstract...................................................................................................................................... II 目 录 ...................................................................................................................................... III 第1章 绪论 .............................................................................................................................. 1

1.1 本课题研究的背景及意义 ......................................................................................... 1 1.2 图书馆图书自动存取装置的发展现状 ..................................................................... 1

1.2.1自助图书馆 ....................................................................................................... 1 1.2.2 自动仓储式图书馆 .......................................................................................... 2 1.2.3 移动式图书馆机器人 ...................................................................................... 3 1.3 本课题研究主要内容 ................................................................................................. 5 第2章 自动取书装置总体方案设计 ...................................................................................... 6

2.1取书机械手机构的方案选择 ...................................................................................... 6 2.2总体方案选择 .............................................................................................................. 8 2.3末端执行器的方案选择 .............................................................................................. 9 2.4运动部件的驱动方案选择 ........................................................................................ 10 2.5 本章小结 ................................................................................................................... 10 第3章 自动取书装置的机械结构设计 ................................................................................ 11

3.1 末端执行器设计 ....................................................................................................... 11 3.2 垂直升降单元机械结构设计 ................................................... 错误！未定义书签。 3.3 水平平移单元结构设计 ........................................................... 错误！未定义书签。

3.3.1 最大工作载荷Fm的计算 ............................................... 错误！未定义书签。 3.3.2 齿轮齿条结构设计计算 ................................................ 错误！未定义书签。 3.3.3 步进电机减速箱的选用 ................................................ 错误！未定义书签。

第4章 基于SolidWorks的三维建模设计 ........................................... 错误！未定义书签。

4.1 SolidWorks模块介绍 ................................................................ 错误！未定义书签。 4.2 自动取书装置建模 ................................................................... 错误！未定义书签。 4.3 自动取书装置二维装配图 ....................................................... 错误！未定义书签。

III

结论 .......................................................................................................... 错误！未定义书签。 参考文献 .................................................................................................. 错误！未定义书签。 致 谢 ........................................................................................................ 错误！未定义书签。

IV

第1章 绪论

1.1 本课题研究的背景及意义

本课题研究一种用于图书馆的图书自动存取装置，即移动式图书馆图书自动存取机器人。

在图书馆的日常管理中，图书的归类、搬运和上下架等作业需要花费大量人力和时间，增加了图书馆员的劳动强度，有时还会出现图书归类错误和上架错误等现象。目前，多数图书馆利用二维条码和数据库技术实现了图书信息系统管理，即图书采购、图书典藏、读者借还书等环节的信息化管理，提升了图书馆的管理和服务水平。在信息化浪潮中，图书馆缺少以机械化为基础的自动化装置。图书馆作业的自动化和智能化，能够从根本上减轻图书馆员的劳动强度、提高工作效率，尤其适用于釆用闭架借阅图书的图书馆。在博物馆和档案馆，重要文献资料需要在恒温、恒湿环境下保存。利用机器人实现图书和文献资料的归类、自动存取操作，不仅能减少馆员频繁进出馆藏室对重要文献的保存环境造成扰动和破坏，更有利于文献保护。因此，自动化技术和信息技术的有效融合，是未来图书馆的重要发展趋势。

中国已经进入老龄化社会，如果能将图书馆信息资理系统、图书自动存取系统和物流配送系统结合起来，可以实现读者居家借阅和归还图书的目标，满足高龄读者自由借阅图书的需要。因此，研究和开发图书自动存取装置是一项有社会和经济价值的研究项目。

1.2 图书馆图书自动存取装置的发展现状

目前，大部分图书馆都是利用人工整理、清点、查找和上下架阁书，耗费了大量的时间和劳动力。为了提高图书馆自动化平，图书馆图书自动存取机器人应运而生。目前，图书馆机器人主要用于图书的搬运和自动存取，自动存取的主要形式有3种:①自助图书馆，它是基于书架的自动化，辅助自动传送系统来实现图书自动存取；②自动仓储式阁书馆，它基于移动搬运机器人与自动化立体仓库的配合，完成图书的自动存取；③移动式阁书馆机器人，它完全依赖于移动式服务机器人来完成图书的自动存取。 1.2.1自助图书馆

自助阁书馆是一种类似于银行ATM的迷你图书自助存取设备。该设备的书库由若

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