图书ATM机中图书抓取机械手二次定位系统及其方法技术方案

一种图书ATM机中图书抓取机械手的二次定位系统及其方法，涉及一种定位系统及其方法，系统包括书架、图书抓取车、车架、控制系统，书架上设有定位光栅和校准光栅，图书抓取车上分别安装有图书抓取机械手、定位激光头、校准激光头、横向二次运动组件，定位激光头、校准激光头分别与控制系统连接，控制系统的输出端与横向二次运动组件等的输入端连接。方法包括：S1系统初始化：S11采样横向位置数据、S12采样竖向位置数据、S13采样校准光栅位置数据、S14将校准光栅的位置数据进行插值运算；S2系统的运行等。本发明专利技术可实现图书抓取机械手的快速定位，效率、定位精度、可靠性均较高，制造成本低，方法简便，易于操作使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机械手定位系统及其方法，特别是涉及一种图书ATM机中图书抓取机械手的二次定位系统及其方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，图书ATM机得到了快速的发展，其中图书馆AMT机最关键的技术是机械手的精确定位。由于机械手的精确定位是一个二维的运动，现有的图书ATM机中图书抓取机械手的定位系统，为了保证达到一定精度的定位，一般利用运动轨迹计算在X与Y方向采用插补的方法同时行进定位，这种方法对机械系统设计要求非常高，成本也非常高，而且无法克服机械变形和磨损所引起的误差；有些系统为了降低成本，利用相应算法把二维运动分解为一维运动，如先走Y方向，后走X方向运动，但是这种方法所需要的时间较长。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是:提供一种能实现快速定位而且成本较低的图书ATM机中图书抓取机械手二次定位系统及其方法。解决上述技术问题的技术方案是:一种图书ATM机中图书抓取机械手的二次定位系统，包括书架、图书抓取车、车架、控制系统，所述的书架由书架层板、书架边框构成，车架与图书抓取车沿横向滑动配合，所述的图书抓取车上分别安装有图书抓取机械手、机械手竖向运动驱动电机、机械手竖向运动传动装置、机械手横向运动驱动电机、机械手横向运动传动装置，所述的书架层板上分别设置有定位光栅和校准光栅，所述的图书抓取车上还分别安装有水平滑台、用于扫描定位光栅的定位激光头，所述的水平滑台与机械手竖向运动传动装置滑动配合，水平滑台上安装有机械手前后运动组件，机械手前后运动组件上横跨设置有横向二次运动组件，所述的图书抓取机械手底部与横向二次运动组件滑动配合，且该图书抓取机械手上还安装有用于扫描校准光栅的校准激光头，所述的横向二次运动组件与机械手前后运动组件滑动配合；所述的定位激光头、校准激光头分别与控制系统连接，控制系统的输出端分别与机械手竖向运动驱动电机、机械手横向运动驱动电机、机械手前后运动组件以及横向二次运动组件的输入端连接。本专利技术的进一步技术方案是:所述的机械手前后运动组件包括前后运动导轨、前后运动丝杆、前后驱动电机，所述的前后运动导轨、前后运动丝杆、前后驱动电机分别固定在水平滑台上，前后驱动电机的输出轴直接与前后运动丝杆连接，所述的横向二次运动组件通过滑块套接在前后运动导轨上，且横向二次运动组件还通过前后运动丝杆螺母与前后运动丝杆相连接。本专利技术的再进一步技术方案是:所述的横向二次运动组件包括横向二次运动导轨、横向二次运动丝杆、横向二次驱动电机，所述的横向二次运动导轨、横向二次运动丝杆、横向二次驱动电机分别通过滑块套接在前后运动导轨上，横向二次驱动电机的输出轴直接与横向二次运动丝杆连接，所述的图书抓取机械手底部通过滑块套接在横向二次运动导轨上，且图书抓取机械手底部还通过横向二次运动丝杆螺母与横向二次运动丝杆相连接。本专利技术的再进一步技术方案是:所述的定位光栅设置在最底层的书架层板下方，所述的校准光栅均匀设置在每层书架层板的两端和中间；所述的定位激光头安装在图书抓取车底端的与定位光栅相对应位置上。本专利技术的另一技术方案是:一种图书ATM机中图书抓取机械手的二次定位方法，该方法包括如下步骤: 51、系统初始化: 511、采样横向位置数据: 通过安装在图书抓取车底端上的定位激光头扫描最底层书架层板下方的定位光栅，对书架横向每一个位置数据进行采样，采样的横向位置数据包含光学数据及脉冲数据，每一个采样的横向位置数据与书架横向的每一个架位号相对应，该横向位置数据作为初次横向定位的依据； 512、采样竖向位置数据: 对书架竖直方向采用位置算法完成精准的竖向位置数据采样，该竖向位置数据作为初次竖直定位的依据； 513、采样校准光栅位置数据: 在书架层板每层均匀设置三条校准光栅，由校准激光头在二次定位系统的驱动下对该三条校准光栅的位置数据进行二次扫描采样，得到校准光栅的位置数据； 514、将校准光栅的位置数据进行插值运算: 将校准光栅的位置数据进行插值运算，得出每一层每一个位置的二次定位脉冲数据； 52.系统的运行: 521、初次定位: 系统正常运行后，控制系统根据给出的架位号取出相应的横向位置数据、竖向位置数据，并以一定的驱动速度驱动机械手竖向运动驱动电机、机械手横向运动驱动电机带动图书抓取机械手到达相应的架位号，完成系统的初次定位； 522、二次定位: 控制系统再取出二次定位脉冲数据，驱动横向二次运动组件带动图书抓取机械手进行精确定位，以消除偏差，完成二次定位； 523、实现取书或还书动作: 最后再通过控制系统控制前后运动组件前后运动，带动图书抓取机械手的前进或后退，以实现取书或还书动作。本专利技术的进一步技术方案是:所述初次横向定位的横向位置数据采用闭环控制，即利用光学数据进行反馈控制。本专利技术的再进一步技术方案是:在步骤S14中，所述的插值运算为线性插值运算或二次插值运算或三次插值运算。由于采用上述结构，本专利技术之图书ATM机中图书抓取机械手二次定位系统及其方法与现有技术相比，具有以下有益效果: 1.可实现图书抓取机械手的快速定位，效率较高: 由于本专利技术在书架层板上分别设置有定位光栅和校准光栅，在图书抓取车上还分别安装有水平滑台、用于扫描定位光栅的定位激光头，水平滑台与机械手竖向运动传动装置滑动配合，水平滑台上安装有横向二次运动组件，图书抓取机械手底部与横向二次运动组件滑动配合，且图书抓取机械手上还安装有用于扫描校准光栅的校准激光头，校准激光头、定位激光头分别与控制系统连接，控制系统的输出端分别与机械手竖向运动驱动电机、机械手横向运动驱动电机、横向二次运动组件的输入端连接。因此，本专利技术可同时驱动机械手竖向运动驱动电机、机械手横向运动驱动电机带动图书抓取机械手分别沿X、Y方向行进到达相应的架位号，完成系统的初次定位；然后控制系统再驱动横向二次运动组件带动图书抓取机械手进行精确定位，以消除偏差，完成二次定位；因此，本专利技术可实现图书抓取机械手的快速定位，其效率非常高。2.定位精度高: 本申请在运动方式采用二维方向即X，Y同时运动的方式，在大幅度提高系统效率的同时，由于垂直方向运动的行进是采用丝杆来推进，它的运动轨迹由固定的算法来完成，所以能很好地保证精度；而水平方向的每一个位置的粗定位由定位光栅结合定位激光头来完成，但由于定位光栅位于最底层的书架层板的下方，它无法保证机械手在每一层书架的定位精度，即使机械安装精度很高，但由于系统在长期的运行过程中机械会发生变形和磨损，也无法保证第一层上面多层的定位精度，所以在粗定位以后，本申请再对每一层再采用了小范围的二次精确定位。再加上本专利技术初次横向定位采用闭环控制，即利用光学数据进行反馈控制，所以本专利技术的定位精度非常高，能使图书抓取机械手的定位误差小于1mm，完全克服了机械变形和磨损所引起的误差。3.可靠性高: 由于本专利技术采用了二次定位的精确控制，避免了激光测距、运动轨迹计算和条码扫描以及机械变形和磨损所造成的各种误差，其可靠性较高。4.制造成本低，方法简便，易于操作使用: 本专利技术包括的器件均比较简单，无需复杂的元件，且只在X方向设置一层定位光栅，其余层只设置三条校准光栅，Y轴无需设置光栅，因此，本专利技术的成本较低，而且方法简便，易于操作使用。下面，结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图书ATM机中图书抓取机械手的二次定位系统，包括书架（1）、图书抓取车（2）、车架、控制系统，所述的书架（1）由书架层板（101）、书架边框（102）构成，车架与图书抓取车（2）沿横向滑动配合，所述的图书抓取车（2）上分别安装有图书抓取机械手（201）、机械手竖向运动驱动电机（202）、机械手竖向运动传动装置（203）、机械手横向运动驱动电机（204）、机械手横向运动传动装置（205），其特征在于：所述的书架层板（101）上分别设置有定位光栅（3）和校准光栅（4），所述的图书抓取车（2）上还分别安装有水平滑台（206）、用于扫描定位光栅的定位激光头（207），所述的水平滑台（206）与机械手竖向运动传动装置（203）滑动配合，水平滑台（206）上安装有机械手前后运动组件（209），机械手前后运动组件（209）上横跨设置有横向二次运动组件（210），所述的图书抓取机械手（201）底部与横向二次运动组件（210）滑动配合，且该图书抓取机械手（201）上还安装有用于扫描校准光栅的校准激光头（208），所述的横向二次运动组件（210）与机械手前后运动组件（209）滑动配合；所述的定位激光头（207）、校准激光头（208）分别与控制系统连接，控制系统的输出端分别与机械手竖向运动驱动电机（202）、机械手横向运动驱动电机（204）、机械手前后运动组件（209）以及横向二次运动组件（210）的输入端连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：向宇，向风帆，伍松，
申请(专利权)人：柳州三恒共创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45