基于物联网的图书盘点机器人系统及方法技术方案

一种基于物联网的图书盘点机器人系统及方法，设置有机器人底座机构，在该机器人底座机构中设置有主控制器，该主控制器的输入端分别连接有红外传感器、磁导航传感器、超声波雷达、陀螺仪、书架定位模块和图像采集处理单元；输出端连接有电机驱动模块，通信端连接有通信模块。方法为一：启动；二：巡航；三：检测到书架第一电子标签；四：调整升降结构，采集书脊图像数据；五：检测到书架第二电子标签，掉头，摄像机构上升一排高度，采集书脊图像数据；六：检测到书架第一电子标签，根据检测第一电子标签和书架第二电子标签的次数，判断该书架是否完成数据采集，是则进入下一步，否则进入五；七：巡航继续巡航，完成所有的书架书脊图像数据采集。集。集。

【技术实现步骤摘要】
基于物联网的图书盘点机器人系统及方法


[0001]本专利技术涉及物联网
，具体为基于物联网的图书盘点机器人系统及方法。

技术介绍

[0002]根据国家统计局数据2018年底我国公共图书馆机构数达到3176家；按照教育部数据2018年我国共有普通高等学校2663所(含独立学院265所)，成人高等学校277所，我国高校图书馆总数在3000家左右，此外我国还有实物馆藏10万件以上的科学院、社科院、部委、军事科研图书馆200余家。在2017年,广东共有136个县级以上公共图书馆免费开放,其中文献馆藏量达12017万册/件。以广州图书馆为例，广州图书馆截至2020年1月8日,馆藏图书达到1026万册,其中四分之三对外开放。面对如此庞大的藏书量，每年图书馆管理工作都要投入大量的人力和物力。但尽管如此，每年图书馆还是会因为图书管理的批漏而造成海量图书的浪费。截至2017年底，全国公共图书馆图书总藏量96953万册，其中就约有5％以上的图书因为图书错架而导致浪费。
[0003]目前图书馆图书管理工作主要基于图书馆信息管理系统，但对于图书的错架，即使图书馆有十分完善的信息管理系统和充足的工作人员，面对错架问题还是无能为力。在现实生活中存在图书馆管理系统中显示在馆的图书却在其摆放的位置找不到该图书的情况,增加了图书盘点的难度。
[0004]为了能够准确的定位图书的位置和相关信息，方便图书馆的盘点、纠错，少部分的图书馆引入RFID图书管理系统来对图书进行管理。虽然RFID可以减少工作人员盘点的工作量，但仍有一些不足。首先因为每本图书都需要配备一个RFID标签，所以总体RFID标签的成本过高；其次由于贴标签和输入信息都需要花费大量的时间，所以需要耗费大量的人工工作量；最后标签之间容易互相干扰，仍存在定位不准确和识别率不高的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术的不足，提出一种智能化程度高，控制简单，制造成本低的一种基于物联网的图书盘点机器人系统及方法，具体技术方案如下：
[0006]一种基于物联网的图书盘点机器人系统，设置有机器人底座机构，在该机器人底座机构中设置有主控制器，该主控制器的输入端分别连接有红外传感器、磁导航传感器、超声波雷达、陀螺仪、书架定位模块和图像采集处理单元；输出端连接有电机驱动模块，通信端连接有通信模块。
[0007]作为优化：在所述机器人底座机构相对的两侧分别设置有一组电机驱动模块，该电机驱动模块的输出端连接有车轮，在所述机器人底座机构顶部设置有升降机构，在该升降机构的顶部设置有图像采集处理单元，在所述机器人底座机构的前部和后部分别设置有超声波雷达，在所述机器人底座机构的顶部还设置有至少一个红外传感器，在所述的机器人底座机构的底部设置有书架定位模块，在所述机器人底座机构内部设置主控制器和陀螺仪。
[0008]一种基于物联网的图书盘点机器人系统的方法，具体步骤为：
[0009]步骤一：启动机器人系统；
[0010]步骤二：启动磁导航传感器，电机驱动模块启动，驱动车轮转动，根据设定路线巡航；
[0011]步骤三：启动书架定位模块，该书架定位模块检测到书架第一电子标签，并记载读取电子标签数量，停车；
[0012]步骤四：启动图像采集处理单元，通过升降机构，将图像采集处理单元中的摄像机构对准书架底部书脊，电机驱动模块启动，驱动车轮转动，采集书脊图像数据；
[0013]步骤五：当书架定位模块检测到书架第二电子标签，并记载读取电子标签数量，根据检测第一电子标签和书架第二电子标签的次数，判断当前书架是否完成数据采集，是则进入步骤八，否则进入步骤六；
[0014]步骤六：电机驱动模块启动，驱动车轮转动，机器人底座机构180度转动，完成掉头，图像采集处理单元中的摄像机构上升一排高度，对准书脊，电机驱动模块启动，驱动车轮转动，采集书脊图像数据；
[0015]步骤七：书架定位模块再次检测到书架第一电子标签，停车，根据检测第一电子标签和书架第二电子标签的次数，判断当前书架是否完成数据采集，是则进入八，否则进入步骤六；
[0016]步骤八：根据设定的设定路线巡航继续巡航，进入下一个书架；
[0017]步骤九：完成设定路线巡航，实现对所有的书架书脊图像数据采集。
[0018]作为优化：所述步骤六中，机器人底座机构180度转动，完成掉头，具体为，启动超声波雷达和红外传感器，避免障碍物，根据陀螺仪采集的倾斜度数据调整转向加速度，完成转向和掉头。
[0019]作为优化：所述步骤四中的图像采集处理过程具体为：
[0020]4.1：图像预处理；
[0021]4.2：图像倾斜矫正；
[0022]4.3：从图像中完成书脊的定位与识别；
[0023]4.4：检测文本区域；
[0024]4.5：文本识别；
[0025]4.6：文字后处理，对识别结果进行优化。
[0026]作为优化：所述步骤4.1图像预处理具体为：
[0027]4.1.1、灰度化处理：彩色图像到灰色图像的转换这一个过程可以采用一个线性变换来完成，满足下式P(x，y)＝kR(x，y)+lG(x，y)+mB(x，y)，其中k+l+m＝1，R(x，y)，G(x，y)，B(x，y)分别为像素点(x，y)的R,G,B值，k，l，m为预先确定参数，求出P(x，y)的灰度值即可；
[0028]4.1.2、二值化处理：因为升降摄像头拍摄的图像是彩色图像，彩色图像所含信息量巨大，对文字的识别效果会造成影响，所以为了更清晰的识别文字，要二值化处理，选取设定阈值，将灰度值大于设定阈值的像素定义为白色像素，而小于设定阈值的像素定义为黑色像素，最后即可转换成二值图像；
[0029]4.1.3、噪声去除。
[0030]作为优化：所述4.1.3、噪声去除，具体为，第一步，基础估计：
[0031]对于每个目标图块，在附近寻找最多超参数一个相似的图块，为了避免噪点的影响，将图块经过2D变换后再用欧氏距离衡量相似程度，按距离从小到大排序后取最多前超参数一个，叠成一个三维数组；
[0032]对3D数组的第三维，即图块叠起来后，每个图块同一个位置的像素点构成的数组，进行DCT变换后，采用硬阈值的方式将小于超参数公式的成分置为0，同时统计非零成分的数量作为后续权重的参考，后将第三维进行逆变换；
[0033]将这些图块逆变换后放回原位，利用非零成分数量统计叠加权重，最后将叠放后的图除以每个点的权重就得到基础估计的图像，此时图像的噪点得到了较大的去除；
[0034]第二步，最终估计：
[0035]由于基础估计极大地消除了噪点，对于含噪原图的每个目标图块，可以直接用对应基础估计图块的欧氏距离衡量相似程度，按距离从小到大排序后取最多前超参数一个，将基础估计图块、含噪原图图块分别叠成两个三维数组；
[0036]对含基础估计3D数组的第三维，即图块叠起来后，每个图块同一个位置的像素点构成的数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网的图书盘点机器人系统，其特征在于：设置有机器人底座机构，在该机器人底座机构中设置有主控制器，该主控制器的输入端分别连接有红外传感器、磁导航传感器、超声波雷达、陀螺仪、书架定位模块和图像采集处理单元；输出端连接有电机驱动模块，通信端连接有通信模块。2.根据权利要求1所述基于物联网的图书盘点机器人系统，其特征在于：在所述机器人底座机构相对的两侧分别设置有一组电机驱动模块，该电机驱动模块的输出端连接有车轮，在所述机器人底座机构顶部设置有升降机构，在该升降机构的顶部设置有图像采集处理单元，在所述机器人底座机构的前部和后部分别设置有超声波雷达，在所述机器人底座机构的顶部还设置有至少一个红外传感器，在所述的机器人底座机构的底部设置有书架定位模块，在所述机器人底座机构内部设置主控制器和陀螺仪。3.根据权利要求1或者2所述基于物联网的图书盘点机器人系统的方法，其特征在于，具体步骤为：步骤一：启动机器人系统；步骤二：启动磁导航传感器，电机驱动模块启动，驱动车轮转动，根据设定路线巡航；步骤三：启动书架定位模块，该书架定位模块检测到书架第一电子标签，并记载读取电子标签数量，停车；步骤四：启动图像采集处理单元，通过升降机构，将图像采集处理单元中的摄像机构对准书架底部书脊，电机驱动模块启动，驱动车轮转动，采集书脊图像数据；步骤五：当书架定位模块检测到书架第二电子标签，并记载读取电子标签数量，根据检测第一电子标签和书架第二电子标签的次数，判断当前书架是否完成数据采集，是则进入步骤八，否则进入步骤六；电机驱动模块启动，驱动车轮转动，机器人底座机构180度转动，完成掉头，图像采集处理单元中的摄像机构上升一排高度，对准书脊，电机驱动模块启动，驱动车轮转动，采集书脊图像数据；步骤七：书架定位模块再次检测到书架第一电子标签，停车，根据检测第一电子标签和书架第二电子标签的次数，判断当前书架是否完成数据采集，是则进入八，否则进入步骤六；步骤八：根据设定的设定路线巡航继续巡航，进入下一个书架；步骤九：完成设定路线巡航，实现对所有的书架书脊图像数据采集。4.根据权利要求3所述基于物联网的图书盘点机器人系统的方法，其特征在于：所述步骤六中，机器人底座机构180度转动，完成掉头，具体为，启动超声波雷达和红外传感器，避免障碍物，根据陀螺仪采集的倾斜度数据调整转向加速度，完成转向和掉头。5.根据权利要求3所述基于物联网的图书盘点机器人系统的方法，其特征在于：所述步骤四中的图像采集处理过程具体为：4.1：图像预处理；4.2：图像倾斜矫正；4.3：从图像中完成书脊的定位与识别；4.4：检测文本区域；4.5：文本识别；
4.6：文字后处理，对识别结果进行优化。6.根据权利要求5所述基于物联网的图书盘点机器人系统的方法，其特征在于：所述步骤4.1图像预处理具体为：4.1.1、灰度化处理：彩色图像到灰色图像的转换这一个过程可以采用一个线性变换来完成，满足下式P(x，y)＝kR(x，y)+lG(x，y)+mB(x，y)，其中k+l+m＝1，R(x，y)，G(x，y)，B(x，y)分别为像素点(x，y)的R,G,B值，k，l，m为预先确定参数，求出P(x，y)的灰度值即可；4.1.2、二值化处理：因为升降摄像头拍摄的图像是彩色图像，彩色图像所含信息量巨大，对文字的识别效果会造成影响，所以为了更清晰的识别文字，要进行二值化处理，选取设定阈值，将灰度值大于设定阈值的像素定义为白色像素，而小于设定阈值的像素定义为黑色像素，最后即可转换成二值图像；4.1.3、噪声去除。7.根据权利要求6所述基于物联网的图书盘点机器人系统的方法，其特征在于：所述4.1.3、噪声去除，具体为，第一步，基础估计：对于每个目标图块，在附近寻找最多超参数一个相似的图块，为了避免噪点的影响，将图块经过2D变换后再用欧氏距离衡量相似程度，按距离从小到大排序后取最多前超参数一个，叠成一个三维数组；对3D数组的第三维，即图块叠起来后，每个图块同一个位置的像素点构成的数组，进行DCT变换后，采用硬阈值的方式将小于超参数公式的成分置...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱龙辉，张世龙，许甲强，王蕙，吴霆，王鸿基，李华舜，黄迎，张荣涛，沈玉利，
申请(专利权)人：广州唐发信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：