基于UWB的智能图书馆索引车制造技术

本发明专利技术属于图书馆索引装置技术领域，且公开了基于UWB的智能图书馆索引车，包括以下具体步骤：S1：地图图像预处理，首先需要对彩色的图书馆地图图片进行灰度化，可以根据地图上路径的颜色作为图像颜色阈值，当图片中像素点的值不在阈值上下规定的范围内，就将其置为0。本发明专利技术通过采用UWB定位系统，从而可以完成对索引车的精确定位，使得索引车可以行进到目标书架的前方，对读者起到引导的效果，从而减少读者查找书籍所浪费的时间，并且可以通过RFID技术，为图书馆管理员规划出最佳的还书路径，可以实现快速归还书籍的效果，无需图书馆管理员往返多次进行归还图书，从而提高图书馆管理员的工作效率。的工作效率。

【技术实现步骤摘要】
基于UWB的智能图书馆索引车


[0001]本专利技术属于图书馆索引装置
，具体为基于UWB的智能图书馆索引车。

技术介绍

[0002]图书馆是搜集、整理、收藏图书资料以供人阅览、参考的机构，图书馆有保存人类文化遗产、开发信息资源、参与社会教育等职能，图书馆的藏书丰富、数量庞大，可以满足不同读者的需求。
[0003]目前，读者在阅读书籍时，经常需要到图书馆阅读书籍，从而方便读者阅读到不同种类的书籍，而现有技术中的图书馆，尽管可以实现读者的阅读需求，但是其一般需要读者自行找到所要阅读书籍的位置，而图书馆的面积一般比较的大，因此会增加读者查找书籍所浪费的时间，并且当图书管理员归还书籍时，需要图书管理员往返多次将一本本书籍放回到书架上，图书管理员的工作效率比较的低，需要对其进行改进和优化。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了基于UWB的智能图书馆索引车，具有方便读者查找书籍和图书管理员还书的优点。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于UWB的智能图书馆索引车，包括以下具体步骤：
[0006]S1：地图图像预处理
[0007]首先需要对彩色的图书馆地图图片进行灰度化，可以根据地图上路径的颜色作为图像颜色阈值，当图片中像素点的值不在阈值上下规定的范围内，就将其置为0，若在范围内，就将该像素点的值置为1，完成对图书馆路径的提取，之后通过迭代腐蚀边界的算法，将比较宽的图书馆路径逐步细化，直到最后剩下一像素宽的图像作为图书馆路径的骨架，通过细化后的路径，可以使得索引车在运动的时候，位置始终保持在路径的中间，不会运动到路径的边缘，与书架等障碍物紧靠，从而方便索引车的运动。
[0008]S2：路径规划
[0009]用户所需的图书位于一个个书架上，而每个书架可以看成图书馆路径骨架上的点，在提取路径时，就可以以图书馆路径骨架上的点作为A*算法的节点，通过A*算法计算出各个节点的最短路径，也就获得了图书馆地图上的路径信息，并且利用得到的各个节点间的路径信息，索引车可以很方便地规划出前往各个用户所需图书的最优路径。
[0010]S3：索引车定位
[0011]索引车的定位通过UWB定位系统完成，UWB定位系统中的三个固定安装在图书馆内部的UWB无线定位模块为索引车提供相对的位置参考，利用UWB测距模块测得固定安装在索引车上进行移动的UWB无线定位模块与固定安装的UWB无线定位模块之间的距离，并且通过定位算法解算出索引车的当前位置，从而完成对索引车的定位，为了保证定位的精确性，可以获得索引车相对初始位置的移动距离，之后通过里程计定位，获得索引车的大概位置，作
为UWB定位的补充，并且可以在索引车上设置电子罗盘来获得索引车的偏航角，从而对索引车的姿态进行调整。
[0012]S4：索引车避障
[0013]通过在索引车安装HC
‑
SR04超声波测距模块实现避障，此模块通过发射信号到收到的回响信号时间间隔通过计算得到距离，当超声波测距模块返回的距离小于指定值，判定前方具有障碍物，检测到障碍物后，机器人进入避障模式，进行左移直到前方没有障碍物为止。
[0014]S5：读者使用流程
[0015]首先，读者可以在手机上的网页中确定需要阅读的书本，手机将会通过蓝牙将目的地信息发送给索引车上安装的myRIO,myRIO将会自动规划路径并显示在上位机的地图上，索引车根据规划的路径引导用户前进，在索引车行进过程中，固定在室内的三个UWB无线定位模块可以将测到的索引车位置信息传给myRIO，myRIO通过测到的位置信息和预设的位置信息进行比较，从而对索引车的前进方向进行调整，在索引车调整方向和前进的过程中，装在索引车上的超声波模块可以帮助索引车进行避障，从而保证人员与自身设备的安全。
[0016]S6：图书管理员使用流程
[0017]图书管理员直接将需要归还的书放入索引车内，索引车上自带的RFID读卡器将会读取书籍内置RFID信息，之后将书籍信息上传至上位机，在获得索引车内的所有书籍信息后，索引车将会自动规划最优的还书路径，从而提高图书管理员的工作效率。
[0018]优选的，所述UWB无线定位模块采用DWM1000芯片制成，DWM1000芯片具有传输速率高、穿透能力优秀和精度高的特点。
[0019]优选的，所述索引车的运动机构采用麦克纳姆轮，通过每个轮子转动的圈数，再根据轮子的半径，即可算出索引车的移动距离。
[0020]优选的，所述电子罗盘的型号为GY
‑
26，GY
‑
26具有输入电压低，功耗小，体积小的特点。
[0021]优选的，所述超声波测距模块的指定值为0.425m，当测得距离小于0.425m时，索引车需要进行避障，当测得距离大于0.425m时，则不需要进行避障。
[0022]优选的，所述myRIO是一款便携式嵌入式设备，具有丰富的数据接口和引脚，可以方便连接各类传感器。
[0023]优选的，所述A*算法是一种静态路网中求解最短路径最有效的直接搜索方法，它可以在一个静态网格图中寻找到两点之间的最短路径。
[0024]优选的，所述UWB信号高时间分辨率和短波长加强了其抗多径干扰和衰落的能力，使得UWB信号在室内环境下非常适用。
[0025]优选的，所述索引车的位置信息由UWB定位得到的坐标信息提供，具体方式为每隔0.5s读取UWB所得坐标。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0027]本专利技术通过采用UWB定位系统，从而可以完成对索引车的精确定位，使得索引车可以行进到目标书架的前方，对读者起到引导的效果，从而减少读者查找书籍所浪费的时间，并且可以通过RFID技术，为图书馆管理员规划出最佳的还书路径，可以实现快速归还书籍
的效果，无需图书馆管理员往返多次进行归还图书，从而提高图书馆管理员的工作效率。
具体实施方式
[0028]基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]本专利技术提供一种技术方案：基于UWB的智能图书馆索引车，包括以下具体步骤：
[0030]S1：地图图像预处理
[0031]首先需要对彩色的图书馆地图图片进行灰度化，可以根据地图上路径的颜色作为图像颜色阈值，当图片中像素点的值不在阈值上下规定的范围内，就将其置为0，若在范围内，就将该像素点的值置为1，完成对图书馆路径的提取，之后通过迭代腐蚀边界的算法，将比较宽的图书馆路径逐步细化，直到最后剩下一像素宽的图像作为图书馆路径的骨架，通过细化后的路径，可以使得索引车在运动的时候，位置始终保持在路径的中间，不会运动到路径的边缘，与书架等障碍物紧靠，从而方便索引车的运动。
[0032]S2：路径规划
[0033]用户所需的图书位于一个个书架上，而每个书架可以看成图书馆路径骨架上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于UWB的智能图书馆索引车，其特征在于：包括以下具体步骤：S1：地图图像预处理首先需要对彩色的图书馆地图图片进行灰度化，可以根据地图上路径的颜色作为图像颜色阈值，当图片中像素点的值不在阈值上下规定的范围内，就将其置为0，若在范围内，就将该像素点的值置为1，完成对图书馆路径的提取，之后通过迭代腐蚀边界的算法，将比较宽的图书馆路径逐步细化，直到最后剩下一像素宽的图像作为图书馆路径的骨架，通过细化后的路径，可以使得索引车在运动的时候，位置始终保持在路径的中间，不会运动到路径的边缘，与书架等障碍物紧靠，从而方便索引车的运动。S2：路径规划用户所需的图书位于一个个书架上，而每个书架可以看成图书馆路径骨架上的点，在提取路径时，就可以以图书馆路径骨架上的点作为A*算法的节点，通过A*算法计算出各个节点的最短路径，也就获得了图书馆地图上的路径信息，并且利用得到的各个节点间的路径信息，索引车可以很方便地规划出前往各个用户所需图书的最优路径。S3：索引车定位索引车的定位通过UWB定位系统完成，UWB定位系统中的三个固定安装在图书馆内部的UWB无线定位模块为索引车提供相对的位置参考，利用UWB测距模块测得固定安装在索引车上进行移动的UWB无线定位模块与固定安装的UWB无线定位模块之间的距离，并且通过定位算法解算出索引车的当前位置，从而完成对索引车的定位，为了保证定位的精确性，可以获得索引车相对初始位置的移动距离，之后通过里程计定位，获得索引车的大概位置，作为UWB定位的补充，并且可以在索引车上设置电子罗盘来获得索引车的偏航角，从而对索引车的姿态进行调整。S4：索引车避障通过在索引车安装HC
‑
SR04超声波测距模块实现避障，此模块通过发射信号到收到的回响信号时间间隔通过计算得到距离，当超声波测距模块返回的距离小于指定值，判定前方具有障碍物，检测到障碍物后，机器人进入避障模式，进行左移直到前方没有障碍物为止。S5：读者使用流程首先，读者可以在手机上的网页中确定需要阅读的书本，手机将会通过蓝牙将目的地信息发送给索引车上安装的myRIO,myRIO将会自动规划路径并显示在上位机的地图上，索引车根据规划的路径引导用户前进，在索引车行进过程中，固定在室内的三个UWB无线定位模块可以将测到...

【专利技术属性】
技术研发人员：范思雨，牛晓川，陆世森，杨礼豪，潘月梦，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：