圖書傳送分揀裝置的設(shè)計研究

王超 王濤 劉鑫 蘇文彬

摘 要：本文旨在通過對于目前現(xiàn)有的圖書傳送分揀智能裝置的分析研究，明確目前圖書傳送分揀中所存在的問題以及圖書傳送分揀裝置發(fā)展的難題，進而提出一種新的圖書傳送分揀裝置設(shè)計方案，并且綜合比較幾種圖書傳送分揀裝置優(yōu)缺點，驗證新方案的合理性。

關(guān)鍵詞：圖書分揀;機械自動化;傳送分揀裝置

引言

隨著我國“全民閱讀”活動的開展以及科技發(fā)展對于新時代人才知識需求的不斷增加，政府部門大力推進公共文化事業(yè)體系發(fā)展，各學(xué)校也增強對于學(xué)生學(xué)術(shù)能力的培養(yǎng)，均加大了對于公共圖書館建設(shè)的扶持力度。截至2017年末，全國公共圖書館圖書總藏量96953萬余冊，增長7.5%，其中古籍2701萬余冊，與上年基本持平;電子 圖書102627萬余冊，增長15.6%。

在圖書藏書量大量增長的背景下，隨之而來的是大規(guī)模圖書在歸還以及整理書籍所耗費的大量人力物力。因此圖書傳送分揀裝置的運用就顯得及其重要。目前我國圖書館圖書的傳送與分揀工作主要還是人工進行，到2016年，全國圖書館從業(yè)人員數(shù)量達57208人，對應(yīng)的每個圖書館從業(yè)人員數(shù)量約為18人。圖書傳送與分揀裝置需求較大，通過研究圖書傳送與分揀裝置，可以大大提高圖書館的工作效率，節(jié)省人力物力，也增加圖書的傳閱量，符合新時代智能化的發(fā)展要求，推動我們?nèi)嗣裆钪悄芑健?/p>

1.我國目前圖書傳送分揀裝置的發(fā)展現(xiàn)狀

伴隨著我國圖書閱讀量以及需求量的增加，對于圖書傳送分揀自動化程度要求也越來越高。目前，我國在圖書傳送于分揀裝置上不斷發(fā)展，根據(jù)其功能特點以及應(yīng)用場景主要分為四類：

1.移載分揀型裝置

移載分揀裝置主要由支撐架體、升降機架總成、升降驅(qū)動減速電機、環(huán)形移載輸送膠帶、輸送驅(qū)動減速電機、電氣控制等結(jié)構(gòu)組成。移載分揀裝置廣泛應(yīng)用于汽車、機電、輕工、物流、等行業(yè)的運輸線上，目前國內(nèi)圖書館行業(yè)的自助借還書機也主要使用移載分揀。其最大的優(yōu)點在與價格便宜，這也是國內(nèi)大量使用該裝置的主要原因。但其故障較多，持續(xù)工作的壓力比較大，一旦出現(xiàn)故障便需要整體停機檢修，檢修的工作量很大。

2.交叉帶式分揀裝置

交叉帶式分揀裝置主要是由裝有帶式運輸機的臺車和主驅(qū)動式帶式運輸機連結(jié)起來構(gòu)成的。臺車移動到對應(yīng)的位置式，通過皮帶來實現(xiàn)分揀的目的。交叉帶式分揀裝置主要適用于分揀各類小件物品，如化妝品、食品、衣物等，因此該分揀裝置可以對單本圖書進行區(qū)域化分揀。其相對于移載分揀來說，分揀效率更高且準確率也更高，而且交叉帶式分揀也適用于幾百個格口的大規(guī)模分揀任務(wù)。但交叉帶式分揀裝置價格昂貴，投入較大，占地面積也相對較大，因此在國內(nèi)圖書分揀行業(yè)使用較少，僅有廣州圖書館目前在使用。

3.滑塊式分揀裝置

滑塊式分揀裝置通常由滑塊，道岔，板式運輸機等組件構(gòu)成，它根據(jù)控制系統(tǒng)提供的指令，通過滑塊將需要分揀的物品分發(fā)到不同的場地中。滑塊式分揀裝置對分揀物品的尺寸沒有要求，從紙箱到卡片都可以實現(xiàn)分揀，并且對分揀的物品沒有任何的損傷，所以該分揀裝置比較適用于圖書分揀，目前有上海和廣東新華書店在使用。但適用于圖書分揀的滑塊式分揀機均需要從日本進口，費用較高，后期維護成本也很高，一般圖書館難以承受。

4.AGV機器人分揀裝置

AGV機器人即運載式機器人，自動流水線上把不同尺寸不同形狀的物品依次輸送到攝像頭下，攝像頭把數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌z像頭機器人后根據(jù)產(chǎn)品形狀和大小分類放入不同的位置。AGV機器人分揀裝置具有分揀效率高，分揀準確率高，占地面積小等優(yōu)點，并且單個機器人出現(xiàn)故障不用整體停機檢修，不會影響其它機器人的正常工作，維護起來相當(dāng)方便。但是在國內(nèi)，AGV機器人分揀裝置目前主要應(yīng)用于物流行業(yè)，還沒有應(yīng)用到圖書分揀的實際案例。

2.市場對于圖書傳送分揀裝置的性能要求：

目前，我國所使用的分揀機器主要有兩類：一是對于其他行業(yè)的分揀裝置進行改裝應(yīng)用于圖書分揀行業(yè)，二是依靠于進口其他國家的圖書分揀儀器。但是，由于圖書種類以及國民閱讀習(xí)慣的不同，我國對于圖書分揀的要求也不相同，目前，我國市場對于圖書傳送分揀裝置的性能要求主要有以下幾個方面：

（1）分揀效率和準確率要高。分揀效率和準確率可以說是對圖書分揀裝置的一個硬性要求，如果一個圖書分揀裝置的分揀效率不高，其他的任何優(yōu)勢都會失去意義。

（2）數(shù)據(jù)處理能力。圖書分揀裝置在對圖書分揀的同時如果能對圖書的信息進行處理和存儲，便可以在以后的一些工作中帶來很大便利，例如圖書查找，圖書分類等。

（3）占地面積小，安裝靈活。圖書分揀裝置如果可以靈活的組裝，可以在一定程度上減小占地面積，如果體積過大，便會對裝置的安裝及圖書館的規(guī)模提出很大的要求。

（4）對于圖書的保護，不能對圖書有所損壞。所有的圖書都是紙質(zhì)的，容易損壞，封皮采用氯乙烯或聚丙烯薄膜包裝，容易有劃痕，影響圖書的使用，因此，圖書分揀裝置對圖書的保護也是極其重要的。

（5）噪聲要小。無論是圖書館還是書店都需要給讀者提供一個安靜的環(huán)境，圖書分揀裝置應(yīng)該盡可能的減小噪聲，給讀者創(chuàng)造更加安靜的讀書環(huán)境。

3.圖書傳送分揀裝置的設(shè)計

根據(jù)目前我國市場需求，提出一種圖書傳送分揀裝置的設(shè)計方案：

本裝置總體上由推拉抬升模塊、傳送模塊、二維碼掃描模塊、機械抓手模塊和Arduino芯片數(shù)據(jù)處理模塊組成。整體的結(jié)構(gòu)和工作流程圖如下：

推拉抬升模塊

該部分包括的推拉部分一個絲杠電機、一個撥片和兩根導(dǎo)軌組成，通過絲杠電機的正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)撥片的“推”和“拉”動作;抬升部分利用四根鋼柱組成的運送平臺，通過左右兩個絲杠電機的控制，旋轉(zhuǎn)帶動平臺，實現(xiàn)上下移動動作。

傳送模塊

該部分主要由傳動滾輪、傳送帶、鋁制機架和減速電機組成。同時，在每一支鋁架上都安裝有一個光電開關(guān)，作用是在圖書經(jīng)過光電開關(guān)時，將信號傳給Arduino芯片進行處理，將該傳送帶停止運行，將圖書停放在機械抓手的工作抓取位置。選用光電開關(guān)的原因是它能靈敏感應(yīng)物體位置以便后續(xù)機械臂的工作，在輕量化的前提下保證了整個傳送帶運行的穩(wěn)定性。

二維碼掃描模塊

二維碼模塊主要用于識別、接收和處理圖書上的二維碼信號，根據(jù)書籍的二維碼標識，對其進行自動分類。在分揀前提前錄入系統(tǒng)信息，提升分揀的準確性。

機械抓手模塊

此設(shè)計采用的是六自由度的抓手進行圖書的分揀抓取工作，其主要由兩片夾片、多個MG996R舵機以及各U形組件構(gòu)成。采用MG996R舵機，主要原因是為機械臂提供轉(zhuǎn)動動力，方便機械臂裝置360°無死角轉(zhuǎn)動，利用舵機能沿一定角度迂回轉(zhuǎn)動的特點，將其裝載在機械臂上的每一個分節(jié)點上，從而能實現(xiàn)機械臂的靈活轉(zhuǎn)動，改變傳統(tǒng)機械抓手抓取角度受限的問題。

4.結(jié)語

本文是以對于國內(nèi)圖書傳送分揀裝置的分析為基礎(chǔ)，結(jié)合目前我國市場需求的實際情況，提出了一種圖書傳送分揀的設(shè)計方案。該方案裝置采用模塊化設(shè)計，將圖像采集部分、數(shù)據(jù)處理部分、機械執(zhí)行部分協(xié)同完成分揀工作，滿足目前市場需求。將其應(yīng)用于圖書館的書籍分揀系統(tǒng)，將大大提升圖書流動率，減少人力的消耗。

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