基于视觉的物联网图书馆机器人机械手精确定位研究杜明芳1，2，方建军1，王军政2（1.北京联合大学自动化学院，北京1001012.北京理工大学自动化学院，北京100081）摘要：从分析以机器人为核心的无人值守物联网图书馆的协同工作过程和自动化流程入手，设计了一种新型图书RFID电子标签数据格式，并将RFID电子标签数据信息与CCD传感器获取的机器人视觉信息相融合，提高机械手定位的鲁棒性。提出了一种图书馆机器人机械手模糊定位、分区定位、精确定位逐步组合的“三步定位法”，将复杂的图书抓取定位问题转化为目标图书上某点世界坐标的求解问题。实验结果表明，该方法可使机械手实现精确定位及图书准确抓取。关键词：图书馆机器人，机械手，物联网，机器视觉，RFID文献标识码：A中图分类号：TP273AResearchontheAccuratePositionMethodfortheLibraryRobotManipulatorbasedonMachineVisionMingfangDu1,2,JianjunFang1,JunzhengWang2(1.CollegeofAutomation,BeijingUnionUniversity,Beijing1001012.CollegeofAutomation,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081)【Abstract】Firstlythecooperativeworkprocessandtheautomationworkflowofthenomankeepingwatchlibrarytakingtherobotasitscentralandusingtheinternetofthingstechnologyareintroducedinthispaper.AnewdataformatoftheRFIDelectroniclabelforbooksisdesigned,andtherobustnessofpositioningofthemanipulatorisimprovedbytheinformationfusionoftheRFIDlabelsourceandtheCCDsensorsourceinstalledonthemanipulator.Apositionmethodnamed‘THREESTEPS’bythecombinationoffuzzyposition,areapositionandaccuratepositionisadvanced,andthecomplexbookspositioningandgraspingquestionistransformedintotheworldcoordinatesolvingquestionofsomepointontheobjectivebooks.Theexperimentresulthasprovedthismethodcanhelpthemanipulatorrealizetheaccuratepositionandrapidgrasp.【KeyWords】Libraryrobot,Manipulator,Internetofthings,Machinevision,RFID目前，世界上成功应用图书馆机器人的有德国洪堡大学、美国犹他州大学、日本早稻田大学等，这些图书馆机器人的应用大大节省了图书管理成本，同时使读者借还图书更加便捷。2002年，美国约翰斯·霍普金斯大学的JackritSuthakom等人在其发表的文章中详细描述了图书馆机器人系统及其六自由度机械手的设计与控制软件编制法，但未涉及到机器视觉[1]。同年，新加坡的KhoHaoYuan等人研究了基于RFID技术的无人图书馆系统[2]。2008年，D.J.Lee对书脊特征匹配问题展开了深入研究并在第4届IEEE自动化科学与工程国际会议上发表相关论文[3]。我国在物联网图书馆机器人研究方面的工作相对滞后，尤其是在图书上下架时如何利用机器视觉进行机械手的精确定位方面还有很大研究空间，这也是图书馆机器人系统设计中的难点。1图书馆物联网系统设计1.1以机器人为核心的系统本文将物联网无人图书馆看作一个系统，该系统由以下实体元素组成：图书管理信息系统、书架、书、机器人。以机器人为核心，它在无人图书馆中与其他对象（读者、馆员、书架）协同工作，共同完成图书管理工作，协同工作示意图如图1所示：读者馆员图1图书馆机器人协同工作示意图系统中的机器人是一种轮式移动机器人，机器人主体是一个自动引导车(AutomaticGuidedVehicle,AGV)，车上安装有机械手臂，机械手臂前端装有摄像头和RFID读写器。图书馆内道路按照馆藏类型划分成多个区域，每个区域有相应的路面标志，车载无线图像采集模块获得路面标志图像并通过无线网络传送给上位机，上位机程序进行图像处理，并计算AGV控制参数，再通过无线网络发送至机器人主控制器调速系统，实现PWM直流电机调速控制[4-6]。1.2RFID电子标签设计为每一本书贴上一个RFID电子标签，作为该书在图书馆中唯一的身份标识，标签中保存有特定格式的电子数据，本系统设计的书RFID电子标签数据格式为：“书库号+书架号+书架层号+书架层内绝对位置号+书架层内区间相对位置号+书架总数+书架总层数+层内书总数”。其中，“书架层内绝对位置号”是书在书架某层内...
