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      無人化檔案館管理機器人關鍵技術研究

      發布時間:2020-12-10 08:58所屬分類:綜合論文加入收藏

      摘 要:檔案是社會發展的活化石,是智慧企業的重要組成部分。近年來,檔案庫藏數量的快速增長與檔案管理、編研服務需求之間的矛盾十分突出。 關鍵

        摘 要:檔案是社會發展的活化石,是智慧企業的重要組成部分。近年來,檔案庫藏數量的快速增長與檔案管理、編研服務需求之間的矛盾十分突出。

        關鍵詞:智能機器人;無人化檔案館;條形碼

      檔案職稱論文

        1 概述

        檔案工作是一項記錄歷史、傳承文明、服務社會、造福人民的事業,是一項黨和國家事業發展不可或缺的基礎性、支撐性工作,為企業和經濟社會的發展作出了重要的貢獻。檔案館建設還是智慧城市建設的一部分,1994年在澳大利亞阿德萊德召開的信息通信自動化會議上首次提出“智慧城市”以來,作為智慧城市建設的一個組成部分,智慧檔案館的研究與建設備受檔案界重視,學術研究比較活躍。我國自2012年著手智慧城市建設以來,面向智慧檔案館的各項工作逐步展開和落實,并取得階段性成果。

        2 檔案管理機器人的結構和控制技術

        檔案機器人由移動底盤、升降臺和6DOF的輕型機械臂、條碼識別和RFID閱讀器組成。

        2.1 無人化檔案館庫檔案定位及其盤點裝備的定位技術研究

        智慧城市的首要問題是城市元素的定位,對檔案進行準確定位同樣是實現檔案自動化管理首先要解決的問題。此外,為實現智能機器人在館庫的自動行走,機器人本身也存在一個定位問題,定位技術還影響到機器人的總體設計方案。

        目前已經發展出多種成熟的城市目標定位技術,如常用的北斗、GPS適合于室外目標的定位;適合于室內目標的定位技術也有多種,如紅外定位、超聲波定位、WiFi定位、藍牙定位、超高頻和RFID定位、視覺定位等多種技術。這些定位技術已經有應用于圖書館機器人的報道。

        研究已有定位技術并考慮檔案館的特點,提出如下機器人和檔案方案:

        基于條碼和RFID技術,實現檔案定位到盒,盤點到件的目標:

        分析比較上述參考文獻幾種定位方法的原理、特點和性能,可以發現近場RFID定位技術作用距離可以控制,能在幾毫秒內得到檔案的大致位置,同時從眾多檔案中獲取檔案的標識信息,而且RFID標簽的體積小,造價低,易于安裝,是目前最適合于檔案庫房內檔案定位和識別的技術。為了實現檔案盒的精確定位,在每個檔案盒上粘貼檔案號條碼標簽,就可以實現檔案盒相對于機器人的坐標定位、以及檔案盒在架體的相對順序定位。

        2.2 機械臂的結構及其運動方程求解

        目前市場上已經有多種輕型機械臂供選擇,這些機械臂多參考了丹麥UR機器人的構形,本項目也采用這種機械臂,但針對檔案機器人的特點作了適當調整。如:針對原機械臂外形尺寸偏大,修改了機械臂的內部結構,使外形尺寸變“細”,避免了圖2中的第二關節旋轉180°時與第一關節的干涉,相應地擴大了機械臂的操作空間;又如:將小臂連桿長度359.8(如圖中虛線所示)加長至545.8,避免了小臂連桿與其它關節間的干涉。

        機械臂自身座標系中的DH運動方程是:

        式中,θi表示各關節轉角,di表示各關節連桿長度,分別在圖2中標出。對于給定的關節轉角,機械臂末端的位姿矩陣由下式給出:

        由于檔案架各層高度是確定的,實際調試時無須求出運動方程的逆解,而是采用試算和現場實驗的方法得到機械臂盤點時的關節變量參數。試算的優化約束條件是:

        條件1:機器人的重心坐標離車體幾何中心最近。

        條件2:機械臂的所有部位占據的X方向尺寸最小。

        試算結果如表1所示。

        2.3 系統集成

        檔案機器人是復雜的機電一體化設備,有多種電氣設備,因此設計多總線集成控制系統。

        移動機器人模塊的驅動系統主要由四臺空心杯電機驅動四個行走輪(麥克納姆輪)實現檔案館庫內的平行移動,每臺電機上都有一個增量式編碼器用以測量行走輪的行走速度,并用來估算位移,四臺電機接入一個六軸控制器。移動機器人安裝有48V25AH鋰電池供電,電源管理系統包括電流保護開關、12V、5VDC-DC電源變換器可以給移動機器人的內部測控設備供電,并設有電壓——電量檢測功能,用于管控電池電量和電量補充管理;導航傳感器陣列由IIC總線連接。驅動、電源管理、導航三大系統通過CAN總線接入移動機器人的微控制器,微控制器通過RS232總線與機器人控制計算機連接。

        機械臂模塊的六個關節采用模塊化設計,關節與關節之間通過CAN總線連接至機器人的控制計算機,由控制計算機上的機械臂控制軟件直接控制每個關節。可以看出,移動機器人、機械臂關節都視同CAN總線的一個節點。

        盤點儀器有條碼識別和RFID識別兩個模塊,由機械臂末端關節供電。由于盤點檔案時通訊速率很高,為了避免總線阻塞引起機械臂的誤動作,通過藍牙總線與控制計算機通訊。

        推薦閱讀:廣元市檔案專業中初級職稱評審論文要求


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