无人化档案馆管理机器人关键技术研究.docx

?

?

无人化档案馆管理机器人关键技术研究

?

?

于淼张颖王栋崔建伟

摘?要：档案是社会发展的活化石，是智慧企业的重要组成部分。近年来，档案库藏数量的快速增长与档案管理、编研服务需求之间的矛盾十分突出。

关键词：智能机器人;无人化档案馆;条形码

：TP242?????文献标志码：A?????：2095-2945（2020）35-0015-03

Abstract：Archivesarethelivingfossilsofsocialdevelopmentandanimportantpartofsmartenterprises.Inrecentyears，thecontradictionbetweentherapidgrowthofthenumberofarchivesandthedemandforarchivesmanagementandcompilationandresearchservicesisincreasinglyprominent.

Keywords：intelligentrobot;unmannedarchives;barcode

1概述

档案工作是一项记录历史、传承文明、服务社会、造福人民的事业，是一项党和国家事业发展不可或缺的基础性、支撑性工作，为企业和经济社会的发展作出了重要的贡献。档案馆建设还是智慧城市建设的一部分，1994年在澳大利亚阿德莱德召开的信息通信自动化会议上首次提出“智慧城市”以来，作为智慧城市建设的一个组成部分，智慧档案馆的研究与建设备受档案界重视，学术研究比较活跃。我国自2012年着手智慧城市建设以来，面向智慧档案馆的各项工作逐步展开和落实，并取得阶段性成果。

2档案管理机器人的结构和控制技术

档案机器人由移动底盘、升降台和6DOF的轻型机械臂、条码识别和RFID阅读器组成。

2.1无人化档案馆库档案定位及其盘点装备的定位技术研究

智慧城市的首要问题是城市元素的定位，对档案进行准确定位同样是实现档案自动化管理首先要解决的问题。此外，为实现智能机器人在馆库的自动行走，机器人本身也存在一个定位问题，定位技术还影响到机器人的总体设计方案。

目前已经发展出多种成熟的城市目标定位技术，如常用的北斗、GPS适合于室外目标的定位;适合于室内目标的定位技术也有多种，如红外定位、超声波定位、WiFi定位、蓝牙定位、超高频和RFID定位、视觉定位等多种技术。这些定位技术已经有应用于图书馆机器人的报道。

研究已有定位技术并考虑档案馆的特点，提出如下机器人和档案方案：

基于条码和RFID技术，实现档案定位到盒，盘点到件的目标：

分析比较上述参考文献几种定位方法的原理、特点和性能，可以发现近场RFID定位技术作用距离可以控制，能在几毫秒内得到档案的大致位置，同时从众多档案中获取档案的标识信息，而且RFID标签的体积小，造价低，易于安装，是目前最适合于档案库房内档案定位和识别的技术。为了实现档案盒的精确定位，在每个档案盒上粘贴档案号条码标签，就可以实现档案盒相对于机器人的坐标定位、以及档案盒在架体的相对顺序定位。

2.2机械臂的结构及其运动方程求解

目前市场上已经有多种轻型机械臂供选择，这些机械臂多参考了丹麦UR机器人的构形，本项目也采用这种机械臂，但针对档案机器人的特点作了适当调整。如：针对原机械臂外形尺寸偏大，修改了机械臂的内部结构，使外形尺寸变“细”，避免了图2中的第二关节旋转180°时与第一关节的干涉，相应地扩大了机械臂的操作空间;又如：将小臂连杆长度359.8（如图中虚线所示）加长至545.8，避免了小臂连杆与其它关节间的干涉。

机械臂自身座标系中的DH运动方程是：

式中，θi表示各关节转角，di表示各关节连杆长度，分别在图2中标出。对于给定的关节转角，机械臂末端的位姿矩阵由下式给出：

由于档案架各层高度是确定的，实际调试时无须求出运动方程的逆解，而是采用试算和现场实验的方法得到机械臂盘点时的关节变量参数。试算的优化约束条件是：

条件1：机器人的重心坐標离车体几何中心最近。

条件2：机械臂的所有部位占据的X方向尺寸最小。

试算结果如表1所示。

2.3系统集成

档案机器人是复杂的机电一体化设备，有多种电气设备，因此设计多总线集成控制系统。

移动机器人模块的驱动系统主要由四台空心杯电机驱动四个行走轮（麦克纳姆轮）实现档案馆库内的平行移动，每台电机上都有一个增量式编码器用以测量行走轮的行走速度，并用来估算位移，四台电机接入一个六轴控制器。移动机器人安装有48V25AH锂电池供电，电源管理系统包括电流保护开关、12V、5VDC-DC电源变换器可以给移动机器人的内部测控设备供电，