作品名稱：圖書館智能借還書機器人
學校名稱：山西工程技術學院
參賽隊伍：星夢組
參賽學生：白濤 張睿 王坤
指導老師：王海榮
我們要應用自動借還書系統將傳統的圖書館升級為自動化圖書館，其技術要建立在通信、物聯網、自動化、計算機邏輯處理的基礎上，智能化、經濟化地對借還書系統進行合理的設計與規劃，才能設計出與之相應的現代化圖書館自動借還書系統，需要像人一樣具有視覺、運動操作、思維邏輯等類似的功能，結合現有的科學技術并綜合視覺識別技術、機械手技術以及導航定位技術等方面相關的圖書文獻，找出制約自動借還書系統發展設計的關鍵技術、影響因素以及解決措施。
在自動借還書系統工作中，為了保證工作時對圖書夾取的需要，選擇利用機械手工作技術對圖書進行夾取：同時在夾取圖書時，機械手主要負責在Z軸上移動來進行對圖書的夾取，只能在 X、Y坐標上移動較短距離，因此負責對機械手進行搬運的搬運機構應當利用導航定位技術，來移動到指定的X、Y坐標，準確定位到達圖書所在位置。最后機械手在取書時，由于圖書的擺放和存入位置會有相對誤差，因此應當利用視覺識別技術對圖書進行識別，以保證圖書抓取的可靠性，同時利用人臉識別，保證借還書時的效率得以提升。
自動借還書機器人按功能可分為兩部分，一部分是負責圖書抓取和放回的機械手，另一部分是負責搬運機械手和圖書的搬運機構。機械手負責在借還書時對圖書進行抓取和放回，保證抓取的穩定性和可靠性；搬運機構負責在收到借還書指令時，搬運機械手到達前臺或書柜前，讓機械手能在指定位置進行工作。
1.機械手末端夾取機構設計
如果說機械臂是人類的手臂和骨架，那么機械手的末端夾取機構就是手指，具有運動和連帶機構，并且附帶著壓力、識別等傳感器，這些傳感器可以實時接受物體狀態信息以及夾取機構的加持力度大小，使其可以用正確的角度將夾取鉗插入圖書間的縫隙并且使用合適的力度進行夾取，保證書籍在取書以及放書的運動過程中保持穩定。
2.搬運機構傳動部分設計
搬運機構采用蝸輪蝸桿進行傳動，蝸輪蝸桿通常是一個用于向垂直進行相交軸之間的傳動提供大的角速度減速比。蝸輪齒頂面設計做成中凹形狀以適配蝸桿曲率，目的是要形成先接觸而不是點接觸。然而由于蝸輪蝸桿傳動機構中存在齒間有較大滑移速度的缺點，正像交錯軸斜齒輪產品那樣。工作原理：蝸輪蝸桿傳動的兩個軸相互交叉并彼此垂直；蝸桿可以看作是個螺旋，沿著圓柱體有一個齒（單個頭）或幾個齒（長）。蝸輪就像一個斜的齒輪但它的齒覆蓋著蝸輪。在嚙合時，蝸桿轉動，驅動蝸輪轉動一個齒或幾個齒，因此蝸輪蝸桿傳動速比=蝸桿的頭數/蝸輪的齒數。
3.搬運機構行走部分設計
搬運機構采用輪式行走，這里采用麥克納姆輪，這種全方位移動方式是基于一個有許多位于機輪周邊的輪軸的中心輪的原理上，這些成角度的周邊輪軸把一部分的機輪轉向力轉化到一個機輪法向力上面。依靠各自機輪的方向和速度，這些力的最終合成在任何要求的方向上產生一個合力矢量從而保證了這個平臺在最終的合力矢量的方向上能自由地移動，而不改變機輪自身的方向。
