摘 要：檔案是社會發(fā)展的活化石，是智慧企業(yè)的重要組成部分。近年來，檔案庫藏?cái)?shù)量的快速增長與檔案管理、編研服務(wù)需求之間的矛盾十分突出。

　　關(guān)鍵詞：智能機(jī)器人;無人化檔案館;條形碼

　　1 概述

　　檔案工作是一項(xiàng)記錄歷史、傳承文明、服務(wù)社會、造福人民的事業(yè)，是一項(xiàng)黨和國家事業(yè)發(fā)展不可或缺的基礎(chǔ)性、支撐性工作，為企業(yè)和經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)。檔案館建設(shè)還是智慧城市建設(shè)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(shè)的一個(gè)組成部分，智慧檔案館的研究與建設(shè)備受檔案界重視，學(xué)術(shù)研究比較活躍。我國自2012年著手智慧城市建設(shè)以來，面向智慧檔案館的各項(xiàng)工作逐步展開和落實(shí)，并取得階段性成果。

　　2 檔案管理機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和控制技術(shù)

　　檔案機(jī)器人由移動底盤、升降臺和6DOF的輕型機(jī)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(diǎn)裝備的定位技術(shù)研究

　　智慧城市的首要問題是城市元素的定位，對檔案進(jìn)行準(zhǔn)確定位同樣是實(shí)現(xiàn)檔案自動化管理首先要解決的問題。此外，為實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人在館庫的自動行走，機(jī)器人本身也存在一個(gè)定位問題，定位技術(shù)還影響到機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)方案。

　　目前已經(jīng)發(fā)展出多種成熟的城市目標(biāo)定位技術(shù)，如常用的北斗、GPS適合于室外目標(biāo)的定位;適合于室內(nèi)目標(biāo)的定位技術(shù)也有多種，如紅外定位、超聲波定位、WiFi定位、藍(lán)牙定位、超高頻和RFID定位、視覺定位等多種技術(shù)。這些定位技術(shù)已經(jīng)有應(yīng)用于圖書館機(jī)器人的報(bào)道。

　　研究已有定位技術(shù)并考慮檔案館的特點(diǎn)，提出如下機(jī)器人和檔案方案：

　　基于條碼和RFID技術(shù)，實(shí)現(xiàn)檔案定位到盒，盤點(diǎn)到件的目標(biāo)：

　　分析比較上述參考文獻(xiàn)幾種定位方法的原理、特點(diǎn)和性能，可以發(fā)現(xiàn)近場RFID定位技術(shù)作用距離可以控制，能在幾毫秒內(nèi)得到檔案的大致位置，同時(shí)從眾多檔案中獲取檔案的標(biāo)識信息，而且RFID標(biāo)簽的體積小，造價(jià)低，易于安裝，是目前最適合于檔案庫房內(nèi)檔案定位和識別的技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)檔案盒的精確定位，在每個(gè)檔案盒上粘貼檔案號條碼標(biāo)簽，就可以實(shí)現(xiàn)檔案盒相對于機(jī)器人的坐標(biāo)定位、以及檔案盒在架體的相對順序定位。

　　2.2 機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動方程求解

　　目前市場上已經(jīng)有多種輕型機(jī)械臂供選擇，這些機(jī)械臂多參考了丹麥UR機(jī)器人的構(gòu)形，本項(xiàng)目也采用這種機(jī)械臂，但針對檔案機(jī)器人的特點(diǎn)作了適當(dāng)調(diào)整。如：針對原機(jī)械臂外形尺寸偏大，修改了機(jī)械臂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使外形尺寸變“細(xì)”，避免了圖2中的第二關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)180°時(shí)與第一關(guān)節(jié)的干涉，相應(yīng)地?cái)U(kuò)大了機(jī)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(guān)節(jié)間的干涉。

　　機(jī)械臂自身座標(biāo)系中的DH運(yùn)動方程是：

　　式中，θi表示各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，di表示各關(guān)節(jié)連桿長度，分別在圖2中標(biāo)出。對于給定的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，機(jī)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(shí)際調(diào)試時(shí)無須求出運(yùn)動方程的逆解，而是采用試算和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)的方法得到機(jī)械臂盤點(diǎn)時(shí)的關(guān)節(jié)變量參數(shù)。試算的優(yōu)化約束條件是：

　　條件1：機(jī)器人的重心坐標(biāo)離車體幾何中心最近。

　　條件2：機(jī)械臂的所有部位占據(jù)的X方向尺寸最小。

　　試算結(jié)果如表1所示。

　　2.3 系統(tǒng)集成

　　檔案機(jī)器人是復(fù)雜的機(jī)電一體化設(shè)備，有多種電氣設(shè)備，因此設(shè)計(jì)多總線集成控制系統(tǒng)。

　　移動機(jī)器人模塊的驅(qū)動系統(tǒng)主要由四臺空心杯電機(jī)驅(qū)動四個(gè)行走輪(麥克納姆輪)實(shí)現(xiàn)檔案館庫內(nèi)的平行移動，每臺電機(jī)上都有一個(gè)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(jī)接入一個(gè)六軸控制器。移動機(jī)器人安裝有48V25AH鋰電池供電，電源管理系統(tǒng)包括電流保護(hù)開關(guān)、12V、5VDC-DC電源變換器可以給移動機(jī)器人的內(nèi)部測控設(shè)備供電，并設(shè)有電壓——電量檢測功能，用于管控電池電量和電量補(bǔ)充管理;導(dǎo)航傳感器陣列由IIC總線連接。驅(qū)動、電源管理、導(dǎo)航三大系統(tǒng)通過CAN總線接入移動機(jī)器人的微控制器，微控制器通過RS232總線與機(jī)器人控制計(jì)算機(jī)連接。

　　機(jī)械臂模塊的六個(gè)關(guān)節(jié)采用模塊化設(shè)計(jì)，關(guān)節(jié)與關(guān)節(jié)之間通過CAN總線連接至機(jī)器人的控制計(jì)算機(jī)，由控制計(jì)算機(jī)上的機(jī)械臂控制軟件直接控制每個(gè)關(guān)節(jié)。可以看出，移動機(jī)器人、機(jī)械臂關(guān)節(jié)都視同CAN總線的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

　　盤點(diǎn)儀器有條碼識別和RFID識別兩個(gè)模塊，由機(jī)械臂末端關(guān)節(jié)供電。由于盤點(diǎn)檔案時(shí)通訊速率很高，為了避免總線阻塞引起機(jī)械臂的誤動作，通過藍(lán)牙總線與控制計(jì)算機(jī)通訊。

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