基于十字架机械臂的图书质量评估机器人及控制方法技术领域
本发明属于自动控制技术领域，具体涉及基于十字架机械臂的图书质量评估机器
人及控制方法
背景技术
随着社会的发展，人类的知识量越来越大，每年制造的书籍也越来越多，一本书由
多页纸装订而成，纸通过木材的生产制造而成，书籍是最主要的纸张消耗途径。现代社会大
力提倡绿色环保、节约资源，节约用纸就可以减少造纸、减少树木的砍伐，就能保护森林、保
护环境。
中国拥有几千万的在校学生，学生使用的教科书、课外辅导书往往在毕业时完好
无损，我们普通的居民大众手中也拥有大量看过了不需要再看、没时间看或是不想看的完
好书籍杂志，放在家中占地方还成为了负担。环保、节约能源、资源共享和发展循环经济是
时下我们社会所倡导的发展方向，于是许多“地摊”式二手书市、实体二手书店、网上二手书
店应运而生。
二手书的循环利用为我们自己和社会都带来了好处，但是也带来了困扰，卖主可
以凭借自我的喜好随便定价，没有统一的标准来测评二手图书的质量，也就没有统一的标
准来给二手图书定价。
发明内容
针对以上问题的不足，本发明提供了基于十字架机械臂的图书质量评估机器人及
控制方法，能够自动翻书、自动摄像，通过所获取的图书图像的相关信息对图书质量进行测
评并对图书进行定价。
为实现上述目的，本发明基于十字架机械臂的图书质量评估机器人，包括图书检
测台，所述图书检测台后方设有与图书检测台处于同一平面的机械臂安装台，所述图书检
测台左侧设有垂直于图书检测台的支撑挡板，所述图检测台右侧设有垂直于图书检测台的
显示台，所述显示台上方连接有位于图书检测台正上方的图像采集面板；
所述显示台面对支撑挡板的一面安装有显示屏、红外测距传感器和摄像头，所述
图像采集面板下表面安装有摄像机，所述机器臂安装台上安装有机器臂，所述显示屏、红外
测距传感器、摄像头、摄像机和机器臂分别与设置于显示台内的控制器电连接；
所述机器臂包括底座，所述底座上设有与底座垂直的支撑臂，所述支撑臂上部设
有与支撑臂垂直的转动臂，所述转动臂可绕支撑臂旋转，所述转动臂包括相互垂直的第一
臂和第二臂。
优选地，所述底座上表面设有用于支撑臂平动的长方形开口，所述底座内设有驱
动支撑臂沿轴线S1平动的第一驱动机构，所述第一驱动机构包括第一电机、与第一电机同
轴转动的的第一齿轮和垂直于第一电机输出轴延伸方向且与支撑臂固定连接的第一平动
轴，所述第一平动轴平行于轴线S1方向上设有与第一齿轮相绞合的平动齿，所述第一电机
通过第一齿轮将动力传递给第一平动轴并通过第一平动轴带动支撑臂沿轴线S1方向平动；
所述支撑臂内设有第二驱动机构，所述第二驱动机构包括第二电机和与第二电机
同轴转动的第二电机输出轴，第二电机输出轴穿过第一臂和第二臂并与第一臂和第二臂固
定连接，所述第二电机通过第二电机输出轴带动第一臂和第二臂绕支撑臂旋转；
所述第一臂内设有第三驱动机构，所述第三驱动机构包括第三电机、与第三电机
同轴转动的的第三齿轮和垂直于第三电机输出轴延伸方向的第三平动轴，所述第三平动轴
沿轴线S3方向上设有与第三齿轮相绞合的平动齿，所述第三电机通过第三齿轮将动力传递
给第三平动轴并使其沿轴线S3方向平动；
所述第二臂内设有第四驱动机构，所述第四驱动机构包括第四电机、与第四电机
同轴转动的的第四齿轮和垂直于第四电机输出轴延伸方向的第四平动轴，所述第四平动轴
沿轴线S4方向上设有与第四齿轮相绞合的平动齿，所述第四电机通过第四齿轮将动力传递
给第四平动轴并使其沿轴线S4方向平动。
优选地，所述第一臂里的第三平动轴两端设有翻书叶片a1和翻书叶片a2，所述第
二臂里的第四平动轴两端设有翻书叶片b1和翻书叶片b2。
优选地，所述翻书叶片a1、a2、b1和b2处于同一高度且每个翻书叶片末端均为为圆
弧形，每个翻书叶片所在平面与图书检测台面呈60°夹角。
优选地，所述支撑挡板右方、图书检测台和机器臂安装台相交处设有垂直于图书
检测台的定位挡板。
优选地，所述支撑挡板靠近机器臂的一侧设有用于翻书叶片活动的凹槽，所述支
撑挡板右侧面与图书检测台面呈60°夹角。
基于十字架机械臂的图书质量评估机器人的控制方法：
步骤1：将图书以书脊朝下、前封面靠在支撑挡板右侧面的方式放置在图书检测台
上，红外测距传感器检测到图书后，图书质量自动评估机器人开始测评工作，摄像头拍摄图
书后封面，并将图书后封面图像发送给远程服务器；
步骤2：机器臂通过不同的翻书叶片插入图书并向右移动来实现持续的翻动书页；
步骤3：机械臂翻动图书的过程中摄像机和摄像头拍摄图书内页和图书前封面，获
取图书内页图像和图书前封面图像，并发送给远程服务器；
步骤4：根据获取的图书后封面图像，通过图像识别技术，获取图书的ISBN码和图
书的相关信息，根据获取的图书封面图像和图书内页图像与远程服务器原有的相对应的图
书图像信息进行对比，从而实现对图书质量的测评并对图书定价。
步骤5：显示屏显示图书的相关信息和定价价格。
优选地，所述步骤2的具体步骤为：
步骤21：预设支撑挡板右侧面与图书检测台面的相交线为S，翻书叶片a1位于S延
长线的正上方，支撑臂向左移动L0，则翻书叶片a1随之向左移动，正对图书后封面边沿；
步骤22：支撑臂向左移动X，
翻书叶片a1向前运动，则翻书叶片a1插入图书，
转动臂顺时针旋转，则翻书叶片a1随之向右转动翻动书页，
转动臂旋转90°停止旋转，此时翻书叶片b1正对图书；
步骤23：支撑臂向左移动X，
翻书叶片b1向前运动，则翻书叶片b1插入图书，
转动臂顺时针转动，则翻书叶片b1随之向右转动翻动书页，
转动臂旋转90°停止旋转，此时翻书叶片a2正对图书；
步骤24：支撑臂向左移动X，
翻书叶片a2向前运动，则翻书叶片a2插入图书，
转动臂顺时针转动，则翻书叶片a2随之向右转动翻动书页，
转动臂旋转90°停止旋转，此时翻书叶片b2正对图书；
步骤25：支撑臂向左移动X，
翻书叶片b2向前运动，则翻书叶片b2插入图书，
转动臂顺时针转动，则翻书叶片b2随之向右转动翻动书页，
转动臂旋转90°停止旋转，此时翻书叶片a1正对图书；
返回到步骤22。
优选地，预设翻书叶片a1距图书检测台垂直距离为H，支撑挡板右侧面与图书检测
台面呈60°夹角，根据步骤1的红外测距传感器测得图书厚度为h，支撑臂向左移动L0使翻书
叶片对准图书后封面边沿时，支撑臂的移动距离：
预设翻书过程中支撑臂移动的总距离为L1，由计算可得，
预设翻书n次，随机拍摄n页图像，则每次支撑臂移动的距离为X，则L1＝nX；则
所述图书质量的测评包括图书新旧程度、图书残缺程度和图书整洁度的测评。
由上述方案可知，本发明提供的基于十字架机械臂的图书质量评估机器人及控制
方法，通过十字翻书架实现自动翻书的功能，通过摄像机和摄像头采集图书封面和图书内
页的相关图像信息，根据所获取的图书的相关信息对图书质量进行测评，进而实现对图书
的定价。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中
所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标
记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本实施例的正面结构图；
图2为翻书过程中本实施例的正面结构图；
图3为本实施例的左视结构图；
图4为本实施例中机器臂的结构图；
图5为本实施例中支撑臂与第一平动轴的连接结构图；
图6为本实施例中第三驱动机构部分结构图；
图7为本实施例中第四驱动机构部分结构图；
图8为本实施例中第一平动轴移动距离的计算示意图。
附图标记：
1-图书检测台、2-机器臂安装台、3-支撑挡板、4-显示台、5-图像采集面板、6-控制
器、7-红外测距传感器、8-摄像头、9-显示屏、10-机器臂、11-摄像机、12-定位挡板、101-底
座、102-支撑臂、103-第一臂、104-第二臂、105-第一平动轴、106-第二电机输出轴、107-第
三平动轴、108-第四平动轴、109-翻书叶片
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚
地说明本发明的产品，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例：
如图1～图8所示，本发明提供了一种基于十字架机械臂的图书质量评估机器人，
包括图书检测台1，所述图书检测台1后方设有与图书检测台1处于同一平面的机械臂安装
台，所述图书检测台1左侧设有垂直于图书检测台1的支撑挡板3，所述图检测台右侧设有垂
直于图书检测台1的显示台4，所述显示台4上方连接有位于图书检测台1正上方的图像采集
面板5；
所述显示台4面对支撑挡板3的一面安装有显示屏9、红外测距传感器7和摄像头8，
所述图像采集面板5下表面安装有摄像机11，所述机器臂10安装台2上安装有机器臂10，所
述显示屏9、红外测距传感器7、摄像头8、摄像机11和机器臂10分别与设置于显示台4内的控
制器6电连接；
本实施例中控制器6用于处理相关的数据和图像信息，控制器6内有无线传输模
块，用于与远程服务器进行通信；摄像机11、摄像头8和红外测距传感器7为信息采集装置，
摄像机11和摄像头8用于拍摄图书封面图像和图书内页图像，红外测距传感器7用于检测是
否有书和测量图书的厚度；机器臂10为翻书装置，用于自动翻书。
如图4所示，所述机器臂10包括底座101，所述底座101上设有与底座101垂直的支
撑臂102，所述支撑臂102上部设有与支撑臂102垂直的转动臂，所述转动臂可绕支撑臂102
旋转，所述转动臂包括相互垂直的第一臂103和第二臂104。
所述底座101上表面设有用于支撑臂102平动的长方形开口，如图5所示，所述底座
101内设有驱动支撑臂102沿轴线S1平动的第一驱动机构，所述第一驱动机构包括第一电
机、与第一电机同轴转动的的第一齿轮和垂直于第一电机输出轴延伸方向且与支撑臂102
固定连接的第一平动轴105，所述第一平动轴105平行于轴线S1方向上设有与第一齿轮相绞
合的平动齿，所述第一电机通过第一齿轮将动力传递给第一平动轴105并通过第一平动轴
105带动支撑臂102沿轴线S1方向平动；
所述支撑臂102内设有第二驱动机构，所述第二驱动机构包括第二电机和与第二
电机同轴转动的第二电机输出轴106，第二电机输出轴106穿过第一臂103和第二臂104并与
第一臂103和第二臂104固定连接，所述第二电机通过第二电机输出轴106带动第一臂103和
第二臂104绕支撑臂102旋转；
所述第一臂103内设有第三驱动机构，所述第三驱动机构包括第三电机、与第三电
机同轴转动的的第三齿轮和垂直于第三电机输出轴延伸方向的第三平动轴107，所述第三
平动轴107沿轴线S3方向上设有与第三齿轮相绞合的平动齿，所述第三电机通过第三齿轮
将动力传递给第三平动轴107并使其沿轴线S3方向平动；
所述第二臂104内设有第四驱动机构，所述第四驱动机构包括第四电机、与第四电
机同轴转动的的第四齿轮和垂直于第四电机输出轴延伸方向的第四平动轴108，所述第四
平动轴108沿轴线S4方向上设有与第四齿轮相绞合的平动齿，所述第四电机通过第四齿轮
将动力传递给第四平动轴108并使其沿轴线S4方向平动。
如图6、图7所示，所述第一臂103里的第三平动轴107两端设有翻书叶片a1和翻书
叶片a2，所述第二臂104里的第四平动轴108两端设有翻书叶片b1和翻书叶片b2。翻书叶片
109用于插入图书并翻动书页，设有多个翻书叶片109便于快速的翻动书页。
如图1所示，所述支撑挡板3靠近机器臂10的一侧设有用于翻书叶片109活动的凹
槽，所述支撑挡板3右侧面与图书检测台1面呈60°夹角。翻书叶片109翻图书的最后一页时，
向前运动可能会触碰到支撑挡板3，进而会妨碍翻书叶片109的工作，所以支撑挡板3设有一
用于翻书叶片109活动的凹槽。本实施例中为了方便翻书叶片109翻动书页，使图书竖立放
置，将图书以书脊朝下、前封面靠在支撑挡板3右侧面的方式放置在图书检测台1上，为了让
图书竖立放置平稳、不滑落，所述支撑挡板3右侧面与图书检测台1面呈60°夹角。
所述翻书叶片a1、a2、b1和b2处于同一高度且每个翻书叶片109末端均为为圆弧
形，每个翻书叶片109所在平面与图书检测台1面呈60°夹角。每个翻书叶片109的末端均为
圆弧形，是为了防止翻书叶片109的边缘棱角损坏书页。支撑挡板3右侧面与图书检测台1面
呈60°夹角，则图书放置时与图书检测台1也呈60°夹角，设置每个翻书叶片109所在平面与
图书检测台1面呈60°夹角，是为翻书时翻书叶片109平行于图书书页，更好的插入图书进行
翻页。
所述支撑挡板3右方、图书检测台1和机器臂10安装台2相交处设有垂直于图书检
测台1的定位挡板12。定位挡板12用于确定图书竖立放置时的前后位置，图书放置时过于靠
近机器臂10会妨碍翻书叶片109工作，图书放置时过于远离机器臂10则翻书叶片109无法接
触图书。
基于十字架机械臂的图书质量评估机器人的控制方法：
步骤1：将图书以书脊朝下、前封面靠在支撑挡板3右侧面的方式放置在图书检测
台1上，红外测距传感器7检测到图书后，图书质量自动评估机器人开始测评工作，摄像头8
拍摄图书后封面，并将图书后封面图像发送给远程服务器；
步骤2：机器臂10通过不同的翻书叶片109插入图书并向右移动来实现持续的翻动
书页；
步骤3：机械臂翻动图书的过程中摄像机11和摄像头8拍摄图书内页和图书前封
面，获取图书内页图像和图书前封面图像，并发送给远程服务器；
步骤4：根据获取的图书后封面图像，通过图像识别技术，获取图书的ISBN码和图
书的相关信息，根据获取的图书封面图像和图书内页图像与远程服务器原有的相对应的图
书图像信息进行对比，从而实现对图书质量的测评并对图书定价。
步骤5：显示屏9显示图书的相关信息和定价价格。
所述步骤2的具体步骤为：
步骤21：预设支撑挡板3右侧面与图书检测台1面的相交线为S，翻书叶片a1位于S
延长线的正上方，支撑臂102向左移动L0，则翻书叶片a1随之向左移动，正对图书后封面边
沿；
步骤22：支撑臂102向左移动X，
翻书叶片a1向前运动，则翻书叶片a1插入图书，
转动臂顺时针旋转，则翻书叶片a1随之向右转动翻动书页，
转动臂旋转90°停止旋转，此时翻书叶片b1正对图书；
步骤23：支撑臂102向左移动X，
翻书叶片b1向前运动，则翻书叶片b1插入图书，
转动臂顺时针转动，则翻书叶片b1随之向右转动翻动书页，
转动臂旋转90°停止旋转，此时翻书叶片a2正对图书；
步骤24：支撑臂102向左移动X，
翻书叶片a2向前运动，则翻书叶片a2插入图书，
转动臂顺时针转动，则翻书叶片a2随之向右转动翻动书页，
转动臂旋转90°停止旋转，此时翻书叶片b2正对图书；
步骤25：支撑臂102向左移动X，
翻书叶片b2向前运动，则翻书叶片b2插入图书，
转动臂顺时针转动，则翻书叶片b2随之向右转动翻动书页，
转动臂旋转90°停止旋转，此时翻书叶片a1正对图书；
返回到步骤22。
如图8所示，预设翻书叶片a1距图书检测台1垂直距离为H，支撑挡板3右侧面与图
书检测台1面呈60°夹角，根据步骤1的红外测距传感器7测得图书厚度为h，支撑臂102向左
移动L0使翻书叶片109对准图书后封面边沿时，支撑臂102的移动距离：
预设翻书过程中支撑臂102移动的总距离为L1，由计算可得，
预设翻书n次，随机拍摄n页图像，则每次支撑臂102移动的距离为X，则L1＝nX；则
本实施例中，图书放置状态下，通过摄像头8获取图书后封面的图像信息，图书翻
阅完成后，通过摄像机11获取图书前封面的图像信息，图书翻动过程中，摄像机11和摄像头
8所拍摄的图书内页是随机的，体现了检测图书内页图像的随机性，通过获取的图书图像信
息对图书质量进行测评并对图书定价。
所述图书质量的测评包括图书新旧程度、图书残缺程度和图书整洁度的测评。根
据ISB码获取图书的相关信息，如图书的书名、作者、页数、出版时间等，根据图书出版时间
来测评图书的新旧程度，图书出版年数＝现年年份－出版年份，二手图书新旧程度折扣率
为α；
根据图书外观图像和图书内页图像来测评图书残缺损程度和图书整洁度，通过图
像识别技术，对纸张边缘的识别和对污迹的识别，可得出一页纸张原有的面积、残缺的面积
和污迹的面积，通过计算得出整本二手图书的残缺程度和整洁度的折扣率为β；
根据市场价值取向，二手的物品即使崭新如初也是要大打折扣的，设图书的二手
折扣率为θ。
设定图书的现价为A，图书的原价为A0，则图书现价：
A＝α×β×θ×A0，其中α为新旧程度折扣率，β为残损程度和整洁度折扣率，θ为二
手折扣率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管
参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然
前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替
换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范
围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。