随着全民阅读概念的普及,我国公共图书馆的藏书量不断增加,大量书籍给图书管理工作造成困难。当前图书馆机器人存在自主性较差,取书末端执行器适用条件局限等问题。针对这些问题,本课题的目标是设计一款自主性强、适用范围广的图书馆机器人,其主要工作包括:1、取书机械爪和机械臂的结构设计。2、取书机构控制系统的搭建。3、底盘自主移动功能实现等。具体研究内容如下:首先,深入图书馆环境进行实地调查,对上下书架间的距离、过道的距离等数据进行测量,并对不同情况下图书所受到摩擦力与粘连力进行了实验,从而对机器人整体形状、大小以及所需夹持力等进行了需求分析。并据此提出了通过机械爪夹取图书、机械臂带动夹爪到达图书上方、底盘带动整体移动的机器人整体设计方案。其次,设计了一款模拟人手取书动作的拨取、抓取结合的三指取书机械爪,解决了图书密集排列时由于互相遮挡造成的简单两指机械爪无法进行抓取的问题。对所设计的三指机械爪进行电机选型以及控制系统的设计,并进行了机械爪取书实验,实验结果表明该机械爪在指定位置能够对目标图书有良好的抓取效果。再次,通过比较机械臂类型,提出针对图书馆环境中的书架这一工作平面,使用直角坐标系机械臂来对机械爪进行搭载,对其进行了结构设计。并设计了一款放置在底盘上的可移动书架,以此来实现取书后的种类分选。对机械臂和可移动书架进行了电机选型以及控制系统的设计。最后进行了机械臂联通机械爪的连续取书实验,验证了其具有对目标书架进行连续取书,并将书放进车载书架上不同的格子里进行分选的功能。随后,通过对市面常用机器人底盘类型进行比较,提出使用负载能力较强的阿克曼底盘。通过对该底盘的运动学进行分析,在仿真环境下实现了对底盘的运动控制。构建了仿真图书馆环境,对底盘搭载了Gmapping建图算法后,在仿真环境下通过实验对该算法中参数值进行优化。对仿真底盘搭载move＿base导航功能包并进行了仿真导航实验,验证了阿克曼结构底盘在图书馆环境下实现自主运动的可行性。然后在真实环境下进行了底盘建图和导航的实验,评价了底盘实际建图以及导航效果。并在实验室中搭建了模拟图书馆环境,进行了自主移动实验,评价了其实验效果。最后,对整体系统进行搭建,并进行了机器人到达地图中指定位置,随后进行取书的整体实验,验证了整套系统的可行性,并对该机器人的整体效果进行了评价。