圖書館機器人應用研究

收稿日期：2024-03-17

作者簡介：馮清首（1980—" ），佛山市順德圖書館館員。

* 本文系2022年度廣東省圖書館科研課題“圖書館機器人應用研究——基于佛山市順德圖書館AGV項目的探索與實踐”的階段性研究成果之一，課題編號：GDTK22009。

摘" 要：文章從圖書館設置AGV系統的必要性出發，以佛山市順德圖書館為例，通過對其AGV圖書自動分揀系統各個部分的分析，總結了目前圖書館應用AGV系統的優勢，并根據順德圖書館在應用AGV系統時的實際情況，從經濟性、便捷性和安全性三個方面提出一些建議，以期為其他圖書館建設AGV分揀系統提供參考。

關鍵詞：自動分揀；自動搬運；圖書館；機器人

中圖分類號：G250"" "文獻標識碼：A""" 文章編號：1003-1588（2024）04-0118-04

1" 背景

十八大以來，黨和政府都在積極推動公共文化服務體系建設。隨著政策的不斷深化，一方面我國公共圖書館的數量和館藏數量都呈上升趨勢，圖書借閱頻次和數量也出現大幅增長；另一方面隨著讀者數量的增加，用戶的服務需求也變得更加多樣化和精細化。

在館藏數量和讀者需求不斷增多的情況下，館員不得不忙于歸還圖書整理，新書上架、搬運等工作，而無暇顧及圖書館設備的智能化引進和多樣化服務意識的提升。因此，要想推進智慧化建設，公共圖書館就需要引進AGV機器人代替人工完成重復且耗費體力的勞動。AGV自動分揀機器人的應用不僅能夠提高圖書分揀效率，還能夠節省人力資源，從而將人力資源用到更有價值的崗位。

2" 公共圖書館引進AGV機器人的必要性

2.1" 自動分揀技術是通向智慧圖書館的臺階

《中國圖書館學會“十四五”發展規劃綱要（2021—2025年）》指出，現階段正是我國圖書館創新改革的重要時期，要結合大數據技術的發展不斷推進智慧圖書館建設進程。但是，按照目前的進度，公共圖書館向智慧圖書館轉變還需要一定的時間，在轉型過程中需要進化為不同形態以適應新需求的變化。就目前狀況而言，我國公共圖書館亟須解決的問題是過剩的基礎工作和讀者需求與工作效率低之間的矛盾，因此最適合現階段的進化進程應該是智能化機器人形態。

在智能機器人應用方面，我國很多公共圖書館都進行了積極的探索并取得了一定的成就，如：深圳圖書館將RFID（無接觸自動識別）技術運用到圖書館智能化建設體系中，提高了圖書分揀效率，節省了人力；蘇州圖書館利用大數據技術建設智能立體書庫，打破了書籍虛實互通的結界；武漢大學圖書館引進了自動盤點圖書的機器人，減輕了庫存管理壓力。通過對我國不同地區圖書館的情況調研可以發現，目前RFID、大數據等技術在公共圖書館已經普遍得到應用，而AGV作為融合了這些技術的智能機器人分揀系統，在圖書館的應用也具備了實現條件。AGV智能分揀機器人是最適合當前公共圖書館需求的產物，也是公共圖書館向智慧圖書館進化必不可少的形態。

2.2" 推進城市圖書館體系發展需要構建AGV系統

2.2.1" AGV技術發展態勢良好。AGV（Automated Guided Vehicle）是一種智能化移動引導機器人，以前主要被用于解決物流倉儲問題，提高搬運效率。目前，針對不同需求定制化機器人的開發已經逐漸被應用到各行各業?！吨袊鴻C器人產業發展報告（2022年）》指出，我國機器人市場需求正在不斷得到拓展，AGV市場預計將會在2025年達到200億規模。除了應用環境的不斷增多，AGV技術也在不斷取得突破，主要的技術難點是如何在多機器人的情況下進行路徑安排和多任務情況下進行合理調度，經過技術人員的努力，目前該問題已通過完善中央調度系統取得了較大突破，也給公共圖書館應用AGV機器人提供了技術支持。

2.2.2" 公共圖書館傳統分揀系統亟待更新?！段幕吐糜谓y計公報》數據顯示，截至2022年年底我國共有公共圖書館3，303家，相比于2015年的3，139家增長了50%。2022年年底我國公共圖書館館藏量達13.6億冊，相比于2015年8.3億冊增長了63.86%。公共圖書館的數量因受地域限制增長速度并不快，但館藏數量在7年內增長超過50%。面對快速增多的館藏數量，公共圖書館分揀系統的弊端逐漸顯現出來。在傳統的圖書歸還和盤點過程中，通常是用戶將歸還的圖書放置在指定位置，館員根據圖書編號將書籍分類并搬運到各自書架，在一定周期內進行圖書盤點。這一過程不僅流程長、效率低，而且很容易出錯，增加了圖書館的管理成本。將AGV機器人應用到公共圖書館分揀系統，應用成本較低的機器人進行圖書分類、搬運盤點等工作，能夠提高圖書分揀效率，同時完善我國公共圖書館智能系統。

3" 圖書館機器人應用案例——以佛山市順德圖書館為例

3.1" 圖書館簡介

順德圖書館位于佛山順德區，目前已有60多年的歷史，建筑面積28.3萬平方米，設計藏書量100萬冊，閱覽室座位1，500余個。作為區級公共圖書館，順德圖書館是全區精神文明和文化建設重要基地之一，其服務水平和智能化水平能夠在一定程度上反映該區的整體公共文化水平。因此，順德圖書館一直把“服務”作為工作重心，通過“走出去、引進來”的策略不斷提高圖書館智能化水平，以期建設一個共建共享的圖書館集群。

為解決圖書館內圖書歸還、分類、搬運效率低等問題，順德圖書館一直在探索一套合適的智能圖書分揀系統，技術人員對市面上的智能分揀系統（移載分揀、交叉帶分揀、滑塊分揀和AGV機器人分揀技術）進行調研并分析其優劣勢，見表1，最終選擇與廣東嘉騰機器人自動化有限公司合作，共同開發AGV自動分揀系統。

3.2" 順德圖書館AGV設計原則及建設現狀

3.2.1" AGV機器人自動分揀系統設計原則。在進行AGV自動分揀系統前期建設前，為完全將機器人的優勢發揮出來，圖書館必須深入分析自身需求，并通過對本館的實地精確測量后才能進行符合安全生產規范的系統設計。圖書館在進行建設時要嚴格遵守以下原則：一是要掌握每日圖書歸還的數量，并根據一段時間的平均值確定分揀機器人的數量。二是要保持館內的安靜特性，對機器人運行過程進行靜音化處理（不高于50分貝）。三是精確測量館舍面積和各個圖書分類的地理位置，確定分揀口和搬運機器人的數量。四是根據建筑特點決定AGV系統的總質量。

3.2.2" 順德圖書館AGV建設現狀。佛山市順德圖書館從2021年年初開始立項進行AGV系統建設，期間通過總服務臺設計及施工、分揀平臺設計及施工、分揀機器人設計及制造、機器人調試、試運行、正式運行等步驟，最終在2021年10月建成AGV智能圖書分揀、搬運、消毒一體化系統（以下簡稱“AGV系統”），包括25臺分揀機器人、6臺搬運機器人和4個充電樁，整體占地133平方米。工作流程為用戶或館員進行還書—分揀機器人利用RFID技術將還書機接口的圖書分別投放到對應的投放口—投放口進行紫外線消毒—投放箱放滿后，搬運機器人將書籍搬運至指定位置并將空箱及時補位。

3.3" AGV圖書系統組成及各部分原理分析

AGV圖書系統共有3個還書口（1個用于館員歸還圖書，2個用于用戶歸還圖書），還書口應用RFID技術進行圖書識別，運用光電感應系統完成對還書動作的回應。還書口可以通過掃描圖書上的條形碼識別圖書的分類情況，并將信息傳輸到調度系統等待分揀指令，指令下達后將書籍傳送給分揀機器人。順德圖書館平均每個還書口每小時處理效率為400本圖書，因此每小時3個還書口的總處理效率為1，200本圖書。

分揀平臺是分揀系統的基礎設施，能夠為分揀機器人和搬運機器人提供工作場地，并維持書籍運輸效率，順德圖書館根據館舍面積和書籍數量最終確定了32個分揀口。圖書館還書最高峰為1，200本/小時，綜合考慮各種因素后最終確定投入25臺分揀機器人。分揀平臺的設計原理是將平面地理位置轉換為模型數據，以便機器人進行識別。中央調度系統會一邊記錄32個分揀格口位置所對應的圖書類型和館藏分布，一邊對每個格口的歸還書籍數量進行統計，當某一個格口的還書數量到達最大值，中央系統會暫停該還書口運轉。集裝箱設計尺寸為805*570*500毫米，最多可以放入圖書250本。同時，中央調度系統還會同時顯示每一個機器人的實時位置和狀態。

分揀機器人的工作內容是將還書口的圖書投放在指定的格口。順德圖書館根據以下多項數據確定分揀機器人的配置數量：一是分揀生產節拍為0.05分鐘/本，二是分揀機器人的平均運行距離為28米，三是分揀機器人的運行速度設置為40米/分鐘、平均運行時間為0.7分鐘、交管時間為0.17分鐘、接書到投書時間為0.17分鐘、平均往返時間為1.04分鐘。順德圖書館最終計算得出所需分揀機器人數量為21臺，考慮需要4臺備用，因此共計投入25臺。分揀AGV機器人的工作原理為運用二維碼導航模式，同時根據圖書館實際需求，分揀AGV機器人被設計為體型流暢的方形，并設置規避障礙物、智能充電等功能。技術人員通過調度管理系統實現分揀AGV機器人的智能路徑規劃，避免互相碰撞。

順德圖書館根據分揀生產節拍和運行相關數據（分揀生產節拍為1.75分鐘/本、搬運機器人的平均運行距離為90米、搬運機器人的運行速度設置為40米/分鐘、平均運行時間為2.25分鐘、空滿框交換時間為1.5分鐘、來回乘坐電梯時間為1.5分鐘、平均往返時間為2.25分鐘）確定AGV搬運機器人數量，最終配置為6臺，其中2臺搬運機器人負責還書口箱子的滿空轉換，2臺負責將滿箱書籍搬運至電梯并運送到指定樓層，剩下2臺負責圖書歸還的“最后一公里”，跟隨館員運送到指定書架。AGV搬運機器人采用二維碼視覺導航和慣性導航系統，通過提前設置路線和搬運需求的方式實現機器人自動工作的效果。AGV搬運機器人適應人機混合的作業環境，不僅有自動導航功能，還可以通過中央調度系統接收簡單指令。

充電樁的作用是給機器人提供能源供給，也受中央調度系統的控制與調度。充電樁的工作原理為全自動24小時供電系統，主要通過外部Wi-Fi與中央調度系統聯結，檢測機器人狀態并根據預設的充電邏輯提供電流。

AGV改裝電梯負責搬運機器人的上下樓運送。改裝貨梯的工作原理是運用MFIO模塊與搬運機器人實現智能互聯，用繼電器觸點開閉模擬人手操作按鈕。

4" AGV分揀系統在圖書館的應用優勢

4.1" 提高還書效率

AGV技術可以實現每小時1，200本的還書量，并通過中央調度系統的調度，各個機器人之間協同配合，大大提高了圖書館的還書效率。傳統模式下，館員日常有80%的時間需要整理歸還的圖書，應用AGV機器人系統后，他們只需要用之前1/4的時間就可以完成此項工作，不僅提高了還書效率，還降低了低端工作的人力投入成本。

4.2" 改善用戶體驗

順德圖書館一直將用戶服務作為圖書館的戰略發展目標，用戶滿意度的提升不僅能夠提高公共圖書館的社會地位，還能夠形成全民閱讀的風氣，提升我國文化建設氛圍。AGV機器人的應用可以減少用戶在借還書過程中的等待時間，并進行書籍消毒保障讀者安全。同時，智能化設備會給讀者帶來更加優質的視覺體驗，提升圖書館的影響力。

5" 順德圖書館AGV應用過程的建議

5.1" 新項目建設要整合原有資源，考慮經濟性

在AGV系統設計階段，順德圖書館曾溝通探討了好幾版方案，最后選擇的方案是綜合考慮場館面積和原有設施的基礎上最合適的一版。在設計自動分揀系統，尤其是系統平臺的尺寸和分揀口數量時，圖書館不要一味追求數量，而應結合調研數據合理設定分揀口數量。在設計中央調度系統時，圖書館要根據各個樓層的實際情況對路線進行智能規劃，把充分利用已有資源提到與滿足業務需求同樣的高度上。

5.2" 綜合滿足讀者需求，體現便捷性

公共圖書館是一個地區展示自身文化水平的窗口，因此無論是新的建設項目還是智能化轉型都要把讀者需求放在第一位。在設計AGV系統時，圖書館不僅要考慮到內部的需求，也要考慮到外部需求，如：順德圖書館在設置搬運機器人和分揀機器人時盡量做到靜音運作，給讀者創造一個安靜的閱讀環境。同時，操作系統的設置也要盡量簡單化，讓讀者在還書時不會感到有壓力，整個操作系統的外觀設計要簡潔美觀，符合絕大部分讀者的審美習慣。

5.3" AGV設定加入智能保護環節，保證安全性

AGV系統雖然大大提高了圖書館部分工作的效率，但不得不承認新的技術總會帶來新的風險，運動型機器人很可能發生系統故障，導致無法正常工作。因此，在設定AGV系統時，圖書館要在不同環節都加入智能保護概念，如：順德圖書館在自動充電設備中設置了電流電壓檢測，保證用電安；在貨運電梯設置了光感應，保證搬運機器人安全運送。

參考文獻：

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（編校：周雪芹）