楊政昂

摘 ?要：該文主要簡要探討了“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下，實體圖書館管理與服務(wù)水平欠缺的相關(guān)問題。并從這些問題著手，分析了引入智能化圖書管理的必要性，以提高實體圖書館的管理與服務(wù)水平來適應(yīng)未來圖書館的發(fā)展需求。該文采用觀察法、訪談法、文獻研究法分別從讀者和圖書管理者的角度進行需求挖掘，列舉了機器人技術(shù)在現(xiàn)今圖書館的潛在應(yīng)用價值，初步分析了圖書館用機器人的功能架構(gòu)，設(shè)計了機器人的實體結(jié)構(gòu)和技術(shù)組成，并對部分環(huán)節(jié)進行了模擬實驗。最后，該文以該機器人的運用為基礎(chǔ)，提出了幾項圖書館在服務(wù)與管理方面可做出的創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖書館 ?智能機器人 ?圖書館管理 ?服務(wù)創(chuàng)新

中圖分類號：TP242 ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）05（c）-0175-05

Abstract： This paper briefly discussed problems related to underserved management to physical library in the context of "Internet plus". Starting with these problems， this paper analyzed the necessity of introducing intelligent library management， so as to improve the management and service level of physical libraries to meet the development needs of future libraries. This paper employed the method of observation， interview ?and literature research， respectively extracted demands from the perspective of readers and the librarian， list the potential application value of robot technology in modern library， preliminarily analysis of ?the structrue of the robot function， designed the entity structure and technology of the robot， and simulated experiments for some segments. Finally， based on the application of the robot， this paper proposed several innovations that libraries can make in service and management.

Key Words： Digital library; Smart robot; Library management; Service innovation

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的進步，傳統(tǒng)圖書館已經(jīng)不能滿足人們的閱讀需求。數(shù)字圖書館的相關(guān)研究得到了廣泛關(guān)注，并開始進入實踐狀態(tài)。在國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見》后，我國出現(xiàn)了“互聯(lián)網(wǎng)+”理論和應(yīng)用研究的熱潮，傳統(tǒng)圖書館也在此背景下做出了許多創(chuàng)新，例如出現(xiàn)了圖書館用APP、微信小程序等線上服務(wù)產(chǎn)品[1]。相對而言，圖書館線下服務(wù)的發(fā)展和革新，在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下被忽視。智能機器人對于圖書館管理服務(wù)系統(tǒng)的升級創(chuàng)新具有不可替代的作用。早在20多年前，自動存取系統(tǒng)就開始在國外圖書館內(nèi)使用，而我國在近10年內(nèi)才出現(xiàn)了圖書館智能機器人的相關(guān)概念[2]?？傮w來說，國內(nèi)對于智能機器人在圖書館方面的應(yīng)用相對滯后。

該文將結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)的時代背景，系統(tǒng)梳理目前圖書館服務(wù)管理面臨的問題，設(shè)計一款符合現(xiàn)今圖書館需求的智能機器人，并以此為基礎(chǔ)，論述對服務(wù)管理方面可進行的創(chuàng)新。

1 ?圖書館存在的問題與智能化趨勢

1.1 圖書館存在的問題

與社會公眾日益增長的需求相比，實體圖書館存在產(chǎn)品和服務(wù)內(nèi)容單一匱乏、形式老舊、質(zhì)量不高、規(guī)模不足等問題[3]。高校圖書館的人力資源配置也存在著總量較少、人員身兼數(shù)職的問題[4]。數(shù)字圖書館，一是閱讀體驗不好[5];二是使用不規(guī)范，整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化不理想[6];三是，信息資源的完整性、真實性以及保密性等具有安全隱患[7]。相關(guān)研究表明，數(shù)字圖書館的使用不會影響實體圖書館到館人數(shù)[8]。

1.2 智能化趨勢

在圖書館智能機器人領(lǐng)域，美國研究了一套自動存取系統(tǒng)（ASRS）現(xiàn)已投入使用;歐洲研發(fā)了圖書館語音聊天機器人，中國個別高校現(xiàn)也自主研發(fā)并投入使用;在新加坡，研究人員研發(fā)制造出一款名為AuRoSS的自主式機器人可以對圖書進行盤點，南京大學(xué)也自主研發(fā)了一款自動盤點機器人。經(jīng)過調(diào)查研究，在機器人與實體圖書直接進行管理領(lǐng)域，存在很大的學(xué)術(shù)空白。

大數(shù)據(jù)環(huán)境下的人們提出了使服務(wù)朝著高效、智慧、個性化發(fā)展的需求。隨著國民素質(zhì)的提高，閱讀環(huán)境的改善，將有更多人成為圖書館的未來讀者。巨大的需求將對圖書館工作人員的業(yè)務(wù)能力、各項素質(zhì)，提出更高的要求[9]。而現(xiàn)實情況下，圖書館缺乏足夠的專業(yè)人才。因此，實體圖書館可以運用機器人相關(guān)技術(shù)，完善與實體圖書的互動能力，提高圖書館的管理與服務(wù)水平。

2 ?圖書館智能機器人設(shè)計

2.1 需求分析

（1）讀者的需求。

根據(jù)讀者類型的不同，讀者對圖書館的需求大致分為3類。第一類是研究型讀者，其閱讀目標十分明確，即快速獲得相關(guān)圖書和文獻，希望以最節(jié)約時間的方式借走圖書。第二類是學(xué)習(xí)型讀者。這類讀者涉及的知識較為廣泛，因而對圖書館的館藏資源要求較高。對此類讀者而言，圖書館的館藏資源豐富，能夠在大量圖書中獲得想要的圖書最為重要。第三類為混合型讀者。這一類讀者對文學(xué)、歷史、社會等方面的圖書興趣度更高，涉獵的知識也比較廣泛。因此，對圖書館主題專欄較高的安排與調(diào)整能力，將會成為此類讀者的一大需求[10]。除此之外，大眾對圖書館的閱讀環(huán)境要求越來越高，傳統(tǒng)的圖書館很難帶給讀者沉浸式的閱讀體驗。

（2）管理員的需求。

圖書館工作人員工作的一大重點，即為信息的分析與整合。這要求工作人員主動去獲取讀者的閱讀特點與需求等相關(guān)信息。但隨著讀者數(shù)量的不斷波動變化，相關(guān)數(shù)據(jù)將變得更多樣化。因此，圖書館工作人員將需要更智能的手段，來輔助自己高效工作。此外，目前圖書館工作的內(nèi)容與形式，導(dǎo)致了一定數(shù)量的圖書館工作人員對管理工作抱有消極的心理。要改變圖書館的工作體驗，就需要減少重復(fù)性枯燥乏味的工作。圖書館管理員既是人類知識的服務(wù)者也是創(chuàng)造者，他們也需要大量人力去支撐他們有能力去實現(xiàn)各種各樣分享信息資源的傳遞與分享方式[11]。綜上所述，我們認為，運用機器人技術(shù)幫助圖書館工作人員進行管理、服務(wù)讀者，能夠大大滿足新時代背景下人們的閱讀需求。

2.2 整體架構(gòu)設(shè)計

機器人的能力分為四大類：空間移動能力、自動導(dǎo)航能力、書籍的操作能力、信息獲取的能力?？臻g移動能力、自動導(dǎo)航能力保證了機器人可以按照預(yù)期進行移動，為機器人管理圖書提供基本的空間移動能力。書籍操作能力是本機器人的關(guān)鍵能力，它關(guān)系著整個機器人任務(wù)目標的實現(xiàn)與否。信息獲取能力是輔助能力，它支持了機器人可以正確地獲取任務(wù)對象的目標等，支撐了整體功能很好地實現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，這四大類能力又可分為多項基礎(chǔ)能力，如書籍上下架能力、書籍容納能力、書籍辨認能力、網(wǎng)絡(luò)連接能力、線下交互的能力等（見圖1）。

2.3 主要部分設(shè)計細節(jié)

圖書館智能機器人整體設(shè)計如圖2所示。

（1）磁傳感器導(dǎo)向。

在圖書館的建設(shè)過程中，在地板下埋藏金屬定位圓柱，機器人通過運動底盤的磁傳感器可以感知自己所在的位置。這種技術(shù)可以適應(yīng)各種圖書館布局，可以在圖書館設(shè)施布局改變后再次編程調(diào)整路線。這種方式相對于循線導(dǎo)航等方式，具有靈活度高、美觀、壽命長的優(yōu)點。

（2）圖像識別。

鑒于成本和升級空間考慮，對圖書信息的采集，我們選用圖像識別技術(shù)。這種技術(shù)相對于其他技術(shù)，結(jié)構(gòu)上十分簡單，只需要相機即可。經(jīng)過試驗，相機對書架上書籍之間的縫隙可以接近百分之百的識別，并轉(zhuǎn)化為坐標信息傳給機械部分的執(zhí)行機構(gòu)（見圖3）。圖像識別也可以成功識別書籍側(cè)面的條形碼等。選用圖像識別的另一個重要因素是其可升級性。通過算法的升級，圖像識別可以識別更多比如圖書名字信息，為未來提供了發(fā)展?jié)摿ΑＭㄟ^相機拍攝機器人所互動的目標圖像，即可定位放書的位置坐標和書籍的信息[12]。

（3）麥克納姆輪底盤。

麥克納姆輪可以實現(xiàn)實現(xiàn)360°自由移動。避免轉(zhuǎn)向機構(gòu)的運用，降低另外制造轉(zhuǎn)向機構(gòu)的成本，能通過算法直接微調(diào)定位，也可以在特殊情境下使運動能力最大化。

（4）轉(zhuǎn)盤型設(shè)計。

書籍沿轉(zhuǎn)盤徑向擺放。承載書籍的轉(zhuǎn)盤可以旋轉(zhuǎn)，減少取放書裝置的復(fù)雜程度。轉(zhuǎn)盤存在缺口，使得取放書裝置可以在缺口處上下移動，從而允許多層轉(zhuǎn)盤疊加，增加機器人的書籍容量，并可以提高不同層數(shù)書籍之間的位置改變靈活度（見圖4）。

（5）取放書機構(gòu)設(shè)計。

不采用機械手，降低成本，降低復(fù)雜程度。運用電動夾手與推桿電機的配合，實現(xiàn)圖書的放入和取出。放入時，機器人根據(jù)數(shù)據(jù)庫里書籍的位置信息進行粗略定位，移動到相應(yīng)的位置。取放書機構(gòu)由同步帶電機帶動升降，到達書籍應(yīng)在的書架層，攝像頭開始獲取附近圖書的信息，通過計算機邏輯判斷定位書籍應(yīng)該所在的位置，用電機配合插片擴大書之間的間隙，將目標圖書推進其中。取出時，用L型部件，卡住書籍上方的直角，通過兩個推桿電機的配合，模擬人手的撥出動作，將書撥出，最后用電動夾手夾住書籍取出。后續(xù)經(jīng)過重力制動矯正書籍姿態(tài)放入轉(zhuǎn)盤（見圖5）。

（6）遠程控制技術(shù)。

在我們的實驗中，我們采用了VNC（虛擬網(wǎng)絡(luò)連接控制臺），對機器人的樹莓派進行了連接，實現(xiàn)了遠程計算機控制。VNC是基于UNIX和Linux操作系統(tǒng)的免費的開源軟件，遠程控制能力很好，操作簡單，可以滿足機器人的最低需求。

（7）觸摸屏技術(shù)。

為了實現(xiàn)和讀者的現(xiàn)場交互，我們采取了電阻觸摸屏。電阻觸摸屏可以配合交互界面讓讀者易于理解，操作容易。此外，觸摸屏具有不怕灰塵、水汽、油污等特性，清潔起來比鍵盤簡單。

3 ?圖書館管理與服務(wù)創(chuàng)新

在互聯(lián)網(wǎng)+背景下，圖書館通過與物聯(lián)網(wǎng)、室內(nèi)空間導(dǎo)航、智能模式識別等信息技術(shù)的融合，可以實現(xiàn)館藏圖書的精確定位，方便用戶進行圖書查找;可以精準地顯示導(dǎo)航路線，規(guī)劃出圖書所在位置的精確行走路線，為用戶獲取圖書提供幫助。智能模式辨識技術(shù)可以實現(xiàn)圖書館智能機器人在行進過程中完成圖書抓取、障礙物躲避以及人機語音交互等功能，很大程度上提高圖書館智能機器人工作效率。在圖書館的場景下，圖書館管理人員和讀者用戶多處于自由流動狀態(tài)，智能機器人并不只是完成機械動作，而是會根據(jù)現(xiàn)實情況做出相應(yīng)的動作調(diào)整，提高服務(wù)質(zhì)量。

3.1 圖書管理創(chuàng)新

如圖6所示，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，圖書館現(xiàn)有的管理系統(tǒng)能和各種系統(tǒng)進行對接，能獲取到包括讀者的習(xí)慣、讀者的需求、圖書館運行業(yè)務(wù)的狀況，幫助管理人員更快地找出圖書館存在的問題，并根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)做出更好的決策，提升圖書館業(yè)務(wù)水平和服務(wù)質(zhì)量。

（1）自動更新書架。

管理員既可以主動命令機器人更新書架，將歸還的圖書，重新歸至推薦區(qū)或者熱門圖書書架，還可以設(shè)置機器人自動以某一頻率或者特定條件下更新書架。避免歸還的圖書長時間不歸入書架，讀者找不到，也避免熱門圖書更新不及時、更新不客觀。

（2）書架內(nèi)容和書目編輯。

在遠程控制端，圖書館管理員可以編輯特定書架的書籍內(nèi)容以及擺放順序。

（3）遠程移動圖書。

圖書館管理員可以命令機器人將任意本書進行任意的位置調(diào)動。

（4）移動巡視。

管理員可以遠程調(diào)用機器人的相機，在機器人工作的時候巡視館內(nèi)情況。

3.2 服務(wù)創(chuàng)新

智能化機器人技術(shù)在圖書館服務(wù)創(chuàng)新中的使用，改變了用戶的傳統(tǒng)的圖書館借閱習(xí)慣。用戶使用圖書館主要是完成圖書、期刊查找借閱等內(nèi)容，其中主要包括圖書檢索環(huán)節(jié)、圖書查找環(huán)節(jié)、圖書獲取環(huán)節(jié)、圖書借閱環(huán)節(jié)等。 用戶通過軟件界面來獲取相關(guān)的圖書信息，并通過機器人輔助完成以上動作，直接將準備借閱的圖書送到讀者面前，節(jié)約來回走動尋找圖書的時間，創(chuàng)造更好的沉浸式閱讀體驗（見圖7）。具體包含以下幾個方面。

（1）立即歸還。

只要周圍有機器人經(jīng)過，可以立即將欲歸還的圖書放到機器人上，機器人通過索引即時查出書籍所在書架位置，自動將書籍放回原位。節(jié)約讀者時間，減少讀者將書籍亂放，保證其他借閱者更快閱讀。

（2）協(xié)助預(yù)約。

讀者通過微信公眾號預(yù)約時間借書，機器人自動根據(jù)讀者要求將圖書收集，放置到預(yù)約書架，方便圖書管理員打包標記，借閱者可以即來即取。適應(yīng)沒有快遞送書服務(wù)的地區(qū)，節(jié)約借閱讀者時間，更好地服務(wù)生活節(jié)奏較快人群，并減少圖書館工作人員的工作負擔(dān)。

（3）送書到桌。

讀者通過微信小程序，列出自己需要的書籍名稱，并說明自己的座位位置（圖書館座位已編號的前提條件下），機器人代替讀者尋找所需要的書籍。提高了讀者在圖書館內(nèi)學(xué)習(xí)的效率，保證了讀者學(xué)習(xí)的持續(xù)性。

（4）圖書實體推薦。

當(dāng)讀者登錄微信小程序時，會提交自己的位置信息。機器人通過定位，可以在讀者面前推薦經(jīng)由數(shù)據(jù)統(tǒng)計得出的個性推薦書籍，讀者可以直接從機器人身上取下圖書。這樣使得讀者有更高質(zhì)量、更個性化服務(wù)的書籍推薦，也降低讀者的心理負擔(dān)，提高讀者拓展閱讀的可能性，增強大眾學(xué)習(xí)的效果。

（5）助殘取書。

行動困難的讀者可以通過微信小程序使用送書到桌服務(wù)獲得書籍，也可以在瀏覽書架的時候通過手機微信小程序發(fā)送坐標“呼喚”機器人。機器人到達指定書架之后，屏幕界面自動顯示書架上的書籍。讀者可以直接點擊屏幕上的書籍，機器人就會取下圖書，讓讀者獲取。讀者簡略看完之后，將圖書直接放到機器人上，全程機器人跟隨。另外微信小程序和屏幕界面有前臺呼叫的功能，應(yīng)對其他機器人解決不了的情況。

4 ?結(jié)語

圖書館智能化勢不可擋，經(jīng)過良好設(shè)計的智能機器人的運用，可以促進圖書館服務(wù)管理的創(chuàng)新，從而提升圖書館服務(wù)與管理質(zhì)量，適應(yīng)圖書館新的需求，也為未來圖書館創(chuàng)造了更多的潛在價值。通過對智能機器人的使用，讀者能夠逐漸適應(yīng)圖書館信息技術(shù)的環(huán)境，間接促進了圖書館電子資源的正確使用和數(shù)量與質(zhì)量的提高。最重要的是，圖書館以基于智能機器人為基礎(chǔ)的服務(wù)管理創(chuàng)新，可以增強讀者的閱讀體驗，吸引更多的讀者，促進深化閱讀，改善社會的閱讀環(huán)境，豐富文化生活，給人們帶來更多的智慧與幸福。

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