王偉興 李港 李小林
摘要:智能化時(shí)代的來臨,機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于越來越多的領(lǐng)域,但對(duì)于圖書智能化管理仍處于初步發(fā)展階段。本文簡述國內(nèi)外圖書館智能機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀的同時(shí),提出了一種智能化,全面化的圖書館館藏管理設(shè)計(jì)方案。利用智能分揀系統(tǒng)和搬運(yùn)機(jī)器人兩大模塊系統(tǒng)的解決了圖書館員低效率高強(qiáng)度的工作問題,并且更新了傳統(tǒng)模式下的圖書館書籍管理和服務(wù)模式,以促進(jìn)國內(nèi)圖書館機(jī)器人的發(fā)展。
關(guān)鍵詞:搬運(yùn)機(jī)器人圖書分揀智能圖書管理
1背景
隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的急速發(fā)展,人工智能及計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐。目前,智能機(jī)器人的發(fā)展有很大的應(yīng)用前景。其中各類大型圖書館的圖書管理工作存在單調(diào)性、重復(fù)性等問題。機(jī)器人是一種節(jié)約人力的自動(dòng)化設(shè)備??梢源婺壳皥D書館工作人員低效率高強(qiáng)度的圖書管理工作。1994年世界上第一個(gè)機(jī)器人為圖書館服務(wù)的機(jī)器人誕生,打開了圖書館應(yīng)用機(jī)器人的篇章。而國內(nèi)關(guān)于圖書館機(jī)器人的應(yīng)用仍處于理論研究階段,因此,圖書館搬運(yùn)機(jī)器人在國內(nèi)必將有有很大應(yīng)用前景。
2國內(nèi)外現(xiàn)狀分析
在國外,圖書搬運(yùn)機(jī)器人在德國柏林大學(xué)圖書館、德國洪堡大學(xué)圖書館和日本大阪市立大學(xué)得到了成功應(yīng)用。圖書自動(dòng)存取機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)自主導(dǎo)航和定位,完成圖書上下架等操作,具有代表性的研究是美國約翰霍普金斯大學(xué)SuthakornJ等研制的面向異地圖書存取的機(jī)器人系統(tǒng)(CAPM)原型,新加坡國立大學(xué)、西班牙卡斯捷羅大學(xué)也進(jìn)行了相關(guān)研究。
而在國內(nèi),涉及人工智能、圖書準(zhǔn)確定位與抓取、多機(jī)器人協(xié)作等的機(jī)器人技術(shù)要真正應(yīng)用到開放性的圖書館環(huán)境還面臨很多挑戰(zhàn)。比如清華大學(xué)圖書館的聊天機(jī)器人,廈門市圖書館的分揀系統(tǒng)。
3總體設(shè)計(jì)方案
一種智能化圖書管理系統(tǒng)包括搬運(yùn)機(jī)器人和智能分類系統(tǒng)兩個(gè)部分,其一可以在圖書館還書位置設(shè)置一個(gè)智能書柜,該書柜可采用目前最方便及通用的條形碼識(shí)別技術(shù)將所還書籍進(jìn)行分類整理。該書柜為整個(gè)系統(tǒng)控制中樞,其內(nèi)可輸入整個(gè)管藏的書籍信息,控制機(jī)器人搬運(yùn)。其二,圖書搬運(yùn)機(jī)器人根據(jù)信號(hào)判斷取書筐位置和需運(yùn)送到哪個(gè)書架的某一層,然后圖書搬運(yùn)機(jī)器人通過引導(dǎo)技術(shù)運(yùn)行到指定位置取走書筐,將書筐運(yùn)送到指定書架并通過圖書搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)構(gòu)將書筐放置在指定站點(diǎn),完成后回到初始位置待命。搬運(yùn)機(jī)器人包含了定位系統(tǒng),導(dǎo)航系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。
4工作原理及組成
4.1智能還書模塊
4.1.1識(shí)別模塊:條形碼是把線條與空白按照一定的編碼規(guī)則組合起來的符號(hào),用以代表一定的數(shù)字、字母等資料。在進(jìn)行辨識(shí)的時(shí)候,用條碼識(shí)別機(jī)(條碼掃描器又叫條碼掃描槍或條碼閱讀器)掃描,得到一組反射光信號(hào),此信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后變?yōu)橐唤M與線條、空白相對(duì)應(yīng)的電子訊號(hào),經(jīng)解碼后還原為相應(yīng)的文字,數(shù)字,再傳人電腦。條形碼技術(shù)具有速度快、可靠性強(qiáng)、壽命長、成本低廉,采集信息量大,靈活實(shí)用等特點(diǎn),因此本識(shí)別模塊可利用國內(nèi)應(yīng)用最普遍的條形碼技術(shù)進(jìn)行圖書識(shí)別,進(jìn)而精準(zhǔn)定位。
4.1.2分類模塊:利用預(yù)先導(dǎo)人圖書館所有書籍的信息,包括圖書尺寸及其對(duì)應(yīng)位置,用于對(duì)圖書進(jìn)行分類整理。并且采用立式箱柜掃條形碼彈出模式,類似超市私人物品存取柜根據(jù)書籍種類不同,彈出對(duì)應(yīng)的收書柜,讀者可將要?dú)w還的圖書資料自行放入對(duì)應(yīng)書柜。
4.1.3系統(tǒng)控制中心:作為圖書搬運(yùn)機(jī)器人總控端,需要完成圖書分類模塊的信息獲取和搬運(yùn)機(jī)器人的運(yùn)行控制,確保系統(tǒng)控制中心與搬運(yùn)機(jī)器人能夠順利傳輸無線信號(hào),處理圖書信息、分揀系統(tǒng)信息、圖書定位信息等。圖書分揀系統(tǒng),可以對(duì)粘貼有條形碼的歸還圖書進(jìn)行識(shí)別并按類別進(jìn)行分揀,實(shí)現(xiàn)全智能完成對(duì)圖書回收、分揀、整理的工作。在預(yù)設(shè)程序控制下.搬運(yùn)系統(tǒng)能夠按照預(yù)先設(shè)定好的路徑運(yùn)行,將已經(jīng)分揀完成的圖書資料搬運(yùn)至指定閱覽室。最終完成借閱后圖書的自動(dòng)歸還工作。
4.2定位導(dǎo)航系統(tǒng)
搬運(yùn)機(jī)器人要解決的主要問題之一就是定位導(dǎo)航方面的問題??梢圆捎弥悄蹵GV,它指裝有自動(dòng)引導(dǎo)裝置,能夠通過預(yù)先設(shè)計(jì)好的路徑自動(dòng)將物品運(yùn)輸至指定書架,在車體上具有編程和車體選擇裝置,安全保護(hù)裝置以及移載功能的搬運(yùn)車輛。智能AGV采用全范圍覆蓋式障礙物測(cè)量,抗干擾能力強(qiáng),此外還能避免溫濕度,光線顏色等的影響,因此上大大的超越了傳統(tǒng)搬運(yùn)車的性能。此外,智能AGV系統(tǒng)還可接人ERP等其它系統(tǒng),進(jìn)而可以完成自主智能工作,這也為將來的系統(tǒng)和升級(jí)提供了可能。
智能AGV引導(dǎo)方式有電磁導(dǎo)航,光學(xué)導(dǎo)航,激光導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航等。與其它方式導(dǎo)航相比,磁條導(dǎo)航具有引線隱蔽,不易污染和破損,導(dǎo)引原理簡單而可靠的優(yōu)點(diǎn),便于控制和通訊,對(duì)聲光無干擾,制造成本較低等優(yōu)點(diǎn),所以采用電磁感應(yīng)式作為AGV的引導(dǎo)方式,也就是我們最常見的磁條導(dǎo)航。在制定路徑上粘貼磁性膠帶,由于AGV車底部裝有電磁傳感器,它會(huì)感應(yīng)指定路徑上的磁性膠帶。從而完成自動(dòng)行駛和搬運(yùn)書籍到指定站點(diǎn)(定義相關(guān)站點(diǎn)主要根據(jù)磁條極性的不同排列組合設(shè)置)的工作。磁條引導(dǎo)的方式是常用也是成本最低的方式。
4.3機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)
圖書自動(dòng)存取機(jī)器人主要采用多自由度關(guān)節(jié)型機(jī)械手,有助于增加機(jī)器人的柔順性和靈巧性、但控制比較復(fù)雜。而采用直角坐標(biāo)型的垂直升降裝置是比較理想的方式。在移動(dòng)過程中,垂直升降結(jié)構(gòu)可以折疊,以降低機(jī)器人的重心,增加其運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。類似AGV叉車式的移載小車,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)分揀書筐的搬運(yùn)。如圖4-1所示
5可行性分析
(1)本系統(tǒng)分為兩個(gè)模塊:將圖書智能分類系統(tǒng)和搬運(yùn)機(jī)器人相結(jié)合,同時(shí)應(yīng)用條形碼識(shí)別技術(shù),AGV和磁條導(dǎo)航技術(shù)等,從而具有成本低,應(yīng)用普遍,可以更簡易對(duì)現(xiàn)有圖書館安裝改造的特點(diǎn)。在將技術(shù)難度降低的同時(shí),提高了工作的全面性。
(2)傳統(tǒng)圖書館書庫存在著人工勞動(dòng)效率低、人力成本高、分類準(zhǔn)確率低等種種問題。本系統(tǒng)可以代替目前圖書館工作人員低效率高強(qiáng)度的圖書管理工作,將圖書管理工作更加條理化,智能化。有利于推動(dòng)文化建設(shè),提高社會(huì)效益。
(3)隨著教育水平的提高,大型圖書館得到了充分發(fā)展,國內(nèi)在這領(lǐng)域仍停留在理論研究階段,尚未出現(xiàn)成熟完善的應(yīng)用實(shí)例,所以從市場(chǎng)的需求方面來講,智能圖書管理系統(tǒng)具有很大的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
[1]樊慧麗.國內(nèi)外圖書館機(jī)器人的研究應(yīng)用現(xiàn)狀與思考,南京大學(xué)信息管理學(xué)院
[2]趙晉芳,一種圖書搬運(yùn)機(jī)器人的設(shè)計(jì),沈陽工學(xué)院機(jī)械與運(yùn)載學(xué)院