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(yīng)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(shè)置AGV系統(tǒng)的必要性出發(fā)，以佛山市順德圖書館為例，通過對其AGV圖書自動分揀系統(tǒng)各個部分的分析，總結(jié)了目前圖書館應(yīng)用AGV系統(tǒng)的優(yōu)勢，并根據(jù)順德圖書館在應(yīng)用AGV系統(tǒng)時的實際情況，從經(jīng)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(shè)AGV分揀系統(tǒng)提供參考。

關(guān)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(wù)體系建設(shè)。隨著政策的不斷深化，一方面我國公共圖書館的數(shù)量和館藏數(shù)量都呈上升趨勢，圖書借閱頻次和數(shù)量也出現(xiàn)大幅增長；另一方面隨著讀者數(shù)量的增加，用戶的服務(wù)需求也變得更加多樣化和精細化。

在館藏數(shù)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(shè)備的智能化引進和多樣化服務(wù)意識的提升。因此，要想推進智慧化建設(shè)，公共圖書館就需要引進AGV機器人代替人工完成重復(fù)且耗費體力的勞動。AGV自動分揀機器人的應(yīng)用不僅能夠提高圖書分揀效率，還能夠節(jié)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(shù)是通向智慧圖書館的臺階

《中國圖書館學(xué)會“十四五”發(fā)展規(guī)劃綱要（2021—2025年）》指出，現(xiàn)階段正是我國圖書館創(chuàng)新改革的重要時期，要結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展不斷推進智慧圖書館建設(shè)進程。但是，按照目前的進度，公共圖書館向智慧圖書館轉(zhuǎn)變還需要一定的時間，在轉(zhuǎn)型過程中需要進化為不同形態(tài)以適應(yīng)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(chǔ)工作和讀者需求與工作效率低之間的矛盾，因此最適合現(xiàn)階段的進化進程應(yīng)該是智能化機器人形態(tài)。

在智能機器人應(yīng)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(shù)運用到圖書館智能化建設(shè)體系中，提高了圖書分揀效率，節(jié)省了人力；蘇州圖書館利用大數(shù)據(jù)技術(shù)建設(shè)智能立體書庫，打破了書籍虛實互通的結(jié)界；武漢大學(xué)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(qū)圖書館的情況調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，目前RFID、大數(shù)據(jù)等技術(shù)在公共圖書館已經(jīng)普遍得到應(yīng)用，而AGV作為融合了這些技術(shù)的智能機器人分揀系統(tǒng)，在圖書館的應(yīng)用也具備了實現(xiàn)條件。AGV智能分揀機器人是最適合當(dāng)前公共圖書館需求的產(chǎn)物，也是公共圖書館向智慧圖書館進化必不可少的形態(tài)。

2.2" 推進城市圖書館體系發(fā)展需要構(gòu)建AGV系統(tǒng)

2.2.1" AGV技術(shù)發(fā)展態(tài)勢良好。AGV（Automated Guided Vehicle）是一種智能化移動引導(dǎo)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(fā)已經(jīng)逐漸被應(yīng)用到各行各業(yè)?！吨袊鴻C器人產(chǎn)業(yè)發(fā)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(yù)計將會在2025年達到200億規(guī)模。除了應(yīng)用環(huán)境的不斷增多，AGV技術(shù)也在不斷取得突破，主要的技術(shù)難點是如何在多機器人的情況下進行路徑安排和多任務(wù)情況下進行合理調(diào)度，經(jīng)過技術(shù)人員的努力，目前該問題已通過完善中央調(diào)度系統(tǒng)取得了較大突破，也給公共圖書館應(yīng)用AGV機器人提供了技術(shù)支持。

2.2.2" 公共圖書館傳統(tǒng)分揀系統(tǒng)亟待更新?！段幕吐糜谓y(tǒng)計公報》數(shù)據(jù)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(shù)量因受地域限制增長速度并不快，但館藏數(shù)量在7年內(nèi)增長超過50%。面對快速增多的館藏數(shù)量，公共圖書館分揀系統(tǒng)的弊端逐漸顯現(xiàn)出來。在傳統(tǒng)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(jù)圖書編號將書籍分類并搬運到各自書架，在一定周期內(nèi)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(yīng)用到公共圖書館分揀系統(tǒng)，應(yīng)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(tǒng)。

3" 圖書館機器人應(yīng)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(qū)，目前已有60多年的歷史，建筑面積28.3萬平方米，設(shè)計藏書量100萬冊，閱覽室座位1，500余個。作為區(qū)級公共圖書館，順德圖書館是全區(qū)精神文明和文化建設(shè)重要基地之一，其服務(wù)水平和智能化水平能夠在一定程度上反映該區(qū)的整體公共文化水平。因此，順德圖書館一直把“服務(wù)”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(shè)一個共建共享的圖書館集群。

為解決圖書館內(nèi)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(tǒng)，技術(shù)人員對市面上的智能分揀系統(tǒng)（移載分揀、交叉帶分揀、滑塊分揀和AGV機器人分揀技術(shù)）進行調(diào)研并分析其優(yōu)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(fā)AGV自動分揀系統(tǒng)。

3.2" 順德圖書館AGV設(shè)計原則及建設(shè)現(xiàn)狀

3.2.1" AGV機器人自動分揀系統(tǒng)設(shè)計原則。在進行AGV自動分揀系統(tǒng)前期建設(shè)前，為完全將機器人的優(yōu)勢發(fā)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(chǎn)規(guī)范的系統(tǒng)設(shè)計。圖書館在進行建設(shè)時要嚴格遵守以下原則：一是要掌握每日圖書歸還的數(shù)量，并根據(jù)一段時間的平均值確定分揀機器人的數(shù)量。二是要保持館內(nèi)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(shù)量。四是根據(jù)建筑特點決定AGV系統(tǒng)的總質(zhì)量。

3.2.2" 順德圖書館AGV建設(shè)現(xiàn)狀。佛山市順德圖書館從2021年年初開始立項進行AGV系統(tǒng)建設(shè)，期間通過總服務(wù)臺設(shè)計及施工、分揀平臺設(shè)計及施工、分揀機器人設(shè)計及制造、機器人調(diào)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(tǒng)（以下簡稱“AGV系統(tǒng)”），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(shù)將還書機接口的圖書分別投放到對應(yīng)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(tǒng)組成及各部分原理分析

AGV圖書系統(tǒng)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(yīng)用RFID技術(shù)進行圖書識別，運用光電感應(yīng)系統(tǒng)完成對還書動作的回應(yīng)。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?shù)秸{(diào)度系統(tǒng)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(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)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(jù)館舍面積和書籍?dāng)?shù)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(shè)計原理是將平面地理位置轉(zhuǎn)換為模型數(shù)據(jù)，以便機器人進行識別。中央調(diào)度系統(tǒng)會一邊記錄32個分揀格口位置所對應(yīng)的圖書類型和館藏分布，一邊對每個格口的歸還書籍?dāng)?shù)量進行統(tǒng)計，當(dāng)某一個格口的還書數(shù)量到達最大值，中央系統(tǒng)會暫停該還書口運轉(zhuǎn)。集裝箱設(shè)計尺寸為805*570*500毫米，最多可以放入圖書250本。同時，中央調(diào)度系統(tǒng)還會同時顯示每一個機器人的實時位置和狀態(tài)。

分揀機器人的工作內(nèi)容是將還書口的圖書投放在指定的格口。順德圖書館根據(jù)以下多項數(shù)據(jù)確定分揀機器人的配置數(shù)量：一是分揀生產(chǎn)節(jié)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(shè)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(shù)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(dǎo)航模式，同時根據(jù)圖書館實際需求，分揀AGV機器人被設(shè)計為體型流暢的方形，并設(shè)置規(guī)避障礙物、智能充電等功能。技術(shù)人員通過調(diào)度管理系統(tǒng)實現(xiàn)分揀AGV機器人的智能路徑規(guī)劃，避免互相碰撞。

順德圖書館根據(jù)分揀生產(chǎn)節(jié)拍和運行相關(guān)數(shù)據(jù)（分揀生產(chǎn)節(jié)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(shè)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(shù)量，最終配置為6臺，其中2臺搬運機器人負責(zé)還書口箱子的滿空轉(zhuǎn)換，2臺負責(zé)將滿箱書籍搬運至電梯并運送到指定樓層，剩下2臺負責(zé)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(dǎo)航和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，通過提前設(shè)置路線和搬運需求的方式實現(xiàn)機器人自動工作的效果。AGV搬運機器人適應(yīng)人機混合的作業(yè)環(huán)境，不僅有自動導(dǎo)航功能，還可以通過中央調(diào)度系統(tǒng)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(diào)度系統(tǒng)的控制與調(diào)度。充電樁的工作原理為全自動24小時供電系統(tǒng)，主要通過外部Wi-Fi與中央調(diào)度系統(tǒng)聯(lián)結(jié)，檢測機器人狀態(tài)并根據(jù)預(yù)設(shè)的充電邏輯提供電流。

AGV改裝電梯負責(zé)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(xiàn)智能互聯(lián)，用繼電器觸點開閉模擬人手操作按鈕。

4" AGV分揀系統(tǒng)在圖書館的應(yīng)用優(yōu)勢

4.1" 提高還書效率

AGV技術(shù)可以實現(xiàn)每小時1，200本的還書量，并通過中央調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)度，各個機器人之間協(xié)同配合，大大提高了圖書館的還書效率。傳統(tǒng)模式下，館員日常有80%的時間需要整理歸還的圖書，應(yīng)用AGV機器人系統(tǒng)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(wù)作為圖書館的戰(zhàn)略發(fā)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(fēng)氣，提升我國文化建設(shè)氛圍。AGV機器人的應(yīng)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(shè)備會給讀者帶來更加優(yōu)質(zhì)的視覺體驗，提升圖書館的影響力。

5" 順德圖書館AGV應(yīng)用過程的建議

5.1" 新項目建設(shè)要整合原有資源，考慮經(jīng)濟性

在AGV系統(tǒng)設(shè)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(shè)施的基礎(chǔ)上最合適的一版。在設(shè)計自動分揀系統(tǒng)，尤其是系統(tǒng)平臺的尺寸和分揀口數(shù)量時，圖書館不要一味追求數(shù)量，而應(yīng)結(jié)合調(diào)研數(shù)據(jù)合理設(shè)定分揀口數(shù)量。在設(shè)計中央調(diào)度系統(tǒng)時，圖書館要根據(jù)各個樓層的實際情況對路線進行智能規(guī)劃，把充分利用已有資源提到與滿足業(yè)務(wù)需求同樣的高度上。

5.2" 綜合滿足讀者需求，體現(xiàn)便捷性

公共圖書館是一個地區(qū)展示自身文化水平的窗口，因此無論是新的建設(shè)項目還是智能化轉(zhuǎn)型都要把讀者需求放在第一位。在設(shè)計AGV系統(tǒng)時，圖書館不僅要考慮到內(nèi)部的需求，也要考慮到外部需求，如：順德圖書館在設(shè)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(chuàng)造一個安靜的閱讀環(huán)境。同時，操作系統(tǒng)的設(shè)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(tǒng)的外觀設(shè)計要簡潔美觀，符合絕大部分讀者的審美習(xí)慣。

5.3" AGV設(shè)定加入智能保護環(huán)節(jié)，保證安全性

AGV系統(tǒng)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(shù)總會帶來新的風(fēng)險，運動型機器人很可能發(fā)生系統(tǒng)故障，導(dǎo)致無法正常工作。因此，在設(shè)定AGV系統(tǒng)時，圖書館要在不同環(huán)節(jié)都加入智能保護概念，如：順德圖書館在自動充電設(shè)備中設(shè)置了電流電壓檢測，保證用電安；在貨運電梯設(shè)置了光感應(yīng)，保證搬運機器人安全運送。

參考文獻：

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（編校：周雪芹）