AGV 機器人分揀技術在圖書館的應用探析*

蔣雯笑

（深圳市寶安區(qū)圖書館 廣東深圳 518101）

近年來，為貫徹公共文化服務體系建設的要求，我國公共圖書館數量與資金投入逐年增加，館藏資源逐漸豐富。由《中國圖書館年鑒2018版》統計數據來看，截至2017年底，全國公共圖書館3 166個，較上一年增加12個；圖書總藏量96 953萬冊，較上一年增長7.5%；總流通人次74 450萬，較上一年增長12.7%[1]。公共圖書館的蓬勃發(fā)展，圖書館效應進一步擴大，舒適的館舍條件、豐富的館藏資源、多樣的讀者服務、圖書館的公益性和便捷性吸引更多人走進圖書館。而另一方面，圖書分揀作為圖書管理的基礎，如分揀效率過低，會導致讀者到架無法找到圖書，圖書館查詢系統與架位系統也無法發(fā)揮作用。與此同時，伴隨經濟與社會的發(fā)展，讀者對圖書館提出更高要求，希望圖書館可以提供更多樣化與個性化的服務，讀者服務的細分與精準服務需要更多人力資源的跟進。一方面是業(yè)務上升導致分揀工作的激增，一方面是讀者需求意識的不斷強化，面對此矛盾，采用自動分揀圖書方式，成為許多圖書館解決需求與人力之間矛盾的一種方式。

1 AGV 機器人分揀技術在圖書館的應用現狀

1.1 具備應用的可行性

目前，自動分揀技術主要有移載分揀技術、交叉帶分揀技術、滑塊分揀技術和AGV（Automated Guided Vehicle）機器人分揀技術4種[2]，早期國內圖書館應用較多的是前三種分揀技術，近期圖書館開始引入AGV機器人分揀技術。相比于其他幾種分揀技術，AGV機器人具有部署靈活、維護方便、可拓展性強等優(yōu)點，最初開始應用在物流行業(yè)，京東、順豐、中國郵政均有使用，其中中國郵政速遞物流武漢郵件處理中心啟用智能機器人分揀系統，是全國快遞物流行業(yè)第一個全功能應用AGV智能分揀技術，并成功抗住“雙11”壓力[3]。AGV機器人分揀是一項經過市場檢驗，在物流行業(yè)應用廣泛的技術。而圖書館普遍應用的RFID即無線射頻識別技術可以非接觸識別圖書信息，通過圖書館的書目系統、還書系統與機器人分揀系統之間的數據對接，可以實現圖書按照一定規(guī)則分類，使AGV機器人分揀技術應用到圖書分揀具有可行性。

1.2 具有一定的獨特性

相比物流行業(yè)應用自動分揀技術來說，圖書分揀具有一定的獨特性。圖書分揀系統一般還會包含讀者還書端，還書端會設置查詢繳費功能，應充分考慮還書效率，減少讀者等待時間，提升讀者體驗。另外，相對物流行業(yè)，增加了還書流程與分揀流程的對接、分揀流程與上架流程的對接。

物流物品由工作人員擺放，更具有規(guī)范性。而圖書館圖書一般由讀者還書投遞，圖書在進入分揀前擺放隨意性比較高。因此在圖書進入AGV機器人前需增加圖書自動矯正功能，保障圖書在機器人搬運過程中不會掉落。圖書進入分揀區(qū)域沒有包裝，圖書材質不一、輕重不一、軟硬不一，相較更容易受損，需要對各個運送圖書的環(huán)節(jié)銜接充分考慮，減少圖書損失率。

相對于物流公司相對封閉且要求不高的運轉環(huán)境，圖書館需要充分考慮噪音、業(yè)務銜接、環(huán)境融合、消防安全、讀者安全等多方面因素來進行自動分揀平臺的搭建，尤其是已建成的館舍，需要對原有空間進行改造，在圖書館整體安靜的環(huán)境下，整個平臺搭建受制條件更多，這將導致整體費用以及設計難度的增加。

1.3 圖書館的應用探索

從2019年開始，國內圖書館陸續(xù)將AGV機器人應用到圖書分揀中來。有的圖書館是在原有館舍基礎上進行空間改造和重塑，如深圳市寶安區(qū)圖書館和中新友好圖書館。大多數圖書館選擇在新館建設時將此技術考慮進去，相對已建成的館舍來說，新館在樓體建設之初考慮此項技術，整體規(guī)劃掣肘減少，功能可以更加完善，對周圍環(huán)境的影響可以更少，例如蘇州第二圖書館引入AGV機器人應用到分揀中的局部環(huán)節(jié)，南沙圖書館也應用了此項技術進行圖書分揀。據筆者了解，還有部分正在規(guī)劃建設的圖書館也考慮將此項技術引入。AGV機器人分揀在圖書館應用逐漸增多，證明了此項技術可以一定程度上緩解圖書館分揀圖書的壓力。但是AGV機器人分揀在圖書館的應用尚屬于較新的一項技術，相關的應用研究較少。

2 AGV 機器人分揀技術在圖書館的應用設計

2.1 基本流程設計

AGV機器人圖書分揀平臺主要包含讀者還書區(qū)、機器人任務區(qū)、人機交互區(qū)。其中讀者還書區(qū)包括自助還書機以及圖書傳送帶，圖書傳送帶主要對兩臺分揀機器人從還書口接書起到一定的緩沖作用，保證讀者可以連續(xù)不斷地投遞圖書；機器人任務區(qū)包括機器人、鋼平臺、分揀格口、充電樁，機器人通過不同的引導方式如二維碼引導、視覺引導、激光引導等方式實現自動避障、避讓、充電；人機交互區(qū)包括換書箱區(qū)、人機交互屏幕、設備監(jiān)控區(qū)等。讀者通過自助還書機還書后，圖書經過圖書傳送帶傳送，機器人與圖書傳送帶對接獲取圖書，然后按照圖書類型投遞到對應的分揀格口。當分揀格口的書箱裝滿后，館員將該類圖書拉走進行上架。

2.2 分揀格口設計

AGV機器人圖書分揀最主要的任務是實現圖書的分揀，而將不同圖書進行分類，主要依靠將圖書投遞到不同的格口來實現，因此分揀格口的設計是否合理是AVG機器人圖書分揀的一個重要關鍵點。分揀格口的數量與場地條件以及整個分揀平臺的設計有關，因為AGV機器人的數量可以靈活增加，因此可以根據實際情況盡可能多地設計格口數量。

分揀格口的分配一般按照圖書館的實際業(yè)務需求，可以根據歷年還書量，充分考慮區(qū)館和外館、總館和分館、部門、館藏地點、樓層、索書號等因素來初步擬定一個分配方案，在實際應用過程中再予以調整。除此以外，還要考慮備用格口的設置，用于處理找不到分類、格口圖書已達上限等異常情況。備用格口依據分揀格口的數量，有富余的情況下可以單獨設置，在分揀格口不多的情況下，可以考慮與還書量不多但需要獨立的圖書類型合并。還可以考慮選擇不固定的格口分配方式，適用于批量圖書分揀，根據批量圖書的類型預判，采用更符合此批圖書的格口配置策略，以達到最理想的分揀效果[4]。另外對于還書量較小的格口，在技術條件允許的條件下，可以將格口一分為二，左邊投遞一類圖書，右邊投遞一類圖書。通過這些方式，變相擴充分揀格口數量，使得分揀結果更為精細。

鋼平臺上有多個分揀格口，有的格口離還書口比較近，有的格口比較邊緣，將還書量大的格口布局在整個鋼平臺的中心和交通樞紐地帶，可以縮短機器人在圖書傳送帶與格口之間的行程，也不會引起交通堵塞。

不同類型的分揀格口“吞吐量”相差很大，有的很快就滿了，有的很長時間才會填滿。因此每個分揀格口的滿箱量可以根據實際情況設置不一，讓相對沒那么快滿的書箱在一周或者一天達到滿箱，提醒館員換箱，提升圖書上架流轉率。

2.3 分揀效率設計

圖書自動分揀的效率如果不高，與傳統人工分揀效率無法拉開距離，經濟效益不高，也會給讀者帶來不好的還書體驗。AGV機器人分揀圖書效率的影響因素主要包括以下幾個方面。

調度策略：分揀速度最核心的是機器人分揀的速度，這涉及到機器人的調度策略、機器人路徑規(guī)劃、機器人自主充電策略等算法調度能力。幾個調度算法之間配合越好，整體調度效率才越高。如果算法較差，則容易出現機器人大擁塞的問題。

環(huán)節(jié)銜接：AGV機器人分揀圖書整個流程涉及到多個環(huán)節(jié)的銜接，容易出現問題的是圖書移動過程的卡住掉落、機器人偏離軌道及故障、書箱未及時清空等問題。一個環(huán)節(jié)或銜接出現問題，就可能導致部分或者整個系統停止運營，直到解決問題才能恢復運營。在設計整個工作流程時，盡量簡化步驟，精確參數，實時監(jiān)控，減少銜接上的問題。

緩沖性：AGV系統的緩沖性設置是系統的柔性設置，可以通過設置圖書緩沖帶、機器人緩沖區(qū)、書箱緩沖閾值等多方面，對可能會出現銜接滯后的部分增加緩沖區(qū)，從一定程度上緩解局部停止演變?yōu)槿客Ｖ沟那闆r。

AGV機器人分揀平臺是一個整體系統，需要在實踐中不斷調整算法、策略、參數，機器人的數量、格口的數量也需與空間匹配，才能將整個平臺的效能發(fā)揮到最大，并減少故障引發(fā)的全面停擺。

2.4 人機交互設計

AGV機器人圖書分揀存在讀者與該平臺的交互，還有館員與平臺的交互。讀者的交互相對比較簡單，僅還書業(yè)務。館員與平臺的交互包括接收到換箱指令、換箱后通知平臺、提前換箱通知平臺、監(jiān)控平臺運轉情況等方面。利用AGV機器人進行圖書分揀，改變了原有的圖書流轉流程，需要對全館的還書、分揀、上架業(yè)務重新整合，人機交互設計需要人性化、便捷化、智能化。

2.5 深圳市寶安區(qū)圖書館AGV 機器人分揀圖書的應用設計案例

深圳市寶安區(qū)圖書館新館2013年對外開放，2019年引入AGV機器人分揀系統平臺，晚于樓體建設時間。在實際建設過程中，受到場地空間的很多限制，在充分考慮了噪音、消防、面積、業(yè)務流程等多方面因素，最后將平臺搭建于北大堂，為館舍主出入口，平臺上方二樓為寶安區(qū)城市規(guī)劃展覽館，總占地262平方米，整體以灰色和黑色為主調，與周圍原有館舍背景融合。在此建設自動分揀平臺，兼具還書、分揀及科普功能。

深圳市寶安區(qū)圖書館AGV機器人圖書分揀平臺主要包括：1個室外讀者還書口，3個室內讀者還書口，1個室內館員還書口，28臺分揀機器人，4臺搬運機器人，8個空箱緩存區(qū)，4個分揀機器人充電樁和1個搬運機器人充電樁。整體布局如圖1所示。

通過平臺調度系統，實現還書、分揀、搬運整個流程的協調運轉。五個還書口滿負荷同時運轉最大還書量為2 000冊/小時，實現30個類別的圖書細化分揀，且可7×24小時無間斷工作，大大縮短了圖書分揀到圖書上架的時間。自開放以來，日還書量達到1萬冊次，目前區(qū)館所有歸還的圖書在分揀平臺上集中處理。利用AGV機器人進行圖書分揀除了將繁重的初步分揀工作交由機器人完成，將館員從重復性勞動中解放出來，提升上架率，具有一定的經濟價值外，對青少年還具有一定的科普意義。歸還圖書的讀者可以觀看整個平臺機器人的運轉，引得不少青少年讀者駐足觀看，相信這可以給青少年心中留下一顆科技的種子，而這也是圖書館閱讀推廣“潤物細無聲”的一種方式。

圖1 AGV 機器人圖書分揀平臺布局圖

3 AGV 機器人分揀技術在圖書館的應用建議

目前AGV機器人分揀技術逐步應用到圖書館中，而伴隨著國家大力推動公共文化服務體系建設，每年不斷有新的圖書館建成。館藏量的增加、入館人數的增加、圖書館對新技術的追求以及此項技術因布置具有一定靈活性，對不同的館舍條件具有一定普適性，且確實能緩解圖書館分揀痛點，越來越多的圖書館考慮將此項技術引入。筆者根據當前圖書館的應用情況提出以下幾點應用建議。

3.1 平臺搭建方案因館制宜

深圳市寶安區(qū)圖書館和中新友好圖書館均采用上下兩層，上層采用皮帶式分揀機器人進行分揀圖書，下層運行搬運機器人將滿箱圖書搬運出來，整個鋼平臺呈一體化矩形設計。南沙圖書館只搭建一層呈“梳齒”形鋼平臺，采用翻蓋式分揀機器人進行分揀，書箱則嵌在每個“梳齒”的空格處。平臺的搭建方案與場地面積、場地形狀、分揀格口數量、還書口的數量和位置等有關。有的圖書館是新館建設時就將此功能考慮在內，有的圖書館是在舊館空間上進行改造；有的圖書館會將還書、分揀、搬運等所有過程都呈現在讀者面前，有的圖書館僅將還書口呈現在讀者面前，其他工作安排在相對封閉的區(qū)域；圖書館業(yè)務流程和管理規(guī)則不一，這些都會影響到平臺搭建方案，需要因館制宜。圖書館可以根據自身的實際情況搭建平臺，在設計建設圖紙時盡量考慮全面，盡可能多設計分揀格口，盡量將整體流程設計得自動化，減少需人工介入的環(huán)節(jié)。在方案設計之初，考慮得越充分，后期返工重來的可能性越小，如果經費不足，可以預留拓展空間和接口，在下一期工程建設中進一步完善。

3.2 AGV 機器人分揀技術在圖書館的應用進一步提升

當前因為應用AGV機器人的圖書館還不多，產品還沒有形成規(guī)模化生產，機器人廠家在算法優(yōu)化、性能提升上面改進的動力不足。實際上，在機器人調度、路徑算法、異常處理等多方面還有很大的提升空間：一方面是機器人廠家在“市場培育”過程中的不斷優(yōu)化，另外一方面是更多的圖書館參與到這方面的投入，反向促進廠家的優(yōu)化，兩者相互促進，共同成長。

另外，當前的技術無法很好地將多本圖書進行分離，這受到圖書拆分技術以及圖書傳送帶長度的限制，以致于在引入AGV機器人圖書分揀技術后，讀者還書只能逐本歸還，容易造成在高峰期排隊還書以及個人借書量大還書時間長的情況，而讀者使用市面上的借還機還書可以一次性還5～10本。這需要提升多本圖書拆分技術，如結合機器臂等智能應用，使得AGV機器人在圖書分揀上更具有適應性。

另一方面，目前國內圖書館利用AGV機器人進行圖書分揀后還需要館員將圖書拉到各閱覽室上架，未實現分揀與上架一步到位，當然部分原因是受限于原有館舍基礎上的引入，新建的圖書館如果計劃引入此項技術，可以提前規(guī)劃好機器人路線與館內人員行走路線的分離以及路線過程中遇到門、電梯等障礙物的智能聯動。這在國外圖書館已實現，如德國洪堡大學圖書館可在總服務臺和各閱覽區(qū)之間傳送，出入電梯可以在不同樓層之間搬運圖書[5]。而舊館在條件不允許的情況下，可盡量做到館員直接將滿箱圖書搬走上架，簡化搬運步驟。

3.3 形成AGV 機器人圖書分揀的行業(yè)標準

圖書館的圖書分揀相對其他貨物分揀具有特殊屬性，會出現流轉多次本身比較舊的圖書或一些比較輕的圖書。圖書在分揀流轉過程中，容易出現卡書及掉書的問題。AGV機器人在分揀上的應用，需要有針對圖書這種貨物類型的分揀標準，例如應有圖書矯正裝置、圖書保護策略、圖書故障監(jiān)控報警機制等。另外圖書館作為公共空間，相比其他行業(yè)的分揀環(huán)境具有特殊性，對消防、噪音等方面要求比較高，在平臺搭建的細節(jié)方面比如用料、裝飾等需要形成此類標準，來減少平臺對整個圖書館環(huán)境的影響。AGV機器人分揀平臺的后期維護成本也不低，應形成維護成本標準，包括維護成本的測算、耗材更換標準、檢修保養(yǎng)標準等。圖書館行業(yè)從業(yè)者之間可以加強聯系，將自身訴求及行業(yè)特點告知AGV機器人廠家，形成AGV機器人圖書分揀的行業(yè)標準。

4 AGV 機器人分揀技術在圖書館的應用展望

現如今AGV分揀系統尚處于起步階段，從技術趨勢來看，AGV分揀將朝著更加高效、更加柔性、更加智能的方向發(fā)展[6]。未來的AGV分揀可以在高速運動中完成分揀作業(yè)，進一步提升分揀效率，另外一方面搭建鋼平臺會越來越少，AGV機器人分揀應用可以更靈活匹配館舍環(huán)境。伴隨5G技術、物聯網的技術發(fā)展和AGV機器人行業(yè)的發(fā)展，應用于圖書館分揀的機器人的類型會越來越多，叉車式、牽引式等已應用在物流分揀的AGV機器人也可以引入到圖書館行業(yè)來，還可接入機械臂、升降機、自動門等外部系統，“萬物互聯”實現多樓層水平和垂直分揀。而隨著AGV分揀應用的細分領域越來越多，更多圖書館引入機器人圖書分揀，可以促使機器人廠家為圖書分揀“量身定做”更為貼合圖書館行業(yè)的機器人，優(yōu)化調度算法，提升分揀效率。另外AGV機器人可以聯合盤點機器人、圖書殺菌機、圖書查詢機等圖書館應用設備，實現還書、分揀、搬運、上架、查詢全過程無人化操作，將圖書館員從簡單重復的機械性工作中釋放出來，為讀者提供更多專業(yè)化、個性化的服務，打造一個交流、展示、休閑的空間。