智能机器人在图书馆开架书库中应用研究

　　来源：新世纪图书馆 2022年6期

　　作者：王义翠;杨爱华

　　摘 要 智能机器人进入开架书库实现自动存取和全程服务，其可行性和效率亟待研究。论文不完全回顾国内智能机器人开架书库应用研究，探讨图书馆用户行为、开架书库实体及人工智能技术发展对智能机器人开架书库工作的影响，提出现阶段策略供业界参考：整体设计，联合研究;人机兼容，稳定有序;设立小规模智能开架书库体验区。

　　关键词 图书馆;开架书库;智能机器人;人工智能

　　智能机器人技术，是机械、信息、材料、控制、工程等多学科交叉融合的科学和工程技术，已成熟应用于诸多领域。目前智能机器人已进入图书馆管理领域，其在图书馆开架书库的自动存取和全程服务应用领域，仍处于摸索阶段，能否成功运行并大规模推广还需进一步探索。

　　1 我国智能机器人开架书库管理相关研究

　　以“图书馆人工智能+开架书库”“图书馆智能机器人+开架书库”“机器人+开架书库”为主题词，笔者在CNKI、维普、万方三大学术数据库中进行检索，截至2021年3月26日，仅有两篇学术期刊论文。智能机器人在图书馆应用，与智慧图书馆概念和RFID技术密不可分，是基于RFID技术在图书馆应用的进一步发展。开架书库是人工智能面对用户最直接且广泛的应用场景，关于图书馆开架书库智能管理的实践和研究需求逐渐凸显。扩大搜索范围，以“机器人+图书馆”“图书馆智能机器人”“图书馆人工智能”“智慧图书馆+开架书库”“RFID+开架书库”等为主题词，在三大学术数据库搜索论及人工智能开架书库管理的相关文章，作不完全回溯如下。

　　早在2005年，我国就有研究者对智能机器人应用于图书馆书库的可行性进行研究。王晶等提出利用可编程控制器PLC对图书馆作业机器人进行控制的总体设計思路，并给出相应硬件配置和软件设置，以控制机器人自动完成图书上架工作[1]。通过十多年发展，智能机器人在图书馆书库的应用研究与设计逐渐成为一个重要研究领域。

　　图书馆书库管理业务，主要包括书架图书排架整序、图书盘点、读者图书取阅。智能机器人应用于书库，目的是实现图书定位与导航、图书拾取及图书盘点等作业智能化，提高书库管理效率。因此，构建图书馆书库智能机器人系统，亟需掌握的三项主要关键技术是图书定位技术、导航技术、拾取图书的结构设计技术[2]。方建军等较为全面地阐述了图书馆机器人自动识别、导航、图书存取机械手设计及机器人移动装置[3]。杨学睿提出一种实现图书智能拾取的图书馆机器人自动取书方案并研究相关技术[4]。书库机器人盘点应用研究是最活跃的研究主题，并得到实际应用。沈奎林等人在2016年研究设计了智能图书盘点机器人系统，用于查找书库错架书与图书盘点[5]，该机器人系统已在多家图书馆得到实际应用。比如，夏正伟等从智能盘点机器人在武汉大学图书馆的应用情况出发，指出应完善应用场景，增加纠错功能，改进人机界面，优化数据分析[6]。

　　智能机器人应用于图书馆开架书库管理，依赖于书库真实场景[7]，特别是书架排列结构及图书排架方式。冯银花提出智能机器人入驻图书馆，需将书库划分为格子状，并按所在行列编号，每本书所获编码，即其在书架上实体地址[8]。杨爱华等人经实证研究指出，智慧图书馆中开架书库应建立以“列”为阈值的管理单位，列内图书既可有序排架，亦可无序管理[9];开架书库图书分类不能简单表述为进行到某一级，需要多方协同，寻求以“阈值”为单位的多方兼容线性管理体系，明确原有细排架人机兼容特性，重新制定智慧图书馆内部管理与外部评估标准[10];开架书库排架方式以“列”为阈值单位的静态定位方法，能与闭架书库管理和人工智能耦合，与多种排架法兼容，实行精确整架法和模糊整架法两种整架方式并行[11]。

　　智能机器人全面进入开架书库，管理工作必将发生重大变革，需要研究论证，厘清相关影响因素。

　　2 智能机器人在开架书库工作相关影响因素

　　智能机器人应用于开架书库，可能会改变智能机器人现有图书定位、图书盘点等封闭式内部业务。空间的开放性将促使开架书库成为用户借助智能机器人进行图书借阅的人机交互空间。因此，智能机器人应用所面临的环境既要应对不同用户行为，还要面对开架书库中各种客观物理实体的影响，且受到人工智能技术发展的制约。

　　2.1 图书馆用户行为

　　用户进入开架书库，主要是完成图书的选择与取阅，其行为主要有两种形式：无目的图书浏览行为与有目的图书搜索取阅行为。这两种不同用户书库搜索行为形式，都影响智能机器人在开架书库应用。

　　2.1.1 用户无目的图书浏览行为

　　用户无目的图书浏览行为是用户出于休闲需求，或不明确自身搜索目标，随意在其感兴趣知识领域的开架区域随机抽取读物浏览，非中意书籍放回原处，满足需求的读物则携带至自助机或服务台完成借阅。这一类型行为的用户对开架书库知识分类和书架分布了解程度不一，他们通过无目的浏览获取所需读物，加深对书库布局和知识分类的理解记忆，并期待下一次在该区域的搜索浏览更顺利。虽然这部分用户大多不需要借助人工智能设备完成搜索，随机完成借阅活动，但他们对书库布局和书架秩序稳定性有所要求，这种要求正是智能机器人应用所需要。经常变动的书库布局和书架秩序，对用户的无目的性图书搜索浏览行为显然不利，也无益于智能机器人开架书库工作。

　　2.1.2 用户有目的搜索取阅行为

　　用户有目的搜索取阅行为，是用户明确知晓需要某册或某类书籍，根据对标的熟悉程度，展开搜索行为，并采取某种方式完成图书浏览与取阅。

　　在传统开架书库中，用户有目的搜索取阅行为主要有两种形式。一是直接去自己熟悉的区域浏览取书。这是最便捷的文献获取方式，用户对检索标的和开架书库布局非常熟悉，并且记忆清晰，可以不借助任何搜索工具，直接到开架书库抽取所需借阅标的。二是使用搜索工具查詢后浏览取书。以已知信息路径为入口，输入搜索词，使用搜索工具查询后，得知所需书的分类和馆藏地址，然后按照馆藏布局浏览摸索，逐步靠近搜索标的，取走所需读物，完成借阅。这是现在较为普遍的一种搜索方式，整个搜索过程是以用户对搜索标的和馆藏布局不清晰为前提，需要借助搜索工具完成借阅。

　　当智能机器人参与图书馆开架书库业务活动，会产生一种新的用户有目的搜索取阅行为，即借助智能机器人全程服务取书。这要求智能机器人具有定位、导航、机械手抓取等技术特征。虽然，目前智能机器人全程服务取书功能尚未成熟，但随着技术进步，智能机器人进入开架书库全程服务指日可待。

　　笔者对上述几种行为形式进行用户问卷调查，以了解用户在人工智能进入开架书库全程服务后，各种行为形式的选择倾向。通过对430份有效问卷的统计分析，统计结果如表1所示。

　　从上述统计结果可以看出：(1)直接去自己熟悉的区域浏览取书的这类读者所占比例最低，整个搜索过程依赖用户对搜索标的和开架区域的熟悉，对开架书库的稳定性和有序性具有较高要求;另外，这类读者可能无需借助智能机器人服务，他们借助智能机器人操作，很大程度上是满足体验感;(2)虽然目前智能机器人在开架书库全程服务取书尚未成熟，但仍有一部分用户有意愿借助智能机器人实现全程服务;(3)近一半用户选择以上三种都会使用，说明有目的图书搜索取阅行为存在随机性和多样性;不同用户的搜索习惯和阅读倾向不一，并非所有用户都会选择智能机器人(全程)服务，更多表现出按需随机采用多种混合搜索取阅方式。

　　受用户图书搜索取阅行为随机性和多样性的影响，智能机器人应用于开架书库，除了要满足智能机器人机械手抓取动作的便捷性，也要兼顾用户图书搜索取阅方式差异性，而书库书架排架方式的稳定性和有序性是基本要求。

　　2.2 开架书库实体

　　图书馆正在向智慧图书馆转型，构建图书馆智慧空间。图书馆智慧空间是集成物联网、人工智能、云计算等Web3.0核心技术，以用户体验为中心，通过感知、分析、记忆、服务用户，整合资源、设备、技术、服务及整个图书馆网络，由物理空间、虚拟空间、用户感知空间等构成的多维空间系统[12]。开架书库作为图书馆智慧空间的基本组成部分，智能机器人在开架书库应用，提高书库智能化，依赖于书库信息基础设备、书架等基础设施完善。

　　2.2.1 书库信息基础设施

　　我国很多图书馆在信息基础设施建设方面，还不能满足图书馆智慧空间的要求，开架书库亦是如此。目前，绝大多数图书馆的开架书库都与读者阅览区相连，融藏书、借阅、学习功能为一体。智能机器人应用其中，需要有完善的信息基础设施环境。在智慧化环境下，作为新型基础设施建设主要内容之一，信息基础设施至少包括5G、物联网、工业互联网等为代表的基本通信网络基础设施，依托人工智能、云计算、区块链等技术为代表的算力基础设施，以支撑智能机器人等新兴智能化设备或系统的应用。

　　在智慧图书馆环境下，开架书库的发展趋势是以用为主，以藏为辅，更加注重用户使用体验，更加智能化，需要信息基础设施作为技术应用支撑。智能机器人应用于开架书库，参与智慧书库内部业务与用户服务，对所需信息基础设施应有明确规范和标准，才能实现智能机器人在图书馆应用。然而，对有关建筑物内部信息基础设施建设的国家规范和标准还很缺乏，没有依据可以遵循。据不完全调查，只有一些地方性标准，如《贵州省建筑物信息基础设施建筑规范(DBJ52_T097-2019)》《黑龙江省建筑物信息基础设施建设标准DB23/T 2746-2020》等。从行业层面看，在图书馆行业内部，虽然一些新建馆舍(如江西省图书馆新馆)应用了万兆光纤、WIFI、Zigbee、5G等新型信息基础设施，但每个图书馆在信息基础设施建设上千差万别，也缺乏统一的行业标准，不利于智能机器人在图书馆的标准化和规模化落地应用。

　　2.2.2 书架

　　目前，应用于图书馆开架书库的书架主要有传统书架和智能书架两种类型。由于受到成本等因素制约，应用最广泛的是传统书架。智能机器人应用于开架书库，书架对其应用也有重要影响。

　　(1)传统书架的影响。从全面应用RFID技术的大型馆开架书库管理来看，传统书架的图书定位、排架问题已经得到解决。将智能机器人应用于开架书库，理论上传统书架也能适应机器人机械手夹取图书动作。在实际应用中，传统书架引入智能机器人时，为了保证书本直立和方便抓取，要对每本书加装类似文件夹的装置。此种操作的难点在于图书原位归还时需重新插入，操作会有障碍，因为图书抽出后书架上的图书始终处于动态形态，有可能是过密过紧，也有可能处于过松的“倒伏”状态，即使是松紧适度，无论从生活经验还是实验，此种操作机械手原位归还图书的难度大于抽取图书。保证每本书直立，书与书之间有适当间隙，是减少人工智能机械手操作难度的关键，也是传统书架的改造方向。

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