AGV 机器人分拣技术在图书馆的应用探析*

蒋雯笑

（深圳市宝安区图书馆 广东深圳 518101）

近年来，为贯彻公共文化服务体系建设的要求，我国公共图书馆数量与资金投入逐年增加，馆藏资源逐渐丰富。由《中国图书馆年鉴2018版》统计数据来看，截至2017年底，全国公共图书馆3 166个，较上一年增加12个；图书总藏量96 953万册，较上一年增长7.5%；总流通人次74 450万，较上一年增长12.7%[1]。公共图书馆的蓬勃发展，图书馆效应进一步扩大，舒适的馆舍条件、丰富的馆藏资源、多样的读者服务、图书馆的公益性和便捷性吸引更多人走进图书馆。而另一方面，图书分拣作为图书管理的基础，如分拣效率过低，会导致读者到架无法找到图书，图书馆查询系统与架位系统也无法发挥作用。与此同时，伴随经济与社会的发展，读者对图书馆提出更高要求，希望图书馆可以提供更多样化与个性化的服务，读者服务的细分与精准服务需要更多人力资源的跟进。一方面是业务上升导致分拣工作的激增，一方面是读者需求意识的不断强化，面对此矛盾，采用自动分拣图书方式，成为许多图书馆解决需求与人力之间矛盾的一种方式。

1 AGV 机器人分拣技术在图书馆的应用现状

1.1 具备应用的可行性

目前，自动分拣技术主要有移载分拣技术、交叉带分拣技术、滑块分拣技术和AGV（Automated Guided Vehicle）机器人分拣技术4种[2]，早期国内图书馆应用较多的是前三种分拣技术，近期图书馆开始引入AGV机器人分拣技术。相比于其他几种分拣技术，AGV机器人具有部署灵活、维护方便、可拓展性强等优点，最初开始应用在物流行业，京东、顺丰、中国邮政均有使用，其中中国邮政速递物流武汉邮件处理中心启用智能机器人分拣系统，是全国快递物流行业第一个全功能应用AGV智能分拣技术，并成功抗住“双11”压力[3]。AGV机器人分拣是一项经过市场检验，在物流行业应用广泛的技术。而图书馆普遍应用的RFID即无线射频识别技术可以非接触识别图书信息，通过图书馆的书目系统、还书系统与机器人分拣系统之间的数据对接，可以实现图书按照一定规则分类，使AGV机器人分拣技术应用到图书分拣具有可行性。

1.2 具有一定的独特性

相比物流行业应用自动分拣技术来说，图书分拣具有一定的独特性。图书分拣系统一般还会包含读者还书端，还书端会设置查询缴费功能，应充分考虑还书效率，减少读者等待时间，提升读者体验。另外，相对物流行业，增加了还书流程与分拣流程的对接、分拣流程与上架流程的对接。

物流物品由工作人员摆放，更具有规范性。而图书馆图书一般由读者还书投递，图书在进入分拣前摆放随意性比较高。因此在图书进入AGV机器人前需增加图书自动矫正功能，保障图书在机器人搬运过程中不会掉落。图书进入分拣区域没有包装，图书材质不一、轻重不一、软硬不一，相较更容易受损，需要对各个运送图书的环节衔接充分考虑，减少图书损失率。

相对于物流公司相对封闭且要求不高的运转环境，图书馆需要充分考虑噪音、业务衔接、环境融合、消防安全、读者安全等多方面因素来进行自动分拣平台的搭建，尤其是已建成的馆舍，需要对原有空间进行改造，在图书馆整体安静的环境下，整个平台搭建受制条件更多，这将导致整体费用以及设计难度的增加。

1.3 图书馆的应用探索

从2019年开始，国内图书馆陆续将AGV机器人应用到图书分拣中来。有的图书馆是在原有馆舍基础上进行空间改造和重塑，如深圳市宝安区图书馆和中新友好图书馆。大多数图书馆选择在新馆建设时将此技术考虑进去，相对已建成的馆舍来说，新馆在楼体建设之初考虑此项技术，整体规划掣肘减少，功能可以更加完善，对周围环境的影响可以更少，例如苏州第二图书馆引入AGV机器人应用到分拣中的局部环节，南沙图书馆也应用了此项技术进行图书分拣。据笔者了解，还有部分正在规划建设的图书馆也考虑将此项技术引入。AGV机器人分拣在图书馆应用逐渐增多，证明了此项技术可以一定程度上缓解图书馆分拣图书的压力。但是AGV机器人分拣在图书馆的应用尚属于较新的一项技术，相关的应用研究较少。

2 AGV 机器人分拣技术在图书馆的应用设计

2.1 基本流程设计

AGV机器人图书分拣平台主要包含读者还书区、机器人任务区、人机交互区。其中读者还书区包括自助还书机以及图书传送带，图书传送带主要对两台分拣机器人从还书口接书起到一定的缓冲作用，保证读者可以连续不断地投递图书；机器人任务区包括机器人、钢平台、分拣格口、充电桩，机器人通过不同的引导方式如二维码引导、视觉引导、激光引导等方式实现自动避障、避让、充电；人机交互区包括换书箱区、人机交互屏幕、设备监控区等。读者通过自助还书机还书后，图书经过图书传送带传送，机器人与图书传送带对接获取图书，然后按照图书类型投递到对应的分拣格口。当分拣格口的书箱装满后，馆员将该类图书拉走进行上架。

2.2 分拣格口设计

AGV机器人图书分拣最主要的任务是实现图书的分拣，而将不同图书进行分类，主要依靠将图书投递到不同的格口来实现，因此分拣格口的设计是否合理是AVG机器人图书分拣的一个重要关键点。分拣格口的数量与场地条件以及整个分拣平台的设计有关，因为AGV机器人的数量可以灵活增加，因此可以根据实际情况尽可能多地设计格口数量。

分拣格口的分配一般按照图书馆的实际业务需求，可以根据历年还书量，充分考虑区馆和外馆、总馆和分馆、部门、馆藏地点、楼层、索书号等因素来初步拟定一个分配方案，在实际应用过程中再予以调整。除此以外，还要考虑备用格口的设置，用于处理找不到分类、格口图书已达上限等异常情况。备用格口依据分拣格口的数量，有富余的情况下可以单独设置，在分拣格口不多的情况下，可以考虑与还书量不多但需要独立的图书类型合并。还可以考虑选择不固定的格口分配方式，适用于批量图书分拣，根据批量图书的类型预判，采用更符合此批图书的格口配置策略，以达到最理想的分拣效果[4]。另外对于还书量较小的格口，在技术条件允许的条件下，可以将格口一分为二，左边投递一类图书，右边投递一类图书。通过这些方式，变相扩充分拣格口数量，使得分拣结果更为精细。

钢平台上有多个分拣格口，有的格口离还书口比较近，有的格口比较边缘，将还书量大的格口布局在整个钢平台的中心和交通枢纽地带，可以缩短机器人在图书传送带与格口之间的行程，也不会引起交通堵塞。

不同类型的分拣格口“吞吐量”相差很大，有的很快就满了，有的很长时间才会填满。因此每个分拣格口的满箱量可以根据实际情况设置不一，让相对没那么快满的书箱在一周或者一天达到满箱，提醒馆员换箱，提升图书上架流转率。

2.3 分拣效率设计

图书自动分拣的效率如果不高，与传统人工分拣效率无法拉开距离，经济效益不高，也会给读者带来不好的还书体验。AGV机器人分拣图书效率的影响因素主要包括以下几个方面。

调度策略：分拣速度最核心的是机器人分拣的速度，这涉及到机器人的调度策略、机器人路径规划、机器人自主充电策略等算法调度能力。几个调度算法之间配合越好，整体调度效率才越高。如果算法较差，则容易出现机器人大拥塞的问题。

环节衔接：AGV机器人分拣图书整个流程涉及到多个环节的衔接，容易出现问题的是图书移动过程的卡住掉落、机器人偏离轨道及故障、书箱未及时清空等问题。一个环节或衔接出现问题，就可能导致部分或者整个系统停止运营，直到解决问题才能恢复运营。在设计整个工作流程时，尽量简化步骤，精确参数，实时监控，减少衔接上的问题。

缓冲性：AGV系统的缓冲性设置是系统的柔性设置，可以通过设置图书缓冲带、机器人缓冲区、书箱缓冲阈值等多方面，对可能会出现衔接滞后的部分增加缓冲区，从一定程度上缓解局部停止演变为全部停止的情况。

AGV机器人分拣平台是一个整体系统，需要在实践中不断调整算法、策略、参数，机器人的数量、格口的数量也需与空间匹配，才能将整个平台的效能发挥到最大，并减少故障引发的全面停摆。

2.4 人机交互设计

AGV机器人图书分拣存在读者与该平台的交互，还有馆员与平台的交互。读者的交互相对比较简单，仅还书业务。馆员与平台的交互包括接收到换箱指令、换箱后通知平台、提前换箱通知平台、监控平台运转情况等方面。利用AGV机器人进行图书分拣，改变了原有的图书流转流程，需要对全馆的还书、分拣、上架业务重新整合，人机交互设计需要人性化、便捷化、智能化。

2.5 深圳市宝安区图书馆AGV 机器人分拣图书的应用设计案例

深圳市宝安区图书馆新馆2013年对外开放，2019年引入AGV机器人分拣系统平台，晚于楼体建设时间。在实际建设过程中，受到场地空间的很多限制，在充分考虑了噪音、消防、面积、业务流程等多方面因素，最后将平台搭建于北大堂，为馆舍主出入口，平台上方二楼为宝安区城市规划展览馆，总占地262平方米，整体以灰色和黑色为主调，与周围原有馆舍背景融合。在此建设自动分拣平台，兼具还书、分拣及科普功能。

深圳市宝安区图书馆AGV机器人图书分拣平台主要包括：1个室外读者还书口，3个室内读者还书口，1个室内馆员还书口，28台分拣机器人，4台搬运机器人，8个空箱缓存区，4个分拣机器人充电桩和1个搬运机器人充电桩。整体布局如图1所示。

通过平台调度系统，实现还书、分拣、搬运整个流程的协调运转。五个还书口满负荷同时运转最大还书量为2 000册/小时，实现30个类别的图书细化分拣，且可7×24小时无间断工作，大大缩短了图书分拣到图书上架的时间。自开放以来，日还书量达到1万册次，目前区馆所有归还的图书在分拣平台上集中处理。利用AGV机器人进行图书分拣除了将繁重的初步分拣工作交由机器人完成，将馆员从重复性劳动中解放出来，提升上架率，具有一定的经济价值外，对青少年还具有一定的科普意义。归还图书的读者可以观看整个平台机器人的运转，引得不少青少年读者驻足观看，相信这可以给青少年心中留下一颗科技的种子，而这也是图书馆阅读推广“润物细无声”的一种方式。

图1 AGV 机器人图书分拣平台布局图

3 AGV 机器人分拣技术在图书馆的应用建议

目前AGV机器人分拣技术逐步应用到图书馆中，而伴随着国家大力推动公共文化服务体系建设，每年不断有新的图书馆建成。馆藏量的增加、入馆人数的增加、图书馆对新技术的追求以及此项技术因布置具有一定灵活性，对不同的馆舍条件具有一定普适性，且确实能缓解图书馆分拣痛点，越来越多的图书馆考虑将此项技术引入。笔者根据当前图书馆的应用情况提出以下几点应用建议。

3.1 平台搭建方案因馆制宜

深圳市宝安区图书馆和中新友好图书馆均采用上下两层，上层采用皮带式分拣机器人进行分拣图书，下层运行搬运机器人将满箱图书搬运出来，整个钢平台呈一体化矩形设计。南沙图书馆只搭建一层呈“梳齿”形钢平台，采用翻盖式分拣机器人进行分拣，书箱则嵌在每个“梳齿”的空格处。平台的搭建方案与场地面积、场地形状、分拣格口数量、还书口的数量和位置等有关。有的图书馆是新馆建设时就将此功能考虑在内，有的图书馆是在旧馆空间上进行改造；有的图书馆会将还书、分拣、搬运等所有过程都呈现在读者面前，有的图书馆仅将还书口呈现在读者面前，其他工作安排在相对封闭的区域；图书馆业务流程和管理规则不一，这些都会影响到平台搭建方案，需要因馆制宜。图书馆可以根据自身的实际情况搭建平台，在设计建设图纸时尽量考虑全面，尽可能多设计分拣格口，尽量将整体流程设计得自动化，减少需人工介入的环节。在方案设计之初，考虑得越充分，后期返工重来的可能性越小，如果经费不足，可以预留拓展空间和接口，在下一期工程建设中进一步完善。

3.2 AGV 机器人分拣技术在图书馆的应用进一步提升

当前因为应用AGV机器人的图书馆还不多，产品还没有形成规模化生产，机器人厂家在算法优化、性能提升上面改进的动力不足。实际上，在机器人调度、路径算法、异常处理等多方面还有很大的提升空间：一方面是机器人厂家在“市场培育”过程中的不断优化，另外一方面是更多的图书馆参与到这方面的投入，反向促进厂家的优化，两者相互促进，共同成长。

另外，当前的技术无法很好地将多本图书进行分离，这受到图书拆分技术以及图书传送带长度的限制，以致于在引入AGV机器人图书分拣技术后，读者还书只能逐本归还，容易造成在高峰期排队还书以及个人借书量大还书时间长的情况，而读者使用市面上的借还机还书可以一次性还5～10本。这需要提升多本图书拆分技术，如结合机器臂等智能应用，使得AGV机器人在图书分拣上更具有适应性。

另一方面，目前国内图书馆利用AGV机器人进行图书分拣后还需要馆员将图书拉到各阅览室上架，未实现分拣与上架一步到位，当然部分原因是受限于原有馆舍基础上的引入，新建的图书馆如果计划引入此项技术，可以提前规划好机器人路线与馆内人员行走路线的分离以及路线过程中遇到门、电梯等障碍物的智能联动。这在国外图书馆已实现，如德国洪堡大学图书馆可在总服务台和各阅览区之间传送，出入电梯可以在不同楼层之间搬运图书[5]。而旧馆在条件不允许的情况下，可尽量做到馆员直接将满箱图书搬走上架，简化搬运步骤。

3.3 形成AGV 机器人图书分拣的行业标准

图书馆的图书分拣相对其他货物分拣具有特殊属性，会出现流转多次本身比较旧的图书或一些比较轻的图书。图书在分拣流转过程中，容易出现卡书及掉书的问题。AGV机器人在分拣上的应用，需要有针对图书这种货物类型的分拣标准，例如应有图书矫正装置、图书保护策略、图书故障监控报警机制等。另外图书馆作为公共空间，相比其他行业的分拣环境具有特殊性，对消防、噪音等方面要求比较高，在平台搭建的细节方面比如用料、装饰等需要形成此类标准，来减少平台对整个图书馆环境的影响。AGV机器人分拣平台的后期维护成本也不低，应形成维护成本标准，包括维护成本的测算、耗材更换标准、检修保养标准等。图书馆行业从业者之间可以加强联系，将自身诉求及行业特点告知AGV机器人厂家，形成AGV机器人图书分拣的行业标准。

4 AGV 机器人分拣技术在图书馆的应用展望

现如今AGV分拣系统尚处于起步阶段，从技术趋势来看，AGV分拣将朝着更加高效、更加柔性、更加智能的方向发展[6]。未来的AGV分拣可以在高速运动中完成分拣作业，进一步提升分拣效率，另外一方面搭建钢平台会越来越少，AGV机器人分拣应用可以更灵活匹配馆舍环境。伴随5G技术、物联网的技术发展和AGV机器人行业的发展，应用于图书馆分拣的机器人的类型会越来越多，叉车式、牵引式等已应用在物流分拣的AGV机器人也可以引入到图书馆行业来，还可接入机械臂、升降机、自动门等外部系统，“万物互联”实现多楼层水平和垂直分拣。而随着AGV分拣应用的细分领域越来越多，更多图书馆引入机器人图书分拣，可以促使机器人厂家为图书分拣“量身定做”更为贴合图书馆行业的机器人，优化调度算法，提升分拣效率。另外AGV机器人可以联合盘点机器人、图书杀菌机、图书查询机等图书馆应用设备，实现还书、分拣、搬运、上架、查询全过程无人化操作，将图书馆员从简单重复的机械性工作中释放出来，为读者提供更多专业化、个性化的服务，打造一个交流、展示、休闲的空间。