智能化圖書管理的設(shè)計(jì)

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。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。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