图书馆机器人的研究应用现状与思考

文章转自：慧兔机器人，http://www.smartorobot.com，转载需要同时说明。

机器人技术是机械、信息、材料、控制、工程等多学科交叉，融合科学和工程的技术。近年来，在各国国家政策的扶持下，机器人技术的研究和应用得到大力推广，推动一些传统行业转型升级。2016年3月，工业和信息化部、发展改革委和财政部联合发布了《机器人产业发展规划(2016—2020年)》，把“促进服务机器人向更广领域，大力发展机器人关键零部件”作为未来机器人发展的主要任务。

智慧图书馆管理和服务一直是图书馆发展的重点方向之一。智慧图书馆是感知智慧化和数字图书馆服务智慧化的综合，它的目标是向用户提供更加智能、高效、便利的服务。机器人技术为智慧图书馆的发展带来了新的机遇和挑战，能够从根本上提升图书馆管理和服务的效率和质量。一方面，图书馆面临着服务转型和重新设计的挑战，空间不足，服务效率低、服务时间受限，“找不到书”，用户流失，读者满意度低都是图书馆亟待解决的现实问题。另一方面，图书馆环境的智能化——RFID的普及应用，机器人技术的日益成熟，人工智能技术的发展，生产成本的快速下降以及政府政策的扶持，让机器人距离图书馆不再那么遥远。

图书馆机器人，是对应用于智慧图书馆管理和服务的机器人技术的统称，涉及路径规划、机器人导航与定位，图书定位、机械手设计、人工智能、自然语言处理、人机交互等很多方面的技术。机器人技术能够应用于图书馆智能立体书库，图书搬运，图书盘点、图书自动存取、图书扫描、智能咨询、远程阅览、特殊人群服务等，实现图书馆的建筑智慧化、管理智慧化和服务智慧化。国内外一些图书馆和研究人员对机器人技术在图书馆领域的研究应用进行了积极的探索，但是真正进入图书馆真实场景应用阶段的还很少。

本文将系统梳理图书馆机器人的研究与应用实践现状，深入分析一些典型应用案例，然后对未来图书馆机器人的研究应用进行分析思考，以期能够对图书馆领域研究应用机器人技术提供参考和借鉴。

1.1 国外研究与应用

在国外，德国汉堡大学等一些欧洲图书馆，最先开始研究智能聊天机器人在图书馆的应用，之后其他图书馆也开展了进一步的研究。Allison D介绍了内布拉斯加大学林肯分校的一个聊天机器人实验项目，该聊天机器人通过挖掘图书馆网站和聊天日志记录创建数据库，并且通过分析日志不断改善机器人的聊天效果。Jin S设计了一个聊天机器人学习模型，能够通过与用户的交流自动更新语法规则库。AbuShawar B和Atwell E设计了基于语料自动生成ALICE不同原型的实验，结果表明不需要先进的自然语言处理和复杂的机器学习技术，也可能生成有用的原型，这些原型可用作训练不同语言、可视化语料库，提供问题答案的工具。Zhang S，Gu J和Yang Y提出基于智能聊天机器人构建个性化推荐系统，通过分析用户注册信息和使用历史建立可动态调整的初始用户模型，聊天结束时可以向用户提供个性化推荐服务。

针对残疾人群体，图书馆通过机器人也可以提供一些辅助服务。德国不莱梅大学研究设计了一个可以为完全残疾人执行所有操作的机器人FRIEND，它的任务是识别书架上的图书，抓取并放在夹书架上，再把书放回书架。爱尔兰利默里克大学的Behanl J等人也进行了相关研究，开发了移动机器人助手Lucas并且已经投入应用，它不仅能够在图书馆帮助一些有轻度认知障碍或身体损伤的老年人读者，而且可以与他们进行社交性互动。

1.2 国内研究与应用

慧兔机器人调研了ASRS系统在北美图书馆的应用概况，指出ASRS系统具有节约空间、解放人力、快速存取、存放灵活、自由扩容以及防震等优点，认为其在国内图书馆的应用前景广阔[20]。通过与传统开架模式和密集书架相比较，慧兔机器人总结了ASRS系统的优势，并从经济的角度论证了未来ASRS系统被国内图书馆投入使用的可能性。中国香港8所高校将使用ASRS系统筹建的“大学联合典藏学术书库”。目前，中国大陆图书馆还没有引入ASRS系统的先例。

国内外研究与应用分析

国内外很多图书馆和研究人员积极投入到图书馆机器人的研究与实践当中，尝试解决智慧图书馆管理和服务中的一些问题，但是侧重点不同。国外图书馆机器人技术的研究范围更加广泛，涉及自动化立体书库、智能咨询、图书搬运、图书盘点、图书自动存取、远程阅览服务、面向特殊人群的辅助服务等，而且研究比较深入。而国内的研究范围相对较窄，且更多地聚焦在开源聊天机器人在图书馆咨询中的研究应用和自动化立体书库的国外应用，其他方面涉及较少。

通过对现有研究文献的分析发现，除了ASRS系统和智能咨询机器人有较多的应用实践外，其他大部分文献涉及的研究都还处于实验、测试和性能改善阶段，尚未进入图书馆真实场景的应用阶段。特别是涉及人工智能、图书准确定位与抓取、多机器人协作等的机器人技术，要真正应用到开放性的图书馆环境还面临很多挑战。

加利福尼亚州立大学奥维亚特的ASRS系统

1991年，美国加利福尼亚州立大学奥维亚特图书馆引入ASRS系统，这是图书馆领域引入ASRS系统的第一家图书馆。

在实施ASRS项目之前，奥维亚特图书馆对空间需求进行了充分的论证，每年约有50000平方英尺的空间增长需求。为了解决空间问题，加利福尼亚州立大学提出了5种不同的解决方案，经过综合评估和论证后ASRS系统被确定为最佳方案。

奥维亚特图书馆ASRS系统的部署实施过程中，充分考虑到不同文献的特征需求以及建筑的抗震需求。ASRS系统的金属箱被设计成5种不同尺寸，分为随机和永久两种存储类型，随机存储的大部分文献承担了主要的流通量，而期刊和特藏文献由于多卷本的特性和特殊尺寸的限制则被存储在永久金属箱内。ASRS系统运行中，ASRS系统与图书馆ILS系统的兼容与同步也非常重要。

ASRS系统的存储容量，远远大于传统开架书库和密集书库，是一个经济可行的空间解决方案。该系统在一定程度上还节省了成本，低利用率的文献被转移到ASRS系统，能够保证高利用率的图书置于开架环境中，释放出的空间有利于未来图书馆的重新设计和转型，满足用户的小组学习讨论、动手学习、协作学习研究的需求。但是ASRS系统在图书馆的应用涉及图书馆原有建筑结构的改变或书库的重新规划设计、藏书管理政策的调整、系统管理人员的培训、设备的升级换代等问题，因此只适合对图书馆进行翻新或建设新馆时考虑，在未来的应用前景具有一定的局限性。

图书馆机器人的研究应用思考

尽管目前的研究和实践表明，相关机器人技术的应用能够在一定程度上提高图书馆管理和服务的智能化和智慧化程度，解决图书馆管理和服务中的问题，适应图书馆的转型与重新设计，提高读者服务满意度，增强用户对图书馆的信心，新颖的服务形式也能提高用户对图书馆服务的黏度。但是，鉴于相关技术的成熟度，图书馆专业语料库的不足，图书馆环境的复杂性，真正进入图书馆真实场景应用阶段的成熟的图书馆机器人还很少，大多数研究都还处于实验、测试和性能改善阶段。

在前文系统梳理国内外图书馆机器人研究应用和深入剖析典型应用实践案例的基础上，从以下4个方面对未来图书馆相关机器人技术的研究应用进行探讨。

理性引入图书馆机器人技术

机器人技术引入图书馆，是一项高成本的技术投资。图书馆机器人的规划和部署实施是一个非常复杂的系统工程，涉及图书馆的整体规划、馆藏政策、人力、资金和技术投入等很多方面。

从智慧图书馆的发展角度，将机器人技术应用于图书馆确实具有一定的现实需求。机器人技术引入智慧图书馆的管理和服务当中，应该是雪中送炭或者锦上添花，以解决图书馆管理和服务中的突出问题。图书馆、研究机构和人员应该在充分论证现实需求、评估相关技术成熟度的基础上理性决定是否开展相关研究或选择是否部署应用相关产品。

重视语料库的建设，让机器人更像一个图书馆员

图书馆服务机器人，不论是面向屏幕终端用户的智能咨询，还是行走于图书馆大厅或书架之间的其他具有交互功能的服务机器人，都应该让用户觉得像是在与一个图书馆员对话，而不是与机器对话。然而，图书馆专业语料库，尤其是中文语料库的不足，语法规则库不能动态更新等方面导致图书馆机器人的知识不够丰富，机器人的大脑还不够聪明，智能咨询和服务的效果也差强人意，尤其是专业性咨询。

如何让图书馆机器人更像一个图书馆员，是图书馆服务机器人必须面对和解决的问题。聊天机器人的主流核心技术包括3个方面：①把问题和答案一对一写入知识库；②使用AIML方式；③基于语义识别、神经网络和深度学习技术。目前，图书馆领域对智能咨询机器人技术的研究应用基本处于前两个层面，语料库的来源通常是以往的咨询记录、FAQ知识库和图书馆网站资源。国外图书馆机器人相关研究的重点在于语料库的自动创建、语法规则库的自动更新、机器人的智能学习和推理等相关模型的构建。而国内的研究应用主要是基于开源平台进行相关的探索性研究，没有把使用中文分词技术进行自然语言处理作为必不可少的程序，难以保证中文语料库知识的数量和质量。图书馆机器人专业知识的丰富程度决定了图书馆机器人能否像一个图书馆员一样服务用户，因此必须重视图书馆专业语料库的建设，同时提高语料库建设的智能化水平。

聚焦关键技术，让机器人步入图书馆真实场景

对于机器人来说，图书馆是一个更加开放、动态和复杂的环境。图书馆环境的特殊性和相关技术的制约，使得图书馆机器人进入真实的图书馆场景还面临一些挑战。一方面，智能化的图书馆环境建设是图书馆机器人走出实验室，步入真实的图书馆环境的前提。另一方面，图书馆机器人，特别是进行图书盘点、自主帮读者寻书等任务的移动机器人，还需要重点解决3个关键技术问题。

(1)图书馆环境地图构建。机器人在书架之间自由穿梭，完成盘点、寻书等工作任务，必须依赖于移动机器人的准确定位和导航，而机器人移动过程的精确定位、路径规划及导航都离不开地图。图书馆内部环境具有开放、动态、结构复杂的特征，这就使得图书馆环境地图的构建更具有挑战性。

(2)机器人的自主定位与导航。面对结构复杂的图书馆室内环境，机器人基于环境地图进行自主定位和导航的同时，还需要通过激光、视觉等传感器感知环境。就定位的精确程度而言，激光传感器比视觉传感器更具有优势。基于多种传感器感知环境，能够进一步提高机器人自主定位与导航的准确性，同时还需要消除机器人在移动过程中运动轨迹偏移造成的累积效应。

(3)图书信息的完整读取和图书的准确定位。RFID技术和移动机器人的结合，为图书的准确定位和图书信息的完整读取提供了可取方案。但是，由于金属书架、图书的薄厚、信号干扰等一些因素的影响，使得基于RFID技术的机器人在图书信息的读取率和图书的定位方面还不太理想。已有的超高频RFID技术研究表明，在读取率、读取范围、读取速度、多标签检测、防冲突等方面，超高频RFID都更优于普通RFID和高频RFID技术。南京大学自主研发的基于超高频RFID技术的图书馆机器人，克服了高频RFID技术的一些缺陷，在图书信息读取率和图书定位方面取得了比较满意的效果。目前，国内外很多图书馆部署应用了不同类型的RFID系统，但是机器人在超高频RFID方面的研究应用有大进展，而高频RFID方面尚处于研制中。

图书馆机器人的研究应用重点应该是，合理部署RFID系统构建智慧化图书馆环境，改善图书馆机器人导航和定位的准确性，增强机器人对图书馆开放环境的感知能力，提高图书定位和图书信息读取的准确率。

注重相关技术人员的培养

图书馆机器人技术是一个涉及多个学科的综合性技术，为了让图书馆机器人更像图书馆员，让机器人更广泛地应用于图书馆真实场景中，图书馆应该注重培养具有机器人相关技术的人才，以便能够在机器人革命浪潮中拥抱机器人，迎接人工智能技术的挑战。

机器人系统的安装部署与运行，图书盘点机器人的研发与应用，智能咨询机器人系统的二次开发，图书馆专业语料库的建设，以及其他图书馆管理与服务机器人的研究应用，都需要具备一定机器人相关技术的图书馆馆员参与其中，以使图书馆机器人能够更加适应开放的图书馆环境，更像一个图书馆员。

结语

机器人技术，已经成熟应用于很多领域。随着机器人技术的日益成熟，机器人会变得更安全、更聪明、更便宜。机器人技术为智慧图书馆的发展提供了机遇和挑战。

在未来，图书馆机器人具有一定的现实需求和研究应用前景。图书馆专业语料库质量的提升，会使机器人大脑的知识更加丰富，从而让机器人变得更加聪明和专业。机器人技术，将会把智慧图书馆推向一个新的高度。人工智能与机器人技术的结合，更加有利于图书馆机器人管理和服务体系的形成，为用户提供更加智能和精确的寻书、导航以及信息咨询等服务，从而全面提升图书馆的服务质量，吸引更多的师生使用图书馆资源和服务。

文章转自：慧兔机器人，商用机器人整体解决方案

可定制化应用的智慧图书馆机器人（慧兔机器人）