医疗服务机器人造型设计研究

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摘要：为了满足用户需求，提升医疗服务机器人造型的美观性、和谐性和创新性。本文以医疗服务机器人造型设计为研究目标，使用户意象、仿生对象和产品造型要素达到高度融合。从意象仿生设计流程入手，用语义差分法确定仿生对象，提取生物外形特征，运用熵权法确定仿生对象外形结构各部分的权重，在产品造型各要素主次的基础上，将仿生生物外形特征与产品外形进行融合，最终得出产品造型设计方案。通过本文的研究，希望设计出能够满足用户意象需求的产品造型，提升医疗服务机器人造型形象，为类似的产品提供参考和依据。

关键词：意象仿生；医疗服务机器人；造型设计

1意象仿生概述

意象仿生不同于其他仿生通过视觉、触觉等感知进行模仿，而是通过人类对自然经验进行“神”或“形”的研究，让用户产生一定的生理或心理的反应，达到情感上的共鸣。从意象仿生的映射模式研究产品造型，高小针等人[1]用大象作为仿生对象，通过眼动实验分析产品外观，将产品外观和大象的特征进行融合。陈金亮等人[2]利用语义差分法将用户的意象进行分析，从而获得用户的意象需求，结合用户需求设计出产品。张阿维等人[3]在产品意象评价中结合熵权法获得产品要素的权重，根据权重值与生物对象进行融合的仿生设计。综上所述，国内的相关研究均体现出意象仿生的映射关系，但未达到映射关系的完整性。意象仿生的映射关系是根据用户意象、仿生对象和产品设计要素三者之间相互作用，最后使仿生对象和产品相融合的过程[4]。本文从用户意象中确定仿生对象，再达到仿生对象和产品设计要素的融合，最终实现设计目标，是对意象仿生映射关系的深化和补充。

2医疗服务机器人概述

服务机器人是机器人市场上发展持续上升的一个新兴产业。虽然到目前为止没有一个严格的定义，但是服务机器人的主要任务是服务于人，根据服务的环境、对象和特殊情况而定，服务机器人的类型可分为家用型服务机器人、专业型服务机器人和娱乐型服务机器人。现市面上的医疗服务机器人是属于专业型的服务机器人，主要应用在医疗场景中，根据功能需求的不同设计出不同造型的医疗服务机器人。专业型的服务机器人有康复机器人、手术机器人、医疗辅助服务机器人等，而本文是针对专业型的医疗辅助类服务机器人进行造型设计研究，提升用户在就诊过程中的体验，满足用户的情感需求。

3基于意象仿生的医疗服务机器人造型设计意义

现市面上的医疗服务机器人外观造型大多给人以冰冷和严肃的感受。用户在使用产品的过程中，不仅对功能有相应需求，而且对产品外观美感也存在一定的需求。基于意象仿生的医疗服务机器人造型设计，有利于提升医疗服务机器人外观造型，使用户产生共鸣，从而满足用户的情感体验需求。从三个层面来看本文的研究意义，在理论层面上，把意象仿生的相关理论应用于医疗服务机器人造型设计上，为类似的产品设计提供理论基础；在方法层面上，采用用户意象、仿生对象和产品属性三者之间耦合性的意象仿生设计方法，是对意象仿生设计方法的创新；在应用层面上，采用意象仿生设计出来的产品造型可以使用户产生亲切感，有利于减轻用户在就诊过程中的压力，促进情感上的体验，并直观地传递其象征意义。

4基于意象仿生的医疗服务机器人造型设计流程

4.1明确设计目标。医疗服务机器人设计目的是为了产品造型符合用户需求，让用户在意识上达到共鸣。因而采用意象仿生使产品造型变得柔和，并匹配用户熟知的生物进行仿生，增加用户对产品的熟悉感和亲切感，达到医疗服务机器人对用户意识产生积极影响的效果。4.2确定生物仿生对象。为了准确获得仿生对象，先建立感知词汇资料数据库，可以通过网络和期刊等各种相关文献进行初步搜集，从中挑选出和医疗服务机器人相关的词，去除和实验不相关的词，最后筛选得出60个词汇。接着召集医疗服务机器人设计师、医护人员和就诊病人对60个词汇进行筛选打分。最终得出10个得票最高的词汇是美观的、可爱的、协调的、有趣的、科技的、柔和的、简单的、独特的、亲切的、直观的。将设计师提供的具有代表性医疗服务机器人做成样本，运用语义差分法对这8个样本进行分析。用8个样本分别对30名用户进行问卷调查，得出用户对医疗服务机器人的感性意象词是可爱的、美观的、亲切的和有趣的。因此，仿生生物对象的选取可以从这些词汇中进行范围确定。用网络和文献查找的方式寻得仿生基因数据库[6]，根据数据库里面找出对应的意象词汇得出：意象词汇对应的生物是企鹅。4.3仿生对象生物外形与产品造型要素融合。1)分析生物外形特征。通过网络和动物期刊等方式，选取26张企鹅动态照片作为研究样本。并构建语义量化表，把26张企鹅动态样本与得出的4个意象词相结合。共发放45份调查问卷，实际得到38份调查问卷，其中医疗服务机器人设计的专业人员有20份，非医疗服务机器人设计的专业人员18份，归纳出企鹅外形结构及类目，如表1。用熵权法来计算出企鹅外形各部分的权重。将26个样本和4个意象词对于38份调查问卷结果进行统计处理，构建出数据标准化，因此得出26个样本的信息熵值和权重值。并根据样本的信息熵值和权重值得出4个感知意象词权重值。把26张研究样本基于4个感知意象词汇的综合评价值，以及企鹅外形各部分类目转化为适于数量化一类理论处理的数据，以及根据各项指标的加权值得出生物外形各部分和类目之间的对应关系数据。并根据对应关系数据可得知生物外形各部分的优先顺序是身体、头部、脚部、翅膀和啄部。2)确定产品造型要素的主次。运用眼动实验确定用户对目前市场已有的产品各部分注意时长情况。采用眼动仪进行测试，眼动仪型号为TobiiT20，采样频率是120Hz。眼动仪可记录人眼注视的位置及眼睛运动轨迹，这样可以直观了解到被试者对研究目标不同部位的关注程度。实验素材是根据网络和现有市场上各品牌的医疗服务机器人，通过专业人员对各品牌产品分析与讨论，挑选出有代表性的样本。实验对象均无近视、色盲与色弱等特殊情况。依据得出的数据和访谈结果进行整合，使用SPSS软件处理得到眼动实验参数。因此，医疗服务机器人造型设计认知重要性从主次顺序依次为屏幕、机身部分、监测装置、行走部分、调节装置和麦克风装置。3)根据仿生对象生物外形特征的分析和医疗服务机器人造型要素的主次，将两者的各部分进行融合，得出的结果如表2。从用户意象里确定仿生对象，是意象仿生设计的第一次映射。将医疗服务机器人的造型要素和企鹅的外形特征进行融合，得出新的产品造型，是意象仿生设计的第二次映射。意象仿生不是完全照搬生物原型，而是模仿生物的形态特征或行为情态，用生物的抽象形态激起用户的共鸣。利用对医疗服务机器人的外观设计，唤起用户对企鹅的联想，从产品的外观相似神态中就可产生亲切感和熟悉感，拉近用户与产品之间的距离。4.4设计方案。从生物的形态特征上进行大概身形的勾勒，通过对原生物体型的变形和转换，可以得出六种医疗服务机器人的设计草图，选择其中三种方案进行深入设计，初步定出其他结构，如图1。根据三种方案草图进行细节设计的深化，对产品色彩方案的选择上也是关键环节，为此保留原生物的大体色彩黑色和白色，可以选择以白色或者黑色为主要产品色彩。因为医疗机器人的材质设计要具有质感、现代感和科技感，所以辅色上可以搭配灰白色或蓝色进行协调。

5结语

本文研究了基于意象仿生的医疗服务机器人造型设计，提升了医疗服务机器人外观造型，同时能满足用户在使用过程中的情感体验。在产品造型自上而下的设计流程中，从确定产品设计目标到最后方案的形成，采用语义差分法得出用户意象，根据用户意象在仿生数据库里面找出仿生对象，把生物的外形结构进行拆分，针对生物各部分和产品造型要素进行融合得出设计方案，希望为类似的产品造型设计提供参考。

参考文献

[1]高小针，张阿维．基于眼动实验的高压电机意象仿生设计[J]．西安工程大学学报，2018，32（03）：330-335．

[2]陈金亮，赵锋，李毅，等．基于感性工学的产品设计方法研究[J]．包装工程，2019，40（12）：162-167．

[3]张阿维，高小针，陈彦蒿，等．基于认知耦合的产品造型仿生设计研究[J]．机械设计，2018，35（06）：120-124．

[4]李雄，苏建宁，陈彦蒿，等．产品意象造型设计应用研究进展[J]．包装工程，2019，40（8）：1-9．

[5]陆冀宁．仿生设计中生物形态特征提取浅析[J]．装饰，2009，52（01）：136-138．

[6]袁雪青，陈登凯，杨延璞，等．意象关联产品形态仿生设计方法[J]．计算机工程与应用，2014，50（08）：178-182．

作者:候佳音 张婉玉 单位:四川师范大学