基于自闭症儿童情感特征的陪护机器人设计研究

赵芳华，杨　熙，张维维，李　昊

（河北工业大学 建筑与艺术设计学院，天津 300401）

基于自闭症儿童情感特征的陪护机器人设计研究

赵芳华，杨熙，张维维，李昊

（河北工业大学 建筑与艺术设计学院，天津 300401）

自闭症儿童缺乏与人相处、主动学习的能力，针对该人群的产品设计就越重要。陪护机器人通过智能设计为自闭症儿童提供了较好的交流手段。文章分析了现有自闭症儿童陪护机器人的基本特点，研究了自闭症儿童的情感特征和需求，从色彩、造型、交互方式等方面设计了一款陪护型机器人，以改善用户体验，并为自闭症儿童的相关产品的设计提供新的思路和参考。

自闭症儿童；陪护机器人；情感特征；产品设计

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一、前言

近年来，国内外研究者对于自闭症陪护机器人进行了不同方面的研究探析，机器人技术的开发与应用为自闭症儿童社交技能的训练提供了新的研究方向，陪护机器人对于促进自闭症儿童的恢复治疗变得越来越重要。全球现有孤独症患者3500万，其中40%是儿童，中国孤独症患儿数达100多万，且呈逐年上升趋势。随着该群体的数量逐年增加，他们的特殊要求也逐渐凸显出来，对自闭症儿童陪护产品的相关设计也提出了更高的要求。陪护机器人在设计过程中，需关注自闭症儿童的情感特征、喜好倾向和心理需求，根据这些情感要素进行设计，通过产品外观的色彩、造型、产品的功能以及交互方面营造良好的氛围，使患儿产生亲切、轻松、愉悦、依赖等不同的心理情绪，并且要避免产品的色彩、造型给患儿带来失落、抑郁等负面的心理。使产品能够促进患儿注意力集中，激发患儿参与的兴趣，全面提升产品的使用体验。

二、自闭症儿童陪护机器人应用实例

国外应用于实践的机器人实例证实陪护机器人对于自闭症儿童治疗恢复起到有效的作用，大大改善其行为结果。目前较有代表性的自闭症陪护机器人有3款。

第一，Nao是一款功能丰富的人形机器人，可以拟人讲话、做出动作，并且可以识别出人的面部和语音，为自闭症儿童克服社交障碍提供了帮助。（图1）

图1　Nao

图2　Milo

图3　Leka

第二，Milo机器人通过语音、动作可以与自闭症儿童产生交流互动，造型拟人可爱，可提供给患儿一定的社会互动过程，培养其正常的沟通能力。自闭症儿童通过使用Milo机器人，有利于其顺利地掌握沟通技能。（图2）

第三，Leka是一个能够移动的球形机器人。患儿可以在无人看护下单独与 Leka玩耍。Leka具有声、光、震动等功能，促进培养患儿对四周围的感知能力，使其得以发展良好的社交技能。（图3）

以上3款产品各具特色，其共同点是造型及行为方式亲和、拟人化，都具备语音、图画交流显示的载体，且肢体设计都能与患儿产生良好的互动，帮助患儿取得更好的疗效。以此做借鉴，引入设计实例中，并对产品的色彩选择、造型及动作交互作出更为详尽的设计。

三、自闭症儿童情感特征研究

为使陪护机器人能够为自闭症儿童带来亲切、轻松、愉悦的感觉，营造适宜、富有安全感的环境氛围，从以下几点情感特征分析出发，为设计增添有利依据。

（一）感知觉障碍：一些自闭症儿童对光、噪音、触觉或痛觉等感觉刺激反应特殊，有些表现为过度迟钝，有些则反应过度敏感。因此机器人的色彩、造型需选用处于中等程度的设计元素，避免极端反应。色彩设计中可以通过研究自闭症儿童的色彩偏好应用到产品中，造型应选择简洁、轻松的体态，以满足自闭症儿童的情感需求，促进其治疗效果。

（二）社会交往障碍：自闭症儿童难以对父母或其他亲人产生依恋感，也不能建立伙伴关系，导致感情和社会互动方面困难，不能与人产生正常的沟通互动。因此针对该人群的产品设计中需要加入图片交换沟通系统的应用模块，以帮助自闭症儿童更好地掌握沟通技能。

（三）兴趣和行为异常：自闭症儿童很少主动追求事物，难有兴趣爱好；有些自闭症儿童伴有自伤行为，甚至伤害他人，这种行为伴有持续性，需要来自家庭和看护者的持续照料。因此陪护机器人的造型设计上应注重其陪伴性、亲和性，增强一定的安全感氛围。

四、设计实例

通过实例及情感特征分析，明确了设计构思的方向：一款适合自闭症儿童情感特征的陪护机器人。将该群体特殊的色彩偏好以及其情感特征、精神需求融入到设计的色彩选择及造型呈现中，探讨其在自闭症儿童陪护机器人设计中的思路和方法。

（一）以改善感知觉障碍为目的的配色选择

色彩对大脑产生重要影响，对自闭症儿童的认知活动发挥着强有力的作用，首次正式研究自闭症群体颜色感知的美国研究者Ludlow发现，如果用颜色（蓝色和紫色等）镜片覆盖文本将提高自闭症儿童的阅读速度高达13%。国内曹漱芹等人采用对偶比较法针对4-6.5岁汉语自闭症幼儿进行的颜色偏好研究中，发现自闭症幼儿在总体上偏好冷色，其颜色偏好的顺序为：绿、蓝、红、紫、橙、黄，其颜色偏好顺序显著不同于普通幼儿。

基于以上色彩偏好研究结果，结合患儿情感特征分析，机器人应尽量避免过于艳丽、强烈的色彩，亦不能色彩过于单调，呆板。其色彩设计在视觉、心理因素上要充分满足患儿的特定需求，寻找有利于患儿身心发展的色彩，达到舒适、明快、整体的形象呈现。如此提高患儿的对机器人的色彩敏感度，使其感知觉障碍得以改善。该设计实例中，为符合自闭症儿童色彩偏好，选用低明度的蓝色、绿色和粉色与银白色搭配，简洁明快，色调偏冷，使患儿得以舒适的视觉体验。（图4）

（二）以改善社会交往障碍、兴趣和行为异常为目的的造型设计

为了改善自闭症儿童的社会交往障碍、兴趣和行为异常这些情感特征上的缺陷，那么在造型设计上应充分满足自闭症儿童的精神需求，提升机器人的形象吸引力和象征意义，以产生良好的交流互动。从机器人形象呈现、图片语音及动作的交互方式这三个方面对造型进行设计。

1.造型简洁亲和化

有研究表示，自闭症患儿之所以不愿意与外界交流，其中一个原因在于难以识别人类复杂的行为表情。但机器人没有太复杂的面部表情，自闭症儿童面对机器比面对人群时反应更为自然。因此，头部也采用简洁的形态并加以微笑的可爱表情，整体简化了机器人体态上的装饰，下身采用滚轮式移动方式，亦可降低制作成本，为自闭症儿童群体设计呈现出友好、亲和、简洁整体的小伙伴形象，以促进自闭症儿童更顺利地与机器人互动，逐步培养锻炼其沟通交流能力，该机器人造型方案如图5所示。

2.加强沟通互动能力的屏幕设计

根据2014年1月美国公布的《自闭症儿童、青少年的以循证为基础的实践》这一报告，图片交换沟通系统被列为有实证证实的、有效的循证实践之一。自闭症儿童在图片提示条件下对情绪的认知优于在语言提示条件下对情绪的认知，表明图片可以帮助他们理解情绪。因此设定陪护机 器人胸前的屏幕用来实施图片交换沟通系统，通过图片、视 觉符号和自然语言的刺激来帮助自闭症儿童更好地掌握沟通的技能，改善其社会交往障碍。

图4　色彩方案（专利号：2016301307229）

图5　造型方案

3.动作交互日常化

由于自闭症儿童面对机器人更为自然直接，陪护机器人的肢体动作设计尽量地满足动作种类丰富、能顺利地完成拥抱、手势舞蹈、举手等常见社交互动动作，为自闭症儿童带来情感关怀的同时，目的是培养促进自闭症儿童能在日常生活中与周围进行正常的社交互动，充分地改善其兴趣和行为上的异常，扩展患儿的情感世界及兴趣范围。

五、总结

自闭症儿童陪护机器人作为一种工业性产品，情感因素的考虑应作为设计的重点，方案中陪护机器人的设计从自闭症儿童的情感特征出发，并结合自闭症儿童的色彩、造型偏好需求设计了新的设计方案。设计中除了对机器人的色彩、造型上的考虑，还应该对其材质、动作实现的方式以及用户数据进行深入分析，开发出更加完善、科学的自闭症儿童陪护机器人。■

课题项目：2016年天津市大学生服务企业创新创业实践项目，服务型智能机器人设计

［1］范晓壮.机器人用于自闭症谱系障碍儿童社交技能干预研究的综述［J］.现代特殊教育（高教），2015（7）.

［2］陈东帆，李睿强，韩琨.人形机器人技术在孤独症儿童干预中的应用［J］.中国康复理论与实践，2015（11）：1325-1328.

［3］王辉.自闭症儿童的心理行为特征及诊断与评估［J］.现代特殊教育，2007（8）.

［4］曹漱芹，费雯，孙爱军.4-6.5岁自闭症幼儿颜色偏好的实验研究［J］.中国特殊教育，2012（5）.

［5］胡晓毅，范文静.运用图片交换沟通系统改善自闭症儿童需求表达及攻击行为的个案研究［J］.中国特殊教育，2014（10）.

Research on the Companion Robot Based on the Emotional Characteristics of the Autistic Children

ZHAO Fang-hua， YANG Xi， ZHANG Wei-wei， LI Hao
（School of Architecture&Art Design of Hebei University of Technology，Tianjin 300401，china）

Autistic children lack ability about getting along with people and learning actively ， whilethe products for this group are more important increasingly. The companion robot， whit the intelligent design， provides a good communication method for the autistic children. This paper analyzes the existing basic characteristics of the companion robot， and studies the emotional characteristics and needs of the children with autism， designs a companion robot with the color， shape， and the pattern of interaction， in order to improve the users'experience， then， makes a proposal for the design of the products the are used by the children with autism.

children with autism； companion robot； emotional characteristics； product design

TB472

A

1008-2832（2016）10-0116-03