下肢外骨骼机器人开发者端交互设计研究

李铭鼎 高娃

摘 要：目的：面向下肢外骨骼机器人开发者进行相关的移动应用界面设计，使开发者有更加方便的辅助工具。方法：调研下肢外骨骼机器人开发者的需求以及相似的应用，建立用户特征并设计应用功能，在此基础上，完善设计，下肢外骨骼机器人交互原型最终通过相关人员的设计评估。结果：设计出一套可以为开发者提供便利的移动界面。结论：对下肢外骨骼机器人进行合理的移动客户端交互设计，能够提高相关研究者的开发效率。

关键词：下肢外骨骼机器人;交互界面;开发者

0 引言

外骨骼机器人作为一个新型的设备，可以大大提高人们的工作效率，无论是在军事领域还是在民用领域，都有着广泛的应用。[1]机器人的研究需要大量數据的反馈，面向下肢外骨骼机器人开发者进行交互设计，能够方便开发者完成随时查询下肢外骨骼机器人实验数据信息、展示外骨骼机器人性能等操作，从而提高对外骨骼机器人的研究开发效率。因此，对于外骨骼机器人的交互设计研究具有重要意义。

1 机器人人机交互界面调研

针对机器人开发者所设计的人机交互界面进行调研，可以了解机器人人机交互界面现状，以指导下一步设计。

在机器人的反馈界面里，界面需要呈现大量的数据，但所在调研中呈现方式大都比较杂乱，图1a为健康设备的手机端数据反馈界面，可以看到大量数据只是单纯地陈列而没有合理的排布设计。[2]此外，机器人的交互界面还有利于控制界面，在这类界面中，需要清晰、简洁地为用户提供对设备的操控交互按钮，图1b为护理床的调整姿态的界面，在简洁图标的提示下，用户可以清晰便捷地使用界面来操控设备。[3]同理，数据反馈界面也可对数据进行可视化处理，图1c为康复机器人的数据反馈界面，数据的可视化可以更加直观地体现数据的变化，还可以对大量数据进行简洁的整合。[4]

综上分析，大部分开发者所开发的App都存在以下问题：

第一，界面数据的布局大都比较混乱，输出控制的布局比较分明。

第二，界面设计大都比较简陋，只是单纯地满足用户所需的功能，没有经过合理的设计。

除了以上问题，对于专门化的开发类App，为了其专业性，要对专门领域的所需参数进行调研。因此，对于下肢外骨骼机器人的交互设计，可以在App里为用户展示许多专门的参数（如人机尺寸、步态特征等等），以满足App用户的专业性需求。

2 功能设计

2.1 场景描述

针对用户的特征，可对此应用的使用场景区分为实验室、外出、日常生活场景，以明确用户的目标。用户使用情况如下：

第一，用户处于实验室场景时，需要对设备进行调试并得到信息反馈。如果是用户第一次连接新的设备，还需用户对设备进行连接调试。因此，下肢外骨骼机器人App可以快速对反馈的数据进行可视化并反馈给用户，同时快速连接设备，以便开发者的开发作业。

第二，用户在外出场景时，想了解实验室正在调试的情况。因此，下肢外骨骼机器人App通过远程的数据接收，可以快速反馈给开发者实时的情况，以减少开发者在外时的不便。

第三，用户在日常生活中，会时常关心与自身相关的其他开发者的一些情况。[5]因此，下肢外骨骼机器人App可建立一个小的社交新闻圈，以满足开发者们之间的联系，并让用户能够接收到其他开发者的新鲜资讯，从而增强用户对此App的黏性。

2.2 功能确立

在明确用户目标之后，进行功能树的列举，并确定功能以及区分功能的优先级。功能优先级根据功能在本次设计应用中的重要程度以及用户使用次数排布。优先级为一级的为“数据反馈”，因为收集数据并可视化反馈为本次设计中App的核心功能;二级有“设备管理”“大数据”以及“人员信息”管理功能，皆设计为常用功能;三级的功能有“推文”“帮助”“联系人”以及“日志”等辅助性的次要功能。

对于核心功能“数据反馈”，又可分为对调试人员生理数据的反馈和对设备数据的监测。在调试人员的数据上，从前期调研结果可以了解到实验过程中产生的比较重要的数据是关节角度、步态特征等生理数据，可以设计可视化反馈此类数据的功能，而调试人员基本的生理数据如腰围、腿长等是较为固定的数据，可以通过直接导入并建立调试人员的个人生理信息数据库，从而延伸出信息导入和基本信息功能。[6]

“大数据”功能的设计考虑的是将所有用户的调试信息作一个数据统计，并呈现给用户，这既是一个有“弱社交性质”的功能，但同时又与开发者相关。[7]以此功能作为一个切入点，建立一个开发者之间的小社交圈，为此应用的交互增加一些趣味性，从而建立用户之间的联系以及增强用户对App的黏性。

3 交互界面设计

在功能设计的基础上，对App的低保真原型图进行绘制。对于信息反馈的App来说，最为重要的功能是数据反馈功能，因此将用户最为关心的数据反馈放在首页的视觉中心，在最下方放入热点新闻的推送，让用户可以第一时间得到新闻信息，提升应用的活跃性。然后设置可以转到数据监测和设备管理两个重要模块的按钮。

从首页可以直接跳转至其他功能界面，例如数据反馈界面，用户因为数据比较繁多，所以先对数据进行可视化处理，并放在视线最为聚焦的位置，方便用户快速查看。而繁杂的数据就排布于下方，方便用户查找准确的数据。此外，交互设计采用卡片式分类来对不同数据进行归类，可以通过滑动来快速切换查看不同数据，以完成数据反馈任务。同样的卡片式切换也可用于其他功能。设备管理和大数据都需要处理多个不同的展示内容，因而也可以应用卡片式切换，还可以让整个App的交互形式统一风格。

在低保真原型图基础上，对界面进行视觉层面的设计。对App的图标、颜色细节等多方面进行设计，让视觉效果更加完善，使给用户的引导效果更加明确。在色彩方面，整体采用给人低调、沉稳感觉的低饱和度色彩，加以略微渐变阴影的辅助，以表现这是一个比较专业的App。[8]图标以及数据可视化的设计，主要采用扁平化风格，以更好适应用户的习惯。[9]将低保真原型的区域排布与高保真的视觉设计结合，最终得到高保真原型图，分别为首页、设备管理以及数据反馈的高保真原型图。

在完成高保真原型图的设计之后，为了进一步了解界面的可用性，笔者邀请之前做过访谈的两名专业相关的学生进行了设计评估，利用原型在手机完成一系列任务。从完成任务的流畅性来看，两名测试者都能较快地完成任务，但学生B认为卡片式的交互在查看数据时的切换速度还不够快，对于应用架构的评估，学生B认为应用架构比较简单易懂。对于数据可视化反馈项目，学生B认为目前可视化的图还不够清晰，数据可视化的内容还不够详细。在使用App的主观感受方面，均得到比较正面的评价。

由此，可以得出一些改进方向：

第一，除卡片式的交互外，可以增加一些更加快速的导向栏，以更快速地完成任务。

第二，可视化数据的内容可以更详细，以便对比。

4 结语

从交互设计的角度出发，更加可视化的手段便于开发者完成随时查询下肢外骨骼机器人實验数据信息、展示外骨骼机器人性能等操作。在此基础上，借助网络连接手段让开发者之间产生更紧密的联系，为开发者带来更有趣的开发体验。在测试评估中，开发者结合自身提供了新的参考意见，得出更加明确以及人性化的改进方向。当下，希望开发者能够拥有更好的研究环境，在创新的同时也能享受交互设计带来的便利以及愉悦的体验。

参考文献：

[1] 石晓博，郭士杰，李军强，赵海文.发展中的外骨骼机器人及其关键技术[J].机床与液压，2018（21）.

[2] 施佳露，郁舒兰.参与式设计理念下的文创产品设计研究[J].家具与室内装饰，2018（09）：26-27.

[3] 瞿强.基于Android的服务机器人远程监护系统设计[D].南昌大学，2018：55-57.

[4] 汪丽.基于下肢外骨骼智能康复设备的移动医疗应用界面设计[D].东南大学，2018：33-40.

[5] 徐宏介，王玮，倪婕.基于服务设计理念的南京明城墙导视系统设计研究——以中华门为例[J].大众文艺，2018（08）：106-107.

[6] 王年文，朱亦吴，姜文博，毕翼飞.下肢外骨骼康复机器人人机交互系统分析[J].现代商贸工业，2018（01）.

[7] 靳晓佳，郁舒兰.构建诗意化生活——当代家电产品设计的艺术化研究[J].设计，2016（15）：124-125.

[8] 李晶，薛澄岐.基于视觉感知分层的数字界面颜色编码研究[J].机械工程学报，2016，52（24）：201-208.

[9] 李晶，郁舒兰，吴晓莉.人机界面形状特征编码对视觉认知绩效的影响[J].计算机辅助设计与图形学学报，2018，30（1）：163-172.

作者简介：李铭鼎（1996—），男，广东湛江人，南京林业大学工业设计专业本科在读。