老年人家庭陪伴型机器人交互设计研究

陈欣然　高娃

中图分类号：J524 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2021）08-0122-04

引言

隨着科学技术与经济的发展，社会保障体系更加健全，医疗水平不断提升，生育率持续下降，人类平均寿命的延长，导致人口老龄化进程加速。据相关数据显示，2000年至2025年我国的老龄人口呈飞速发展态势，65岁及以上老龄人口占总人口数量的比例将从了%左右上升至12%;2025年至2050年老龄人口将处于高速发展阶段，人口占比预估高达20%。由此可见，中国正在步入“中度老龄化”社会。由于我国传统的养老观念，大多数老年人选择居家养老，因此适老化居家用品的需求量提高，智能养老产品开始发展。老年人的身体机能、行为方式和心理需求随着年龄的增加发生转变，导致测量身体质量指数、吃药等需求逐渐频繁，出远门、提重物等行为变得吃力。家庭陪伴型机器人是以更好地帮助老年群体完成日常需求而设计的辅助型智能产品，它给予老年人安全感和归属感，并促进老年人的身心健康、提高幸福指数。本文从老年人的日常需求和心理特征出发，通过问卷调研和人物访谈等方法，并根据数据进行需求分析、构建人物模型、情景剧本、需求定义和交互行为分析，提出老年人家庭陪伴型机器人的产品方案，为老年人健康养老提供新的可行性途径。

一、设计调研

家庭陪伴型机器人是为老年用户在日常生活中提供陪伴和帮助的辅助性智能产品。为使该产品更加合理化、更加符合老年人的日常需求，本次调研分别对老年群体和大学生群体进行人物访谈调查和网络问卷调查，具体内容如下。

（一）调研概述

1.人物访谈

此次访谈对象为3位年纪在75岁左右的老人，主要访谈问题包括：（1）是否接触过智能产品，是什么。设置此问题的目的是掌握老人对智能产品的接受程度和熟悉程度，并了解他们使用的设备。（2）身体存在哪些问题。（3）是否会定期服药。（4）是否会定期测量血压、血脂、血糖等身体指标。这三个问题均是为了了解老人的身体情况，为家庭陪伴型机器人的功能设计提供参考，具体内容见表l。

对于智能产品的问题，三位受访的老人家中均有智能产品，其中有两位日常会使用手机，另一位家中有智能音箱，他表示智能音箱主要用于收听广播。

对于身体方面的问题，两位老人有腿脚不方便的情况，并表示有时会影响上下楼梯和出行。三位老人身体都存在一些不同的问题，因此均会每天服药。由于三位老人的血压、血脂、血糖等身体指标不同，因此有两位会根据自己的身体需求去定期测量，另一位老人则表示身体比较健康，仅偶尔测量身体指标。

2.网络问卷调查

由于大学生群体对家中老年人日常生活的反馈更加客观，信息有效性更强，因此对本科在读大学生群体进行网络问卷调研。调研人数共41人，设置的问卷问题为大学生群体家中老人的行为情况和大学生群体对于家庭陪伴型机器人的交互方式、功能、外观造型的倾向两类，目的是了解居家养老的老年人的生活需求，以及确定家庭陪伴型机器人的设计方向。

（1）大学生群体家中老人的行为情况的相关问题。数据显示，填写者中有5人不了解老人的生活，因此该五份问卷视为无效。在有效的36份问卷中，与老人住一起的大学生有9人。据大学生群体所填写的数据反映，大多数老人并未使用过智能音箱设备（占68.54%），他们对该类型的智能产品了解甚少;老人家中有按摩或血压仪等仪器的居多（占53.33%），他们偶尔检查血压或身体情况（占63.89），偶尔进行理疗、按摩或针灸治疗（占44.44%），且多数老人需要定期服药（占55.56%）;大多数老人都有腿脚不方便的情况（占63.89%），且有过重要物品（如钥匙、存折等）忘记存放位置的经历（占44.44%）。

（2）大学生群体对于家庭陪伴型机器人的交互方式、功能、外观造型的倾向的相关问题。对于该方向的回答，4l份问卷均有效。大学生群体认为机器人的交互方式为语音交流的人最多（占87.81%），且更多人认为该类型的机器人应该有情绪化表达（占60.98%）。在外观造型方面，大多数人倾向于体型中等或偏小的机器人（占60.98%），喜欢简洁舒适型的人最多（占73.17%）。更多的大学生认为，若该类型机器人可以无限充电和陪伴聊天（占60.98%），可以更好地服务老年用户。

（二）调研数据分析

大学生眼中的老人生活情况和老人真实的生活情况存在差异，但从数据可以看出，多数大学生会关注家里老人生活情况。很多家庭里的老人可以自理生活，但由于年龄增加，身体不免会出现问题，他们家中会常备按摩仪器或血压仪等仪器，在需要时进行身体指数的测量。定期服药已经成为老人生活的常态，接受药物或针灸等治疗可以改善他们的身体状况。由于老年群体的记忆力大不如前，他们有时会忘记物品的存放地点或日常计划事件。老年人的生活方式并没有因智能设备越来越发达而改变，他们不善于接受新鲜事物，但是乐于尝试。对于老年人家庭陪伴型机器人的调研数据，结果表明机器人与用户的交互方式应为语音交流，可以有丰富的情绪变化;机器人的体形应为中小型，外观简洁舒适为宜;机器人功能需满足老年群体的行为特征和情感需求。

二、用户模型、情景剧本及需求定义

（一）构建人物模型

人物模型是交互设计中目标导向设计方法中的概念，该人物并非真实的人，而是基于观察、调研等结果得到目标用户真实的行为与动机，并以此为基础，构建综合原型。通过网络问卷调研和人物访谈提供的真实且直接的用户数据，提取最具有典型性和确定性的行为模式，创建与家庭陪伴型机器人相关的人物模型。

该用户模型主要从关键差异、用户目标、痛点、智能产品使用情况、用户行为和产品个人喜好6个方面进行构建。1.该类型人物的关键差异主要体现在人体机能与家人对其的影响，人体机能下降，出现腿脚不便、记忆力下降的情况;身边的子女工作忙，与他们的见面机会减少。2.明确用户目标：用户希望机器人具有陪伴型，有聊天、测量血压、在伴随外出时为蔬果等小型物品提供存放空间，减少日常负担。3.根据调研数据和人物模型的关键差异整理痛点，主要为市面上的智能产品无法解决老人孤独感的问题。4.从调研结果中整理出该类人群家中有智能音箱、手机等智能产品。5.运用行为描述的方式提取用户在日常生活中需求点，其中主要为：用户使用智能音箱较频繁;该人群由于年龄的增加导致身体机能衰退，血压不稳定，时常测量血压;膝关节损伤，出门时需要辅助行走器械。6.通过调研的数据构造了该人物模型的产品喜好：对于陪伴型机器人的外形，用户更倾向简单、有亲切感的中型产品，交互方面喜欢语音交流、大屏幕显示的方式，同时，用户希望在使用过程中能够感受到陪伴感，机器人可以有情感表达等功能。用户模型图见图1。

（二）使用情景及需求定义

通过描写用户对机器人的使用情景，可以直观地得到需求定义，并提取机器人的功能点。以下将根据人物模型中的角色信息，构建王大妈使用陪伴型机器人的过程，并分析需求定义和机器人对应的功能。主要内容如表2：

根据用户在使用情景中的模拟行为，将机器人需求定义分为五个部分，并将五个需求对应至机器人的五个功能点：1.用户对测量血压、记录血压数据和储存历史血压数据的需求对应机器人的测量身体指标并记录数据功能点。2.用户对希望被提醒事件的需求对应机器人的事件提醒功能点。3.用户对语音唤醒或关闭机器人、机器人语音播报信息、通过其屏幕与家人视频通话、机器人接收语音指令的需求对应机器人语音交互和视觉界面交互功能点。4.用户对机器人充当拐杖的需求对应机器人陪伴外出功能点。5.家属通过手机APP得到机器人记录的老人的身体数据的需求对应机器人与手机APP互联的功能点。

四、交互行为分析

（一）功能架构

机器人的功能主要分为四个模块，分别是语音交互模块、陪伴外出模块、测量身体指标模块和APP互联模块。随着年龄的增长，老年人在认知方面的能力发生变化，他们对信息的收取和判断能力显著下降，因此采用人与人交流的方式——即语言交流，可以让老人更加快速、便捷的操作陪伴型机器人，减少在操作时的认知障碍。语音交互模块可以让老人通过语音指令实现语音控制、提醒事件、语音聊天的功能，例如，对机器人说“早安”后它会被唤醒进入工作状态，对机器人说“提醒我浇花”后它会录入事件并稍后提醒用户，再如，用户可以直接呼唤机器人向它询问问题或聊天。由于老年人身体机能下降，尤其对于腿脚不便的老年人，外出时会使用辅助物品来减轻自己的出行负担。陪伴外出模块帮助用户解决出行问题，其中，储物柜需人脸识别才会开启，保证了物品存放的安全性。测量身体指标的仪器逐渐成为老年人家中必不可少的设备，因此测量身体指标的模块是陪伴型机器人的主要模块。该模块分为测量模式和储存历史数据，用户根据自己的身体需求测量指标后，可以看到历史数据形成的日报、周报等数据对比报告，可视化的数据对比可以让用户更加直观地了解自己的身体情况。在APP互联模块中，用户可以通过机器人与手机下载机器人APP的家人进行视频通话，同时，家人可以通过手机APP查看老人的身体指标等数据信息，让家人更加便捷地了解老人的健康状况。功能树菜单如图2。

（二）交互流程——以机器人给用户测量血压为例

测量身体指标是该机器人的主要功能，因此交互流程以其中测量血压的过程为例。机器人得到用户测量血压的语音指令后移动到用户前，开启血压盒并在屏幕中显示“开始”和“取消”，用户将袖带绑至上臂后即可点击“开始”按钮。机器人接收指令，立即向袖带充气进行血压测量，测量完毕，机器人会语音播报血压的测量数据，并在屏幕上直观地显示血压值，同時该数值已保存至数据库。用户看完数据后可以选择“继续测量”或“结束”，如若继续测量，机器人会重新向袖带充气，如若结束，用户需将袖带取下放至血压盒内，机器人检测到袖带已归回原位后关闭血压盒。图3为机器人为用户测量血压的交互流程图。

三、机器人造型设计

（一）曲线造型分析

相较于单一的直线，曲线在形态上更显得优美、柔和，给人以顺滑、流畅的视觉感受。如今，产品设计中千变万化的曲线无处不在，并起着举足轻重的作用，它不仅增添了产品的装饰性，而且承担了产品功能的扮演者，使产品的美观性与实用性并存。曲线没有规定的形态，因而它的多变性使其有多样化的情感表达。例如，弧线圆润、线条充实的曲线造型往往会给人带来轻松、愉快的体验感，起到放松心情的效果;而螺旋状的曲线动态感强，其夸张的形态会造成强烈的视觉冲击。简单、柔美、弯曲幅度较小的曲线造型符合老年人的心理特征，曲线在智能产品造型中的调和美可以减少机器的冰冷感和机械感，有效缓解了老年对现代科技产品的排斥心理，让老年人在使用产品时心情更加放松、舒畅。同时，曲线也可以很好地辅助智能产品的功能设计，使老年人在使用过程中更加舒适。

（二）基于曲线造型的家庭陪伴型机器人的设计实践

基于曲线造型，在机器人设计前期，对其进行草图绘制。产品设计草图可以有效地将模糊、抽象的设计思路转为具象、清晰的图形，运用手绘的方式高度概括产品的风格、造型、配色等，对产品的各方面进行不断的推敲和完善，并记录其优化过程，为后期的产品建模奠定良好基础。如图4a是机器人的草图方案，为一款曲线造型的双足仿人的家庭陪伴型机器人，体型圆润，风格简约大方。根据前期的需求分析交互行为分析，机器人选用双足仿人式。双足仿人机器人可以适应多种地形，能够跨越障碍，同时，其仿人的造型具有较强的亲和力。配色方面选择白色与黄色搭配：白色作为主色，并用明度较高的黄色进行点缀，不但让机器人更具有吸引力，而且让整体效果更加温馨。为使机器人的外观更加简洁，对其局部造型做了进一步优化。如图4b，调整了机器人上半身的形状，让曲线更好地与其融合，使机器人更加灵活轻巧，以便更好地服务用户;完善了机器人腿部和足部的造型，并增添了简单的装饰，让机器人更加有记忆点。基于优化后的设计草图，借助三维建模软件进行建模，并结合渲染工具对模型渲染，最终效果图见图4c。

由于老年群体身体机能逐渐下降，易引起骨质疏松，导致出现身高变矮、驼背的现象，因此为适应更多老年用户的身体高度，将机器人的尺寸设定较为长72cm、宽为32cm、高为110cm（见图5）。机器人选用的材料为绿色环保的ABS塑料，其具有良好的耐热性和韧性，冲击强度高，容易上色。如图6，机器人头部为圆弧曲线，该轮廓可以给老人用户柔和、亲切的感觉。显示屏位于机器人头部正面，其主要功能是将信息可视化，为缓解老年用户的眼部压力，让该群体更加清晰、直观、便捷地看到屏幕中的信息，显示屏中文字、数字等信息会放大;如图了，用户使用机器人时，显示屏会出现调皮、开心、哭泣等情感化的面部表情，增加机器与用户之间的情感互动。显示屏上方为摄像监控装置，用于探测前方的障碍物、人脸识别及观察老人活动状况，如若机器人检测到老人摔倒，则将立刻向家人、医院发出求救信号。麦克风和收音器位于机器人头部两侧，用于收音和语音播报。在用户外出时，机器人的肩膀可以充当扶手，肩膀的曲线造型贴合人体手部结构，更加符合人机工程学。机器人的下臂均设置有储存箱，用于放置家用医疗器械及用品。其中左下臂的储存箱为测量血压的袖带装置空间（如图8a），袖带充气管的管头连接于储存箱内壁，用户在测量血压前需先将袖带绑至上臂，而后点击显示屏中的“开始”按钮完成检测。测量完毕后应将袖带放至原位，以便下次使用;右下臂的储存箱用于存放家中常备医疗用品（如图8b），如碘伏、棉签、创可贴等;右下臂末端设置有酒精喷散装置和测量血糖血脂装置，均可自动伸缩（如图8c）。酒精喷洒装置用于对用户在测量前的消毒，血糖血脂装置在用户测量前均会更换提取血液的管头。身体指标测量完毕后，机器人的屏幕中显示相应的测量结果（见图9），同时对其数据进行语音播报。

结论

家庭陪伴型机器人是为老年群体的特定设计，它综合考虑了老年人的生活需求和心理需求，让老年人的生活中更加便捷、舒适，提高了该群体的生活质量。老年群体的陪伴需求和情感交流需求是不容忽视的，家庭陪伴型机器人给予老年人更多的关怀，可以有效提高老年人的幸福感，从而降低该人群生理和心理方面的疾病。家庭陪伴型机器人也可以提醒广大儿女重视家中老人的生活和健康，让老年人的晚年生活更加美满、快乐，让家庭陪伴型机器人的价值最大化。