基于智能美学的采茶机外观优化设计

李定芳，吴竞艺

（1.邵阳学院艺术设计学院，湖南 邵阳 422000；2.邵阳学院机械与能源工程学院，湖南 邵阳 422000）

1 研究意义与目的

我国是世界上最大的产茶国，茶叶生产具有悠久的历史，长期饮茶既可陶冶情操，也有益身体健康。茶叶不仅是我国经济利益的一部分，也是重要的文化传承，如今茶叶的生产与销售活动更是遍布到全球各地。作为代表性的茶园机械，现有的采茶机器人设计大多偏重内在结构，少有基于人的认知和情感进行设计，因此，在采茶机外观和交互界面上还有较大优化空间。本文旨在挖掘机械美学的精神价值，用智能美学理解新时代，尝试在人工智能时代的采茶机器人设计中，探讨智能机械设计思维和机器设计的智能美学规律。

2 国内外发展现状调研

2.1 国外研究现状

日本作为最先对茶叶采摘机械化展开研究的国家，其茶园机械化程度已经趋于成熟。针对外观造型的设计，Maike Nijkamp 和Julia A.Garde 将创新设计与社会的文化因素运用隐喻的手法巧妙结合、Warell A 通过设计文法分析将产品的存在价值进行等级划分并匹配，最终提供合理的设计方案。而David Aaker 教授则把品牌的精髓、品牌核心内容的识别与品牌内容延伸的识别看做是品牌的三大特征，作为企业品牌识别理论的发展基石。

2.2 国内研究现状

茶叶虽然起源于我国，但是我国对茶叶采摘机械化的研究起步较晚。沈阳工业大学的张博（2020）使用RGB-D 相机在自然光照下拍摄，选用HSL 色彩空间，采用LabVIEW 进行图像处理，秉勋用背景矫正法、质心法、阈值分割法等多种方法对采茶机器人的茶叶识别技术进行研究。华北水利水电大学的胡庆胜等人（2020）对橘子和草莓进行目标识别，观察每一张图，将深度学习Mask R-CNN 神经网络框架应用于采摘机器人的视觉系统上，用于优化环境复杂时的采摘识别系统。

目前，对采茶机的研究主要是基于结构与功能，很少从美学角度对机械设备进行研究。由于机器视觉等技术随着时代的发展不断进步，以该技术为核心的机械化产品也快速发展，成为人工智能时代的标志性成果。单纯依靠技术而忽视智能美学，己经开始成为制约我国采茶机器人发展的主要因素。

2.2.1 市场现有采茶机分析

市面上的采茶机是多种多样的，根据不同的情况和原理，采茶机有不同的分类标准。依据采茶机在使用后获得的茶叶情况，我们将采茶机械分为选择性采茶机和非选择性采茶机两种。从驱动方式来看，采茶机可以分为手动式采茶机、汽油式采茶机、电机式采茶机。电机式采茶机，操作方便，节能环保，可持续性强，噪音低且不像汽油式有污染，整体寿命高，但储电量有限，受制于茶园环境。如果储电系统增大，就会导致整机变沉重，给采茶机增加了额外的负担。

2.2.2 我国茶园现状

目前，我国茶园基本属于密植型茶园，在管理上较为粗放。许多茶园还未开展机械化管理，只是依靠人工手动操作。在地形方面，茶园多丘陵，丘陵茶园零散，阶梯相成，相邻区域的高度差别较大，道路条件有待改善。这就导致茶园机械的移动困难程度大大增加，相邻区域的机械转移只能依靠茶农们肩抗手抬，大大增加了工作人员的劳动强度和劳动负荷。

2.3 茶叶类别

茶叶有大宗茶、名优茶之分。大宗茶就是普通百姓们可以消费的茶叶，而名优茶则是在质量和品质上都有所不同的价格高昂的茶叶。大宗茶的采摘最主要就是满足生产量，对向原料的选择和惊喜程度的要求没有那么高，通常为一次性采摘大量茶叶，统一搜集后进行制作。

3 人工智能时代的智能美学

设计从手工业时代开启，经历了机械和电气时代，一直以“物质呈现”的面貌出现在世人面前。而信息化革命之后，计算机的出现使得设计从“物质呈现”转向“虚拟呈现”，特别是进入人工智能时代以后，设计从单一围绕功能形式，转向多种构建与影响的“多向度”模式。

随着机器视觉、人工智能等现代技术的飞快发展，机械化设备与人之间的关系有了新的定义，呈现出来“融合共生”的关系，通过计算机达到人机感知融合、行为融合、情感融合以及生物融合，从弱融合到强融合，人工智能技术的日益成熟带来了美学新的定义与发展。

而目前的采茶机与人之间的关系还处于弱融合阶段，但是随着人工智能高技术研发正从感知融合到情感融合的快速迈进，其产品的强融合指日可待。

3.1 采茶机使用分析

考虑到目前茶园采摘人员文化程度不高、青壮年劳动力短缺等因素，采茶机械的原理应简单易懂，易于学习和接受。第1 步，接通电源；第2 步，正确操作采茶机械，使用刀片对嫩芽进行切割；第3 步，搜集茶叶，将得到的枝丫统一吸入到搜集袋中。整个过程应安全合理，简单易懂。

3.2 形态分析

现有的单人采茶机通常是平板模样，类似撮灰斗。红绿配色方案更是千篇一律，无法满足智能时代下人们越来越高的审美，但由于其造价低廉，所以在市场上还是茶农们的首选。

基于此，智能时代的采茶机械应该充分考虑使用者的使用需求。造型服务于功能，在设计前要先理清基础功能。在采茶机的造型设计中，可以考虑海洋水波纹的形态，流畅、自然的线条更有利于使用者操作，还会使茶叶的采集更加稳定、提高采摘效率。海波造型是造型与功能的有机结合。在颜色方面，考虑到使用者的心情，自然环境等，可选用绿白配色。绿白配色干净清新，赏心悦目，绿色系属于冷色调，还可以使操作者使用机械时冷静沉着，避免出错。配合着茶园的倾向，使人心情更加明朗，提高产品的价值功能。

3.3 人机工程学分析

在对采茶机进行设计时，应该充分考虑到人性化与智能化因素。考虑使用者的心情，以用户为主体，要融合人作为自由体和社会体在机械作业时的情感认知和道德约束。因此，研制采茶机械应在做到完成采摘工作的基础上，提高使用舒适性。采茶机械的把手作为与使用者密切接触的部位，理应受到设计师的重视。在设计把手时，人机交互重点要考虑人手的使用状态，两端把手的承重应当平均，使采茶机械的质量被左右手平均分担，让使用者可以长时间操作。

4 总结

总而言之，作为一款农用机械，采茶机的功能、造价、使用成本等是核心消费因素，优秀的外形设计可以使产品快速获得市场认可，优秀的人机工程设计能够使使用者在劳动作业的过程中疲劳程度大大降低。以使用者为中心，回归设计的本质，保留基础功能的同时围绕用户体验与情感认知，而体现在产品功能与形态的关系上，可以表现为形式追随功能、形式唤醒功能、形式映射功能。