基于用户体验的智能清洁机器人设计研究

史耀军 袁榕

摘要：基于用户的需求，对智能清洁机器人进行研究，总结现有产品优缺点，进行产品的创新设计，为未来的智能清洁机器人提供一定的设计参考。运用产品调研法总结现有产品痛点，以用户体验相关理论作为研究基础，进行定量调研和定性调研，得到用户需求后进行深入细致的分析研究，总结产品设计点及定位。将用户体验应用到智能清洁机器人的设计中，对产品进行功能、造型和CMF等方面的设计。设计时要深度挖掘用户需求，秉持用户体验设计原则，智能清洁机器人的设计研究也为清洁行业的发展提供了参考。

关键词：用户体验；用户研究；智能；清洁机器人；问卷调查

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2023）23-0120-04

Abstract：on the needs of users，the intelligent cleaning robot is studied，the advantages and disadvantages of existing products are summarized，and the innovative design of products is carried out，which provides a certain design reference for the future intelligent cleaning robot.Use the product research method to summarize the pain points of existing products，take the relevant theories of user experience as the research basis，conduct quantitative research and qualitative research，obtain the user needs，conduct in-depth and detailed analysis and research，and summarize the product design points.The user experience is applied to the design of intelligent cleaning robot，and the function，modeling and CMF of the product are designed.When designing，we should deeply explore the needs of users and adhere to the design principle of user experience. The design and research of intelligent cleaning robots also provide reference for the development of the cleaning industry.

Keywords：User experience；User Research；Intelligent；Cleaning robotics；Questionnaire survey

引言

隨着世界经济的迅猛发展，人工智能时代已然到来，互联网+模式使得智能机器人被赋予了良好的发展前景和社会预期。日渐智能的机器人逐渐取代了人力劳动，各种工业型机器人、服务型机器人也进入了大众的视野。各行各业都可以看见智能机器人的身影，例如，在商用场合中担任接待工作的迎宾机器人和最近两年流行于家用场所的扫地机器人。同时，国家对机器人产业的发展也给予了很大的关注，《中国制造2025》中强调中国制造业要以标准为导向，提高产品的品质，带动行业高质量发展。据国家重点研发计划智能机器人项目组的专家表述，公共服务领域对智能机器人的市场需求量很大，可以规模化发展，现有的服务机器人技术能很好地满足需求。由于中国人口老龄化的程度愈渐加深，而从事传统清洁工作的主力是50-60岁的人群，这部分人群将在未来几年内达到退休年龄，并离开清洁行业，而年轻人对进入清洁或保洁行业一线工作的意愿也越来越低，这意味着未来的传统清洁行业会面临大量的劳动力短缺和高昂人工费用的问题。而新冠疫情的出现也对公共领域的清洁提出了更高要求。

如今，人工智能时代的来临让智能清洁行业应运而生，各种智能清洁产品也如雨后春笋般诞生并广受好评。由此可见，在这个智能互联的时代，智能清洁已然成为发展的必然趋势。为了满足公众对智能清洁的需求，以用户为中心，基于公共场所清洁的需求以及智能机器人的发展趋势，进行基于用户体验的智能清洁机器人设计。

一、用户体验概述

（一）用户体验含义

用户在使用产品或享受服务时产生感受的过程称为用户体验，感受包括用户的心理及生理反应、认知印象、行为动作、情感变化以及享受程度等。由于用户的主观意识和情感状态等因素的影响，不同的体验环境下产生的体验感都会有所不同[1]。

（二）用户体验设计原则

从马斯洛需求层次理论入手，对用户体验的设计过程以及设计要素进行了详细剖析，并对用户体验的设计原则进行了归纳和总结，即一致性原则、功能可见原则以及自然原则。

1.一致性原则：在选择产品体验的方式时，要充分考虑用户的思维和行为习惯，同时，用户体验的感受也要切合当代的社会背景与环境，并达到相应功能的逻辑诉求和定义。

2.功能可见性原则：最大限度地发挥核心功能的作用，通过分析用户行为，构建产品信息的传递路径，实现产品功能的可视化[2]。

3.自然原则：用户在现实生活中的认知习惯与行为应该与设计存在一致性，自然原则是设计要遵循人类行为与认知发展的轨迹，对人类生物性与社会性的关系要进行全面的认识与思考。

二、智能清洁机器人现状研究

（一）智能清洁机器人现状

清洁机器人是服务类型的机器人，其工作内容主要包括清洁和清洗等。在新冠疫情暴发后，清洁机器人销量猛增，各大企业也陆续制作适合公共场所使用的智能清洁机器人，使得其开始驶向千亿级蓝海市场[3]，而中国商用清洁机器人的市场规模在2025年预计将可能达到27.8亿元。

（二）智能清洁机器人产品调研分析

智能清洁机器人类型繁多，将市场上现有的产品进行科学合理的分析是对后期产品设计研究的基础和前提，通过调研归纳并分析了以下几个方面。

1.造型分析：现有的智能清洁机器人造型外观单一、形式单调，且是普遍工业化风格偏多，产品造型并不够精致，并且大多数产品体量都较大，给人一种笨重感。

2.功能分析：现有的智能清洁机器人在功能上有区别性，根据使用场所和用途分为扫地机器人、吸尘机器人以及擦窗机器人等，而且科技的进步使得各种功能可以集于一体，但是绝大部分的产品都只注重地面的清洁，对环境的清洁并不到位，并不能很好地达到当今疫情大环境的清洁要求。

3.交互体验分析：通过对智能清洁机器人产品的分析可以了解到，智能清洁机器人的普及使用已是未来的大趋势，但企业大多都以清洁机器人的技术作为研究主体，从而忽略了服务型产品需要以用户的需求进行研究，所以产品带来的交互体验感并不好。

三、基于用户体验的智能清洁机器人分析

（一）问卷调查

为了研究用户的行为流程、操作特征、体验感受和审美偏好，设计了问卷，对不同用户进行了问卷的调研和分析。问卷派发选择了线上发放的形式，一共回收问卷207份。通过整理问卷，统计得到以下反馈数据。问卷形式为封闭式问题和开放式问题相结合，这样在部分问题上用户的思想不会被限制住，可以充分表达自己的期望。

整理问卷信息并进行分析后发现，绝大部分的用户对于传统的清洁设备及人员大都会有抵触感，并且会远离清洁设备。同时用户普遍认为，传统的人工清洁用户认为也存在清洁不干净、消毒不彻底以及态度不够好等一系列问题，所以在后期设计中要颇为注意并加以改进。如图1所示，用户对于产品也有着很多期待，83.01%的用户均选择了消毒功能，说明在后疫情时代的今天，场所消毒已经是不可缺少的一环，紧随其后的分别是呼叫清洁、场所导航、运送物件以及情感互动等，可以看出用户对于智能清洁产品具有实际的功能需求，后续设计可以将这些功能考虑在内，并加以整合优化。

（二）用户访谈

通过对回收问卷的数据整理，对3位具有代表性的用户进行访谈，得到更为精准的用户需求，分析用户需求得出适合产品的设计总结，访谈记录如表1所示。通过整理3位典型用户的访谈记录发现，3位对智能清洁机器人都表示出了兴趣以及不同程度的支持，展现了各自的需求及特征，为后续研究奠定了基础。

（三）用户角色模型

通过对典型用户真实特征进行勾勒创建用户角色模型，可以快速高效地得到用户需求，并且展现用户目标和期望。用户角色模型可以让设计聚焦于用户，使得产品更符合用户期待。以商场的服务环境为例，用户主要有商场顾客、商场服务人员以及商铺管理者等，根据用户层服务对象的基本特征，构建了如图2所示的用户层的角色模型，通过以下用户角色模型可以了解用戶的真实需求以及存在的痛点等，并为后续设计提供基础。

（四）用户旅程图

用户在以往与清洁人员或产品存在的关联性并不高，为了增强其与智能清洁机器人的交互性，将整个服务过程进行延伸。从用户角度出发，通过“呼叫清洁”的行为进行分析，绘制出如图3的用户旅程图。

（五）用户需求分析

通过几种用户研究的办法，最终明确了用户对于智能清洁机器人的各类需求点，将需求点结合马斯洛需求层次理论进行总结，得到以下5个方面的需求[4]。

1.生理需求：易用性和易懂性，保证操作流程的舒适与简单；不浪费时间，使用过程要迅速且高效；清洁设备在清洁过程中需要低噪音、不吵闹；除了基本的清洁功能外，要有消毒等配套功能。2.安全需求：有一定的耐用性，不易损坏；智能清洁机器在使用时要保证周围环境人员的安全，避免发生碰撞等情况；与人交互产生的信息是安全保密的。

3.情感需求：智能清洁机器人要有一定的交互性；交互的过程要流畅；清洁设备的外观要美观大方富有设计感及亲和力；合理的呼叫清洁可以有一定的奖励机制。

4.尊重需求：清洁设备应干净整洁且无异味；可以针对不同的用户群进行个性化的用户交谈。

5.自我实现需求：为公共场所的卫生环境做出贡献。

（六）产品分析

所有的用户需求最终要转化为产品的功能及造型等，基于用户的需求才能确定产品的核心功能，通过上述对当前智能清洁机器人产品以及对相关用户的调研分析，针对目前公共场所清洁人员老龄化导致的人力匮乏和后疫情时代场所洁净度的高要求，以智能化为背景，对清洁机器人进行设计，改变传统的人工清洁模式与服务模式，提出一种新型的高效清洁服务模式，最终缓解人工紧缺、劳动成本高、清洁不到位以及清洁服务体验差等问题，同时，在设计中要遵循用户体验的原则。智能清洁机器人的工作方式、交互过程、造型设计、配色方案和材质选择等因素都对用户的体验感产生一定的影响，从而影响整个设计。优质的体验能给用户在使用中带来愉悦的心情，这是打造优质产品的一个重要方法。通过新型的清洁模式和交互模式，提高用户的体验感，满足用户情感化的需求，提升用户的满意度，最终增加体验价值。在具体的设计过程中，重点对智能清洁机器人的功能进行设计，集清扫、吸尘、洗地、消毒以及交互于一体，让用户不仅能在功能上得到最大化的满足，也能在与机器人交互中感到愉悦，最终体验智能化清洁带来的人性化服务以及乐趣。

四、基于用户体验的智能清洁机器人设计

通过前期的产品分析确定产品设计方向，智能清洁机器人的设计将从功能、造型、CMF以及技术几个方面进行。

（一）功能设计

智能清洁机器人为模块化设计，主机为带有清洁功能的智能机器人，背部可搭载相应功能的模块，分别配备有雾化消毒喷雾模块和空气净化模块，通过更换背部模块实现相应的附加功能。模块化的设计可以增加产品的功能，满足用户未来更多需求，避免因功能缺少导致产品过早淘汰造成浪费。

1. 清洁功能：集清扫、吸尘、洗地和拖地4种功能，除了清扫以及洗地之外，还增加了吸的功能，将清扫、吸尘、拖地以及洗地于一体，这样不仅一次操作就完成了传统清洁的多个步骤，还能保证清洁的效率，产品清扫细节如图4所示。并且产品配备有自清洁的功能，会对滚刷、管道以及水箱进行深度清洁，机器会根据自身脏污程度判断是否需要开启自清洁。

2. 消毒功能：传统的人工消杀病毒存在感染的风险，同时消毒液可能对人体有害，智能清洁机器人则可以避免这个问题，而且机器人不会感到劳累。传统的喷洒消毒水的方式不仅会使地面湿滑，造成人员摔跤，还可能会发生消毒液吸入对清洁人员产生危害的场景。综合用户调研及多方面的考虑，选择雾化消毒的方式，这样的方式不仅不会让由于地面遗留大量液体产生难以清理的污渍，还能对地面及环境进行更彻底的消毒。机器人采用自动喷洒的方式，将雾化的双氧水喷到环境中，这样很多人工无法消毒到的细微缝隙都可以兼顾。相比于用消毒水喷洒和擦拭，这样更能有效地消灭病毒和细菌。而且，双氧水是一种无色透明的液体，能分解成水和氧气，不但没有残留，并且消毒效果更好，也为用户提供了更好的保护，以此也能达到地面和空气的全面清洁。

3.空气净化功能：除地面的清洁外还要保证空气的洁净，这样才能达到深度清洁。空气净化主要有被动吸附过滤和主动净化两种方式。本设计采用释放负离子主动净化的方式，其原理是有效、主动地向空气中释放净化灭菌因子，通过空气会扩散的特点，到达室内的各个角落对空气进行无死角净化[5]。

4. 交互功能：公共场所使用的传统的清洁车或清洁产品与场所内的用户交互极少或没有，最多的交互就是与清洁人员和清洁管理人员，为了能进一步提升智能清洁机器人的交互体验感，给产品赋予一定的语音功能，方便与用户进行基本的沟通，并且可提供日期、温度、天气以及穿衣温馨提示等。

5.App操作功能：智能清洁机器人可通过App进行智能操控，划分清洁区域以及制订清洁计划，并且为了方便公共场所其他用户使用，给产品赋予了呼叫清洁的功能，场所内的用户可通过智能清洁机器人App使用此功能，在App内点击呼叫清洁，系统便会指定距离呼叫者最近的清洁机器人前往，并完成相关清洁工作。为了鼓励用户积极使用，维护公共场所的环境，App内设定有奖励机制，在每次呼叫清洁并被系统成功认证后都会得到积分，积分可以在App内兑换各种礼品。

（二）造型设计

现有机器人造型分为拟物机器人和拟人机器人，拟物机器人就是仿照各种各样的生物及物品做出方便人类生活的机器人，仿人机器人顾名思义就是模仿人的形态和行为设计制造的。用户会对不同形态的机器人产生不同的感受，比如，拟物机器人会带给用户更加可靠、理性、设备感强的感觉。而拟人机器人让用户产生的是可爱、友好以及有亲和力的感觉。结合前期的调研结果，对于智能清洁机器人外观设计确定了3个关键词：亲切而友好、聪明有灵性、温暖的科技感。为了满足以上3个关键词，通过一系列的手绘推敲演变，提炼出了“膨胀曲面”的造型概念，形成一种造型柔软而富有张力的感觉，产品效果如图5所示。

（三）CMF设计

1.色彩分析：通过对现有清洁机器人产品进行初步CMF分析可以发现，以往的清洁机器人色彩通常采用黑和白这种低彩度的颜色。本次设计的智能清洁机器人的使用场景是在公共场所，也就是车站、飞机场、商场等。在公共场所中，清洁机器人的配色方案要选择既美观性又与周围环境相协调，所以尽量采用轻柔和温和的低彩度、中低黑度搭配低调的黑白灰色调或当季的Pantone流行色调，这样搭配产品圆润的造型可以削弱自身的工业感。

2.材质分析：清洁机器人选用的材料一般要具有强度高、硬度高、抗弯曲能力强等良好的力学性能。除此之外，公共场所的地面中包含很多酸碱性物质、水渍等，会导致接触物质易生锈、易被腐蚀，所以在选材时要选用防水、防潮、耐腐蚀、美观的特性。所以清洁机器人外壳选用塑料材质。

3.加工工艺分析：其成型工艺普遍选用注塑成型，优点是生产速度快且效率高，款式多且形状难易均可。表面处理一般选用喷涂，这样产品的表面耐磨损、抗氧化、富有金属光泽且美观，同时柔润的纹理能带来柔和的触感，丰富人机互动中的感知因素。

（四）产品技术及总结

智能清洁机器人涉及多种技术，最为重要的便是自主定位导航技术，其中包括多种技术，但最主要的是SLAM（实时定位以及自主建图）以及运动规划与控制两个方面，机器人可在此项技术的支持下自主进行移动并完成相应任务[6]。

智能清洁机器人使用前会进行自主建图，完成后会执行管理人员在后台建立的清洁计划，若有场所内用户进行呼叫，距离较近的清洁机器人会接受任务并实时反馈给后台，方便用户和管理人员了解进度，任务完成后清洁机器人将继续执行未完成的清洁计划，完成后管理人员可通过更换背部模块继续建立场所消毒及净化的任务。

结论

本文基于用户体验的智能清洁机器人创新设计，通过对已有产品的归纳总结及对用户进行问卷调查和访谈，挖掘出用户的真实需求，并对需求进行合理实现。此款产品通过已有的技术来实现功能，产品集清洁、消毒、呼叫清洁、智能互动和手机操控等功能于一体，改变了传统人工清洁模式，能给用户带来全新的服务体验，从而提升用户的体验感以及满意度，同时会提高场所的清洁度。智能清洁机器人作为一种新兴的产品种类，在现阶段虽没有广泛应用，但是潜力巨大且优势明显。智能清洁机器人是为用户服务的媒介，也是连接用户与服务的桥梁，其设计对社会的发展具有非常重要的意义，这也就需要设计师在未来不断探索与应用，智能清洁机器人在技术和功能上才会更加完善。

参考文献

[1]张莉，田倩倩.基于用户体验的腹肌轮创新设计[J].设计，2021，34（15）：116-118.

[2]史耀军，常莹，王新宇.基于用户体验的老年人助行器设计研究[J].设计，2021，34（15）：32-34.

[3]熊安迪.消毒配送机器人：以钢铁之躯阻断病毒传输通道[J].機器人产业，2020（02）：41-45.

[4]史耀军，周坤.基于用户体验的校园小型代步工具设计研究[J].设计，2020，33（21）：125-127.

[5]刘新玲，关恩浩，郑碧瑜等.浅谈室内被动式空气净化材料净化性能测试方法的差异[J].广东化工，2022，49（09）：190-191+183.

[6]袁茂鸿，郭衍哲，林培坤.浅析家庭智能清洁机器人的技术发展趋势与现状[J].科技与创新，2021（21）：55-56+58.