商用服務機器人的人機分析

賈國忠

摘 要：如今，在一些商場、銀行會看到商用服務機器人的身影，隨著機器人技術的不斷發展，商用服務機器人的市場將會更加寬廣，文章對一款商用服務機器人從造型、結構尺寸進行人機分析，評估其設計的合理性，以期為設計出符合良好用戶體驗的產品提供理論依據。

關鍵詞：商用服務機器人；人機分析；用戶體驗

中圖分類號：TP24 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）03-0018-02

Abstract： Nowadays， commercial service robots will be seen in some shopping malls and banks. With the development of robot technology， the market of commercial service robots will be wider. In this paper， a man-machine analysis is made about a commercial service robot in terms of its modeling， structure and size， and the rationality of its design is thus evaluated， in order to provide a theoretical basis for designing a product in line with good user experience.

Keywords： commercial service robot； man-machine analysis； user experience

1 商用服務機器人

1.1 商用服務機器人的特性

商用服務機器人主要運用于商用服務領域，根據不同行業的具體需求，可分為：銀行、餐廳、商場、醫院的服務機器人[1]。隨著我國對于人工智能和機器人領域的戰略部署，2020年，我國服務機器人年銷售收入將超過300億元[2]。

1.2 ANDY簡介

ANDY是廣州今甲智能科技有限公司的最新一款商用服務機器人產品，于2017年開始陸續在廣州的不同商店投入使用。硬件結構主要包括交互裝置、行進裝置、感知裝置、執行裝置、控制裝置、通訊裝置等。本文的人機分析研究使用的就是該機器人的數字模型。

2 人機分析

2.1 SAMMIE簡介

SAMMIE是英國拉夫堡大學開發的一款計算機輔助設計軟件，主要用于設計和評估產品及人類作業場所的設計。SAMMIE能夠產生任何簡單的設備模型和數字人體模型來表達整個現實中高度復雜的工作場所。

2.2 人體模型構建

人體模型構建統一采用《中國成年人人體尺寸GB/T10000-1988》和《在產品設計中應用人體尺寸百分位數的通則GB/T12985-91》為標準，選取女性P5、P50和男性P50、P95[3]，建立四個人體模型（F1、F2、M1、M2）來進行分析。

將F1、F2、M1、M2對應的身高、肩寬、坐肩高、膝高、坐高、手長、臂長、臀膝距等數據依次輸入SAMMIE中，分別得到以下四個人體模型。

2.3 行為劃分

本機器人主要功能為咨詢講解、禮儀迎賓、推廣展示和交流互動，就會存在如下幾種場景：

（1）促銷機器人擺放在店鋪門口迎賓，路人經過時便可注意到，此種場景下，人的目光會聚焦于機器人頭部。

（2）促銷機器人放在銀行、售樓處、商場作為咨詢講解和展示交流，此種場景下，人的目光會聚焦在顯示屏、機器人眼睛呈現的表情，同時會伴隨著手部動作產生，比如操控顯示屏內容，觸碰機器人可愛的頭部。

因此從上述場景歸納出下面4種機器人-人互動行為。

人與人的交際距離分為親密距離（150-440mm）、個人距離、社交距離、公眾距離[4]，而本機器人在其相應應用場景下與人保持較多的互動，用戶對機器人會有近距離的觸碰和觀看，因而在模擬場景下可保持人與機器人的距離為150mm-440mm。

2.4 可觸及范圍及舒適度分析

將促銷服務機器人模型導入SAMMIE中，使用已創建的人體模型來模擬上述4中場景，在這個過程中主要對可觸及范圍、人體關節角度、尺寸的合適性這三個方面來進行人機分析。

機器人底盤半徑為300mm，定義人體模型與機器人中心距離300mm時，二者距離為0，調節人體模型與機器人的距離在150mm-440mm范圍內，根據相關修正系數，對調節F1、F2距離水平面為10mm，M1、M2距離水平面為15mm。

對這四個人體模型F1、F2、M1、M2的操作分析，如下圖所示：

（1）行為1：

對比F1、F2、M1、M2的操作過程分析可看出，處于親密距離時，機器人眼睛均處于F1、F2、M1、M2視野范圍內，不同的是，自然直立狀態下，機器人眼睛處于F1視野聚焦中心，卻處于F2、M1、M2的視野邊緣，F2、F3、F4略微彎曲背部或頸部便可聚焦到機器人眼睛，隨著身高增加，F2、M1、M2背部或頸部彎曲的幅度也越大，但都處于正常值，沒出現疲勞狀態。

（2）行為2

直立狀態下F1、F2、M1、M2均較難將視野聚焦到整個顯示屏，顯示屏上方一部分才處于視野范圍內；不斷增加人體模型與機器人的距離，視野角度也隨著增大，當從親密距離到個人距離后，視野便可囊括整個顯示屏。

（3）行為3

F1、F2、M1、M2均可較輕松地觸碰機器人頭部，而對于F1，只可觸碰到機器人頭部下方一部分區域。

（4）行為4

當F1、F2、M1、M2的手部與顯示屏保持接觸時，均需要彎曲背部和頸部，F1彎曲幅度最小，F4彎曲幅度最大。F1、F2、M1、M2與屏幕的接觸范圍限于屏幕上方一小部分區域。試圖增大接觸范圍時，便會出現疲勞狀態。

由此，可得出以下結論：

a.從上述分析可發現，在親密距離時，本機器人眼睛處于不同身高的男女視野內，由于機器人眼睛可產生豐富的表情來吸引互動著，眼睛就需要容易被看到，因而機器人眼睛高度設計上比較合理。

b.顯示屏只有上方一部分區域處于視野范圍內，但值得注意的是，我們不需要整個顯示屏處于視野范圍內，因為人與機器人互動時，機器人眼睛產生的表情更能吸引我們的注意力；同時，在顯示屏上方區域放置界面操控按鈕也是較為合理的。

c.現實世界里，我們喜歡用手觸摸和拍打可愛的人或動物頭部；上述分析可看出，人需對背部和頸部彎曲彎曲一定角度才能觸及頭部，這樣就可避免機器人頭部被持續觸碰而導致損壞。

d.人的手部的觸及范圍不能包括整個顯示屏，只在顯示屏上方一部分小區域；因為該機器人有語音交互功能，不需要太多點擊操作，把界面主要按鈕放置在按鈕顯示屏上方區域便可滿足要求。

3 結束語

通過人機分析軟件SAMMIE，對商用服務機器人產品作相應的人機尺寸分析，得出合理的人機參數，為整個產品研發過程提供了理論依據，這樣設計出來的產品才更加符合用戶使用體驗。

參考文獻：

[1]陸蔚華.商業服務機器人產品設計研究[D].南京航空航天大學，2007.

[2]杜壯.服務機器人仍是藍海核心構件投資可關注[J].中國戰略新興產業，2016（27）：57-59.

[3]張力，廖可兵.安全人機工程[M].中國勞動社會保障出版社，2007.

[4]張文婷.淺析人機交往中的距離問題[J].黑龍江科技信息，2012（20）：215-215.endprint