基于智能云系統的兒童陪伴機器人設計研究

侯杰　曾軍妮　歐陽富曦

摘要：為解決現有兒童安全問題，記錄寶寶成長瞬間，采用智能云系統、智能監控和圖像處理技術，設計基于智能云系統的兒童陪伴機器人。機器人具有監控、識別、定位、報警、記錄等功能，實現了智能化的輔助看管。在調研中，許多潛在用戶認為兒童陪伴機器人能在一定程度上緩解照應兒童的壓力。

關鍵詞：智能云系統;兒童心理學;產品設計

引言

2～12歲的兒童都是天生的冒險家，他們充滿了好奇心，經常觸碰“禁區”，做一些“極限運動”。孩子的安全問題，成為無數家長最操心又擔心的問題。據多項研究數據表明，意外傷害已成為我國兒童的第一位死因，也是兒童致殘的首要原因。同時運動目標的視覺分析研究已經發展得比較成熟，其中包含智能監控、模式識別、圖像處理、自動化控制等不同領域。因此，兒童陪伴機器人的生產就很有必要。同時兒童作為一個特殊的消費群體，在為兒童設計陪伴產品時，必須充分考慮到兒童的心理、生理的特征變化。本文通過調研分析，總結設計出了一款適合兒童的智能機器人。

一、設計背景

1.社會需求

隨著社會的發展、家庭結構和個人需求的變化，兒童是每個家庭的瑰寶，兒童看護成為其中一個重要的問題。大多家庭有專人幫忙照看兒童，在照看兒童的過程中，看管者可能因為取物或者做其他事情需要暫時離開，使兒童不在看管者的視野范圍內;另外長期盯著兒童，看管者也容易疲勞倦怠。因這些方面的疏忽而使幼兒在家受傷或者死亡的案例屢見不鮮，所以一個實時監測到寶寶的安全的機器人顯得尤為重要。

2.依據兒童心理及生理特征分析

著名的兒童心理學家JeanPiaget把兒童認知心理發展過程劃分為四個階段，即感知運動階段（0～2歲）、前運算階段（2～7歲）、具體運算階段（7～12歲）及形式運算階段（12～15歲），這四個階段均有其自身典型的結構模式和行為模式。針對兒童不同時期的心理特征的不同，在進行兒童陪伴產品的設計時，不僅要考慮兒童的生理特點及心理變化，還要在兒童的不同階段有不同的側重點。

不同年齡段的兒童，其生理特征、心理變化、思維方式都有所不同，在人的一生發展進程中，兒童階段的生理、心理發展所占的地位極為重要。在2～12歲年齡段期間，是兒童思想最活躍的時期，兒童好奇、開朗，充滿了千奇百怪的想法，從而危險程度也愈發增加。這就需求有一個智能機器人的陪伴。

二、兒童陪伴機器人設計現狀

通過分析目前陪伴機器人產品，發現其設計方面存在以下幾點問題：

1.產品服務對象不明確

購買者對機器人的第一印象就是外觀了，可不可愛、使用起來方不方便、容不容易操作，是決定是否購買的第一步。然而為了使產品受到兒童的歡迎和家長的接納，設計師一般會運用可愛的外觀設計、花哨的色彩搭配等視覺元素來引起兒童的注意。然而多數現有的產品設計在考慮到這一.點的同時卻沒有明確它的目標用戶，它們的從形式及使用方式上來說是一款基于父母使用的產品，但在形態等視覺因素上又是從兒童的視角出發進行設計。所以，目前市場上的一些產品的機器人設計有時并不能真正地吸引兒童，符合兒童的審美需求。

2.產品交互方式欠佳

（1）產品溝通方式

現有的機器人百分之五十都需要按住錄音鍵才能接收語音指令?？梢?，兒童智能機器人在人際溝通方式上還存在很大的改進空間。所以該產品實現隔空接收指令的創新是很有必要的。

（2）語音識別準確度

語音識別準確度對智能機器人來說，是一項很重要的指標，這是人機交流的第一步，如果識別度差，那就說明智能程度不夠。同樣識別速度也很關鍵?，F有的機器人給出準確回復要花上個十多秒，使用體驗十分糟糕，特別是對于思維發散的兒童來說更是不不耐煩。同時每個孩子的說話方式都不盡相同，也許說的話不完全一樣，卻有一個同樣的目的，所以兒童智能機器人語音識別的應變能力能不能應付得了不同的問法，這也是檢驗它智能程度的一大要素。然而現有的機器人在這些方面都有所欠缺，這就是該產品設計的需求。

（3）喇叭音量

一般來說，40～60分貝屬于尋常的攀話聲響，60分貝以上就屬于喧囂范疇了。而現有產品在最大音量狀態下，顯然都會對兒童的聽力造成不利影響。其中調研中音量最高的魯奇亞居然達到了82.5分貝，兒童如果長時間暴露在這種環境下，聽覺神經會受到一定的損傷。小孩子喜歡把玩各種玩具，如果家里有陪伴機器人，很容易誤觸機身各種按鍵，特別是音量鍵。兒童的耳膜比較脆弱，機器人的音量較大，會對聽力造成損傷。

3.智能應用期

機器人發展在這一階段，伴隨著感知、計算、控制等技術的迭代升級和圖像識別、自然語音處理、深度認知學習等人工智能技術在機器人領域的深入應用，機器人領域的服務化趨勢日益明顯，逐漸滲透到社會生產生活的每一個角落。該設計為兒童陪伴的智能監控機器人，該系統將采集的視頻進行預處理去除噪聲，提取背景和目標后，根據幼兒的特點，實現自動跟蹤，結合其行為特征以及安全閾值，當其行為或者所處區域存在潛在危險時將發出警報。

三、兒童陪伴機器人的設計原則

1.適用原則

兒童成長就意味著兒童生理心理的同時變化，只有滿足不同年齡階段兒童不同的生理心理特征的產品，才可以稱得上是從兒童發展心理學角度出發的可成長性兒童產品。不同年齡段的兒童，其生理特征、心理變化、思維方式都有所不同，這也就導致了兒童對產品的心理需求也存在較大的區別，因此產品的設計應考慮到不同階段、不同類型的兒童群體。

2.安全性原則

孩子是每個家庭的寶貝，父母們在選購兒童陪伴機器人時，產品的安全屬性是父母們對產品的首要考慮因素之一，只有達到極高的安全性，才能得到父母們的青睞。父母們會通過產品的材質和形態來判斷該產品的安全屬性。孩子的天性就是對事物的好奇，他們對事物的了解是通過眼口手，這就需要產品的材質是食品級材料。而在設計上，兒童陪伴機器人的整體設計要充分考慮到人體工程學原理，產品的邊緣處需多采用圓角的處理方式，防止兒童受到傷害。