下肢外骨骼機器人開發者端交互設計研究

李銘鼎 高娃

摘 要：目的：面向下肢外骨骼機器人開發者進行相關的移動應用界面設計，使開發者有更加方便的輔助工具。方法：調研下肢外骨骼機器人開發者的需求以及相似的應用，建立用戶特征并設計應用功能，在此基礎上，完善設計，下肢外骨骼機器人交互原型最終通過相關人員的設計評估。結果：設計出一套可以為開發者提供便利的移動界面。結論：對下肢外骨骼機器人進行合理的移動客戶端交互設計，能夠提高相關研究者的開發效率。

關鍵詞：下肢外骨骼機器人;交互界面;開發者

0 引言

外骨骼機器人作為一個新型的設備，可以大大提高人們的工作效率，無論是在軍事領域還是在民用領域，都有著廣泛的應用。[1]機器人的研究需要大量數據的反饋，面向下肢外骨骼機器人開發者進行交互設計，能夠方便開發者完成隨時查詢下肢外骨骼機器人實驗數據信息、展示外骨骼機器人性能等操作，從而提高對外骨骼機器人的研究開發效率。因此，對于外骨骼機器人的交互設計研究具有重要意義。

1 機器人人機交互界面調研

針對機器人開發者所設計的人機交互界面進行調研，可以了解機器人人機交互界面現狀，以指導下一步設計。

在機器人的反饋界面里，界面需要呈現大量的數據，但所在調研中呈現方式大都比較雜亂，圖1a為健康設備的手機端數據反饋界面，可以看到大量數據只是單純地陳列而沒有合理的排布設計。[2]此外，機器人的交互界面還有利于控制界面，在這類界面中，需要清晰、簡潔地為用戶提供對設備的操控交互按鈕，圖1b為護理床的調整姿態的界面，在簡潔圖標的提示下，用戶可以清晰便捷地使用界面來操控設備。[3]同理，數據反饋界面也可對數據進行可視化處理，圖1c為康復機器人的數據反饋界面，數據的可視化可以更加直觀地體現數據的變化，還可以對大量數據進行簡潔的整合。[4]

綜上分析，大部分開發者所開發的App都存在以下問題：

第一，界面數據的布局大都比較混亂，輸出控制的布局比較分明。

第二，界面設計大都比較簡陋，只是單純地滿足用戶所需的功能，沒有經過合理的設計。

除了以上問題，對于專門化的開發類App，為了其專業性，要對專門領域的所需參數進行調研。因此，對于下肢外骨骼機器人的交互設計，可以在App里為用戶展示許多專門的參數（如人機尺寸、步態特征等等），以滿足App用戶的專業性需求。

2 功能設計

2.1 場景描述

針對用戶的特征，可對此應用的使用場景區分為實驗室、外出、日常生活場景，以明確用戶的目標。用戶使用情況如下：

第一，用戶處于實驗室場景時，需要對設備進行調試并得到信息反饋。如果是用戶第一次連接新的設備，還需用戶對設備進行連接調試。因此，下肢外骨骼機器人App可以快速對反饋的數據進行可視化并反饋給用戶，同時快速連接設備，以便開發者的開發作業。

第二，用戶在外出場景時，想了解實驗室正在調試的情況。因此，下肢外骨骼機器人App通過遠程的數據接收，可以快速反饋給開發者實時的情況，以減少開發者在外時的不便。

第三，用戶在日常生活中，會時常關心與自身相關的其他開發者的一些情況。[5]因此，下肢外骨骼機器人App可建立一個小的社交新聞圈，以滿足開發者們之間的聯系，并讓用戶能夠接收到其他開發者的新鮮資訊，從而增強用戶對此App的黏性。

2.2 功能確立

在明確用戶目標之后，進行功能樹的列舉，并確定功能以及區分功能的優先級。功能優先級根據功能在本次設計應用中的重要程度以及用戶使用次數排布。優先級為一級的為“數據反饋”，因為收集數據并可視化反饋為本次設計中App的核心功能;二級有“設備管理”“大數據”以及“人員信息”管理功能，皆設計為常用功能;三級的功能有“推文”“幫助”“聯系人”以及“日志”等輔助性的次要功能。

對于核心功能“數據反饋”，又可分為對調試人員生理數據的反饋和對設備數據的監測。在調試人員的數據上，從前期調研結果可以了解到實驗過程中產生的比較重要的數據是關節角度、步態特征等生理數據，可以設計可視化反饋此類數據的功能，而調試人員基本的生理數據如腰圍、腿長等是較為固定的數據，可以通過直接導入并建立調試人員的個人生理信息數據庫，從而延伸出信息導入和基本信息功能。[6]

“大數據”功能的設計考慮的是將所有用戶的調試信息作一個數據統計，并呈現給用戶，這既是一個有“弱社交性質”的功能，但同時又與開發者相關。[7]以此功能作為一個切入點，建立一個開發者之間的小社交圈，為此應用的交互增加一些趣味性，從而建立用戶之間的聯系以及增強用戶對App的黏性。

3 交互界面設計

在功能設計的基礎上，對App的低保真原型圖進行繪制。對于信息反饋的App來說，最為重要的功能是數據反饋功能，因此將用戶最為關心的數據反饋放在首頁的視覺中心，在最下方放入熱點新聞的推送，讓用戶可以第一時間得到新聞信息，提升應用的活躍性。然后設置可以轉到數據監測和設備管理兩個重要模塊的按鈕。

從首頁可以直接跳轉至其他功能界面，例如數據反饋界面，用戶因為數據比較繁多，所以先對數據進行可視化處理，并放在視線最為聚焦的位置，方便用戶快速查看。而繁雜的數據就排布于下方，方便用戶查找準確的數據。此外，交互設計采用卡片式分類來對不同數據進行歸類，可以通過滑動來快速切換查看不同數據，以完成數據反饋任務。同樣的卡片式切換也可用于其他功能。設備管理和大數據都需要處理多個不同的展示內容，因而也可以應用卡片式切換，還可以讓整個App的交互形式統一風格。

在低保真原型圖基礎上，對界面進行視覺層面的設計。對App的圖標、顏色細節等多方面進行設計，讓視覺效果更加完善，使給用戶的引導效果更加明確。在色彩方面，整體采用給人低調、沉穩感覺的低飽和度色彩，加以略微漸變陰影的輔助，以表現這是一個比較專業的App。[8]圖標以及數據可視化的設計，主要采用扁平化風格，以更好適應用戶的習慣。[9]將低保真原型的區域排布與高保真的視覺設計結合，最終得到高保真原型圖，分別為首頁、設備管理以及數據反饋的高保真原型圖。

在完成高保真原型圖的設計之后，為了進一步了解界面的可用性，筆者邀請之前做過訪談的兩名專業相關的學生進行了設計評估，利用原型在手機完成一系列任務。從完成任務的流暢性來看，兩名測試者都能較快地完成任務，但學生B認為卡片式的交互在查看數據時的切換速度還不夠快，對于應用架構的評估，學生B認為應用架構比較簡單易懂。對于數據可視化反饋項目，學生B認為目前可視化的圖還不夠清晰，數據可視化的內容還不夠詳細。在使用App的主觀感受方面，均得到比較正面的評價。

由此，可以得出一些改進方向：

第一，除卡片式的交互外，可以增加一些更加快速的導向欄，以更快速地完成任務。

第二，可視化數據的內容可以更詳細，以便對比。

4 結語

從交互設計的角度出發，更加可視化的手段便于開發者完成隨時查詢下肢外骨骼機器人實驗數據信息、展示外骨骼機器人性能等操作。在此基礎上，借助網絡連接手段讓開發者之間產生更緊密的聯系，為開發者帶來更有趣的開發體驗。在測試評估中，開發者結合自身提供了新的參考意見，得出更加明確以及人性化的改進方向。當下，希望開發者能夠擁有更好的研究環境，在創新的同時也能享受交互設計帶來的便利以及愉悅的體驗。

參考文獻：

[1] 石曉博，郭士杰，李軍強，趙海文.發展中的外骨骼機器人及其關鍵技術[J].機床與液壓，2018（21）.

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[3] 瞿強.基于Android的服務機器人遠程監護系統設計[D].南昌大學，2018：55-57.

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[6] 王年文，朱亦吳，姜文博，畢翼飛.下肢外骨骼康復機器人人機交互系統分析[J].現代商貿工業，2018（01）.

[7] 靳曉佳，郁舒蘭.構建詩意化生活——當代家電產品設計的藝術化研究[J].設計，2016（15）：124-125.

[8] 李晶，薛澄岐.基于視覺感知分層的數字界面顏色編碼研究[J].機械工程學報，2016，52（24）：201-208.

[9] 李晶，郁舒蘭，吳曉莉.人機界面形狀特征編碼對視覺認知績效的影響[J].計算機輔助設計與圖形學學報，2018，30（1）：163-172.

作者簡介：李銘鼎（1996—），男，廣東湛江人，南京林業大學工業設計專業本科在讀。