基于用户需求的老年陪护机器人研究与设计

国内图书分类号：TB472 学校代码：10213 国际图书分类号：745:688 密级：公开 工学硕士学位论文工学硕士学位论文 基于用户需求的老年陪护机器人研究与设 计 硕 士 研 究 生 ： 李茁 导 师 ： 杨利芳 副教授 申请学位 ： 工学硕士 学科 ： 设计学 所 在 单 位 ： 机电工程学院 答 辩 日 期 ： 2015 年 6 月 授予学位单位 ： 哈尔滨工业大学 Classified Index: TP472 U.D.C: 745:688 A Dissertation for the Degree of M.Eng. ELDERLY CHAPERONE ROBOT DESIGN RESEARCH BASED ON USER REQUIREMENTS Candidate： Li Zhuo Supervisor： Yang Lifang Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Designology Affiliation: School of Mechatronics Engineering Date of Examination： June, 2015 University： Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - I - 摘 要 伴随着科技的发展与智能化时代的来临，机器人相关领域技术得到迅速的 发展，机器人的普及度增加，形式也愈加多元化。智能型、家用型、服务型机 器人逐渐为人们所青睐，融入到日常生活之中。与传统的工业机器人相比，家 用机器人不仅在外观造型、交互性、安全性等方面有更高的设计要求，在用户 心理和人性化方面也有较高需求。 论文通过工业产品设计的相关理论，首先从目标用户特征、交互要素等方 面研究制定了适合服务老年陪护的机器人产品的设计原则；其次通访谈及调查 问卷收集目标用户的需求，并采用层次分析方法，通过构建层次结构模型和判 断矩阵对有效样本数据分析以获得用户目标期望，为老年陪护机器人产品设计 提供相关依据；再次结合前期调研，以用户需求为导向、人性化设计、用户为 中心等三个方面为设计指导，进行包括造型、结构及交互在内的老年陪护机器 人产品的创新设计；最后针对老年陪护机器人的人机交互系统进行可用性评价 分析，定性与定量研究相结合，通过科学有效的多指标评价方法，对老年陪护 机器人产品设计方案进行评价验证。 本文从用户需求为导向、人性化设计、用户为中心等三个方面，始终将用 户需求贯彻于研究内容之中，保证产品的设计是建立在用户数据与反馈的基础 上。 通过对目标用户群的深入剖析研究归纳出适合老年陪护机器人的设计方法， 然后论文将理论研究应用于设计实践中，利用前期调研获得的设计方法与原则 完成老年陪护机器人的产品设计。研究结果将对我国的智能型机器人设计研发 和技术转化提供有益的参考。 关键词：老年陪护机器人；人机交互；用户需求；层次分析；可用性分析 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - II - Abstract Along with the development of science and technology and the coming of the era of intelligence, robot technology fields related to get rapid development, increase the popularity of robots, form is also increasingly diversified In terms of the industrial robot, the exterior styling, safety, the design of man-machine interface and so on are put forward higher requirements.Industrial product design to capture consumers' physiological and psychological needs, make the service robot more humanized service to humans. This paper based on relevant theories of industrial product design, first research from aspects of the target user characteristics, interactive elements made suitable for elderly care of service robot products design principles; secondly collect the demand of the target users from interview and questionnaire by using APH method. By building a hierarchical structure model and judgment matrix of effective sample data analysis for user goals expectations, provide relevant basis for elderly care robot product design;Again in combination with research, guided by the demands of users, humanized design, user as the center and so on three aspects as the design guide, for older carers, including shape, structure and interaction of robot product innovation design;Finally the human-computer interaction system for elderly care robot usability evaluation analysis, combining qualitative and quantitative research, through scientific and effective method of the multi-target appraisal, product design evaluation to elderly escort robot validation. Paper enumerates many classic cases, from the user's demand as the guidance, humanized design, user as the center and so on three aspects, at the different stages of the design must have the user participation, so as to timely access to user feedback improvement accordingly, as a result, the research concludes the design of for elderly care robot method.Then the paper applies the theoretical study design practice, to verify the perhaps research principle of product design, product design methods and related theories in the application of service robot product development and design.The results of the study will be on our country's research and development of intelligent robot design and technical transformation to provide the beneficial reference. 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - III - Keywords: Chaperone robot; Human interactive; User requirement; APH; Availability analysis 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - III - 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 第 1 章 绪论 . 1 1.1 课题背景及研究的目的和意义 1 1.2 智能机器人国内外研究现状 . 2 1.2.1 智能家用机器人应用现状 2 1.2.2 人机交互系统研究现状 4 1.2.3 用户需求研究现状 6 1.3 课题主要研究内容 7 第 2 章 老年陪护机器人基础研究 . 9 2.1 用户需求研究方法 9 2.1.1 目标导向下的定性研究和定量研究 9 2.1.2 用户需求研究方法 10 2.1.3 针对老年用户的交互设计研究方法 . 12 2.2 老年陪护机器人用户分析 14 2.2.1 目标用户定位及特征描述 14 2.2.2 用户特征需求描述 14 2.2.3 老年用户产品的交互设计特点 16 2.3 老年陪护机器人的交互设计要素分析 17 2.3.1 老年陪护机器人交互系统构成要素 17 2.3.2 使用环境分析及情景构建 18 2.3.3 老年陪护机器人的用户行为分析 19 2.4 本章小结 19 第 3 章 目标用户需求获取与分析 . 21 3.1 需求项目提取 .21 3.1.1 调查内容及对象 21 3.1.2 用户访谈过程及记录 22 3.1.3 建立需求产品属性列表 24 3.2 用户需求的定量研究 25 3.2.1 问卷设计 25 3.2.2 测量信度分析 25 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - IV - 3.2.3 需求描述性统计 26 3.3基于层次分析法的用户需求分析 28 3.3.1 建立层次递阶结构 28 3.3.2 需求模型的调查结果 . 29 3.3.3 构造比较矩阵与检验 . 29 3.4 权重输出及结论 .31 3.5 本章小结 33 第 4 章 陪护机器人产品设计 . 34 4.1老年陪护机器人设计思路 .34 4.1.1 老年陪护机器人产品设计思路 . 34 4.1.2 内部模块设计与探讨 34 4.2 老年陪护机器人的造型设计 37 4.2.1 老年陪护机器人造型的用户偏好 37 4.2.2 方案选择 38 4.2.3 产品方案确定与设计分析 39 4.3 老年陪护机器人结构设计 40 4.3.1 老年陪护机器人人机尺寸探讨 40 4.3.2 内部结构设计 41 4.4 人机交互设计 .43 4.4.1 基于用户需求的人机交互模型构建 43 4.4.2 交互方式设计 44 4.4.3 人机交互界面设计 44 4.5 本章小结 46 第 5 章 产品可用性评价方法的分析与研究 . 47 5.1可用性评价方法 47 5.1.1 可用性的概念 47 5.1.2 基于任务的可用性量化模型 47 5.2 老年陪护机器人的多目标决策评价 .48 5.2.1 评价筛选及初期准备 . 48 5.2.2 可用性测试实验设计 . 49 5.