巡檢機器人造型設計研究

摘 要：伴隨著市場對智能化、信息化要求的提升，用戶對巡檢機器人的功能性需求逐漸轉為功能與造型相融合的需求模式。筆者通過對市場上巡檢機器人的基本情況進行闡述，從設計調查角度進行巡檢機器人的競品分析和問卷調研，歸納總結面向巡檢機器人的造型設計的可行性和創新性思路，為同類產品的造型設計提供參考。

關鍵詞：巡檢機器人;造型設計;設計調查

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2020）10-00-04

隨著智能信息化程度的不斷提升，居民生活社區、工業產業園區、各類商業綜合體等場所都陸續加入了機器人用于巡檢服務。市場對巡檢機器人的需求逐漸增加，但目前市面上的大部分巡檢機器人產品造型設計仍需進一步優化，從而達到功能與美學相互融合，將巡檢機器人產品造型設計與產品逐步推廣數字化運行結構同步考慮才是未來巡檢機器人設計的趨勢。造型設計的意義不僅僅在于對其外觀形態的直觀表達，更在于其表達的意思，外觀造型的闡釋更是回到根源，賦予產品真實性，跳出思維定式。如果巡檢機器人產品造型設計的缺陷導致沒有及時檢測到問題，引發了很難挽救的事故，會給人民群眾帶來難以計量的經濟損失。并且復雜的電磁環境往往會對巡檢機器人有很高的設計要求，只有可靠的產品造型設計才可以提供持續穩定的巡檢工作。

1 巡檢機器人概況分析

1.1 應用場所與主要功能

巡檢機器人是一種基于可移動感知的執行平臺，搭載多種傳感器，用于特定設備狀態檢測、環境感知以及其他業務處理等定制服務的可編程多功能操作機。現有的巡檢機器人類型主要有輪式機器人、軌道式機器人等，其適用范圍覆蓋電力系統、制造業系統、大型廠礦、石油化工、城市管廊、銀行、鐵路軌道、站臺、隧道以及數據中心等各相關單位[1]。巡檢機器人可以替代人工完成巡檢中遇到的煩瑣的、困難的、危險的和重復性的工作。巡檢機器人的主要功能有自動導航、自動定位、自動充電等。使用高清監視技術、熱成像技術和溫度檢測相結合，能夠精確識別各類儀表讀數及設備的電流、電壓致熱現象，實時采集、存儲、傳輸現場的圖像、聲音、溫度、煙霧等數據，通過對數據的分析，判斷是否存在設備故障以及故障位置。

1.2 基本結構分析

巡檢機器人主要由移動平臺、信息采集通信平臺、云臺、工控機、外殼、供電模塊組成。其中，移動平臺分為輪系、動力結構和減震結構，信息采集通信平臺往往有通信天線、各類傳感器，云臺則包含了視覺信息、溫度信息、聲音信息的采集設備以及鏡頭轉向機構、升降機構。云臺、電池、供電電池、輪系基本上采用縱向分布式的結構置于外殼內，外殼的設計會根據不同元器件的分布進行分布式處理，以滿足密封性需求，對于輪系運動機構和傳感器窗口部位的開放處理也是影響機體防水性的因素。

2 巡檢機器人造型設計研究現狀

2.1 色彩與材質分析

市場現有的色彩方案都以白、藍、黑、灰為主，輔助色為藍、綠、紅色系，也有醒目的熒光色系。色彩對人的生理、心理產生特定的刺激信息，具有情感屬性，形成材料的色彩美[2]。對于任何產品設計來說，色彩設計都具有雙面性[3]。主色和輔色決定了整體色調給用戶帶來的感受[4]。使用特殊顏色往往是為了醒目，而表面涂裝風格主要是體現企業文化特色和風格。實際上，巡檢機器人普遍采用玻璃鋼、ABS/PC為材料，少部分選擇使用合金材料。針對環境對機器人不會產生過多影響的情況，如室內環境的巡檢機器人外殼大體上選擇聚合物為主，而戶外環境或者是具有有毒氣體、腐蝕性液體存在可能性的復雜環境，機器人的外殼會選擇金屬材質，輔以特殊密封結構和特殊涂裝，以保護內部元器件（見圖1）。

2.2 造型元素

這是來源于網絡的現有的3個巡檢機器人案例，分別是國自機器人、NREC和優必選科技的產品（見圖2）。以下主要從產品的結構和外觀進行分析（見表1）。

這是現有3款巡檢機器人的設計元素整理。以市場上有限的巡檢機器人產品風格進行分析，大多數產品采取硬朗線條設計方案，能夠有效地增強科技感，同時一部分外露的硬件設備有效表現出產品科技化、堅固結實的感覺。也有一部分室內機器人的外殼是圓滑柔和的線條，根據使用需求設計了上下結構，便于室內檢測運動。

國自機器人和NREC都是室外機器人，選用了耐磨的磨砂表面噴漆保護金屬外殼，而優必選智巡士由于是室內機器人，選用了光滑的聚合物表面材質。國自機器人在空曠的變電站工作，所以顏色選用工業化的白藍風格;NREC由于在危險復雜的極端環境工作，選擇了更具有辨識度的黃色;智巡士在室內機房工作，選擇了干凈的白灰組合。

可見，不同環境因素會導致產品選用不同屬性的材質與顏色。

3 問卷調研及分析

機器人的研究需要大量數據的反饋[5]，現階段，用戶對于巡檢機器人的需求趨勢已經從采用傳統機器人轉向了智能化的巡檢服務系統。為調研用戶對巡檢機器人各個造型方面的追求、對室內外不同巡檢機器人使用的需求、對智能化設備的了解程度等情況，以期為面向各個場所的巡檢機器人的造型設計研究提供設計導向，筆者進行了網絡問卷調查，從材質、顏色、風格等設計角度收集用戶數據，共回收有效數據72組，數據如表2、表3所示。

如表2所示，31.94%的調研對象選擇了科技感強的設計風格，這種風格往往應該是硬朗的線條輪廓。也有30.56%的用戶選擇了軟萌可愛的設計風格，他們的選擇更加符合在公共場所機器人的外觀需求，能夠有效增強用戶的親和性，不會讓人覺得反感。如表3所示，29.17%的用戶選擇了干凈的純色，如黑白、藍白、灰白等。但仍有30.56%的用戶選擇了根據卡通形象配色，在這個方面，用戶更加傾向于具有角色屬性的機器人造型。

通過調研分析普通用戶青睞的顏色和風格等，能夠大致了解其喜好和對產品外觀的需求，可以作為參考運用到產品設計中。

實際上參與調研的人群年齡范圍處于20～40歲，月收入為2000～5000元，文化程度大多數為本科，約23.61%的參與者使用過或者正在用巡檢機器人，仍有76.39%的參與者沒有使用過巡檢機器人。調研結論總結如下：

第一，約有51.39%的用戶認為日常巡檢是有必要的，而且約38.89%的用戶傾向于使用巡檢機器人在某種情況下代替人工檢測。

第二，相較于人工巡檢，有38.89%的用戶認為機器巡檢更加準確安全，僅有36.11%的用戶不了解巡檢機器人。

第三，約有37.5%的用戶更加關注巡檢機器人的外觀造型設計，認為外觀設計在一定程度上會決定是否購買巡檢機器人的決策。有很大基數的用戶選擇了更具有科技感的外觀設計，而產品的顏色也是以簡約為主。

第四，大部分參與者都會多方面仔細考慮各種因素，更多考慮的是功能與質量方面。

通過網絡調查發現，對巡檢機器人造型設計重視的人將會越來越多，伴隨著5G信息化的發展布局，對智能巡檢設備的發展更加有利，在巡檢機器人的造型設計中需要更多地融合用戶需求和產品使用的客觀環境需求，進一步推廣巡檢機器人，增強大眾的安全防護意識，在各個方面優化產品造型設計。

4 設計方向分析和方案展示及說明

本次巡檢機器人設計的基本方向是建立以具有多種復雜環境適用可能性的造型為出發點，在設計的過程中吸取現有產品的不足，采納用戶調研后得出的簡約又具有科技感的設計風格。針對使用環境的特點，加強車體外殼結構，同時選用耐腐蝕涂料對關鍵外露部位進行重點保護。同時提升車體內空間利用率，不做無用的設計，盡量使每一個部件都有合適且充裕的空間。注重產品整體完整性，去掉一切突兀的無用設計，讓產品更加高效。

圖3產品設計草圖。根據具體傳感器的安裝位置，分別設置不同的區域位置上的開孔，優化分布方式。

如圖4，這是產品造型設計經過實際需求調研后的原比例產品模型渲染圖。現有的設計風格是由基礎硬件分布的條件決定的，涂裝采用了簡潔明了的白色基礎色系。后期也可根據實地使用環境或企業需求改變涂裝。外殼選擇了金屬材質輔以漆面處理，在保證結構強度與防護性能統一的前提下增強產品環境抗壓能力。外殼的整體采用了前后切削斜面的方式，保證云臺的使用能夠最大限度地不受干擾。

5 結語

經過大量的產品案例和信息問卷收集分析得出，巡檢機器人的造型設計是巡檢機器人進入市場非常關鍵的一部分。只有同時考慮實際產品需求與用戶主觀需求，才能設計出科學且美觀的巡檢機器人造型。本次巡檢機器人造型設計研究，經過了繁復的調研與精細的設計論證，得出了巡檢機器人造型設計的初步設計方向和大體設計思路，依此最終得到了這樣的巡檢機器人造型設計方案。

參考文獻：

[1] 文宗林.智能巡檢機器人應用現狀及問題[J].低碳世界，2019（11）：43-44.

[2] 陳楊威，郁舒蘭，李策，等.產品材料與形態設計相契合的研究[J].大眾文藝，2016（13）：67.

[3] 閔大偉，王晶，任新宇.城市公共設施的色彩設計[J].藝海，2019（11）：68-69.

[4] 繆冬昕，郁舒蘭.色彩在視覺通道設計中的應用分析[J].藝術科技，2019，32（05）：129+163.

[5] 李銘鼎，高娃.下肢外骨骼機器人開發者端交互設計研究[J].藝術科技，2019，32（05）：45-46.

作者簡介：駱言（1998—），男，江蘇鹽城人，本科在讀，研究方向：產品設計。