病房配送機器人多模態交互設計

摘要：用戶和產品的交互是通過視覺、聽覺、觸覺、情感等多種模態，充分模擬人與人之間的交流方式完成的。為研究病房配送機器人的多模態交互，本文首先分析市場現有的病房配送機器人，對其交互特點進行闡釋;其次通過研究交互過程，構建多模態交互模型，并根據病房配送機器人的多模態交互特點，分析模態認知、模態競爭以及模態之間的關聯邏輯，然后對病房配送機器人的交互模態特點進行探討，提出病房配送機器人各模態的設計策略;最后結合病房配送機器人的設計實踐對理論進行驗證。

關鍵詞：病房配送機器人;多模態;交互設計

中圖分類號：TP242.3 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2021）16-00-02

0 引言

如今，智能機器人已應用于人類生活的各個方面，配送機器人在醫院的應用也越來越頻繁，其交互設計逐漸受到人們的期待和關注。雖然語音、觸摸屏等技術的革新讓交互方式不再單一，但是多模態交互具有一定的復雜性，且目前相關研究多集中于單模態方法領域，如視覺、聲音等[1]，缺乏對各模態之間協同關系的研究。因此，目前的設計重點在于在人機交互過程中協同各模態之間的關系，要讓交互過程變得更加順暢有趣，從而發揮出產品的最大價值。

1 病房配送機器人

病房配送機器人產品是指具有自主行走、自主避障、自主語音提示等功能的，應用于醫院的感染病房、住院病區等場景的機器人設備，它可以用于藥品、標本、衣物、餐食等物品的智能配送。目前市面上的病房配送機器人按照其應用分類可分為三類。第一，餐食配送類。它主要負責病區病人的餐飲食品配送。第二，醫療物資配送類。它主要負責病房、藥房與PIVAS（靜脈用藥集中調配中心）配送環節中藥品、輸液包等醫療物資的配送。第三，醫療標本配送類。它主要負責病人血液、尿液等標本的運輸。

市場上病房配送機器人的交互方式有燈光、語音、觸控反饋、表情等，分別對應模態中的視覺、聽覺、觸覺、情感。但在實際工作中，各模態之間獨立運作，雖然產品有眼、有耳，但眼只做圖像處理，耳只做語音識別，運行時并沒有進行交叉計算。

2 病房配送機器人多模態交互

2.1 多模態交互

模態指的是感知信息的一種感覺，所謂多模態人機交互是基于智能接口技術，通過人的多個感知通道與計算機系統進行并行的、非精確的交互。張超[2]等人研究了汽車導航多通道交互的設計方法并提出了設計策略。林霜[3]等人從多模態感官用戶體驗的角度，提取聽覺和視覺兩種模態并在真空吸塵器設計中進行研究。朱自瑛[4]以仿生學概念為基礎，對多模態交互設計的研究方法進行了探索。通過相關研究可以得知，采用多模態交互不僅能巧妙地利用各種模態的特性，完成其在功能上的劃分和互補，而且可以提高交互效率與靈活性。

以用戶的視角來看，多模態交互意味著用戶可以綜合使用不同的動作和感覺器官使病房配送機器人完成特定任務。病房配送機器人多模態交互模型如圖1所示，由于多模態交互關系到人的注意力分配與操作認知，因此模態認知分析、模態競爭以及模態之間的關聯邏輯顯得十分重要。

2.2 模態認知分析與競爭

配送機器人交互行為具有多模態的特點，信息輸出時各模態會對用戶的注意力和操作認知產生一定影響。信息輸出時的反饋方式有顏色、燈光、震動、聲音、表情等，對應視覺、觸覺、聽覺、情感這幾個模態，其中顏色和燈光的反饋方式最能吸引用戶的注意力，聲音的反饋方式最能讓用戶理解，而震動和表情的效果則較為一般，甚至在某種交互情景下還會讓用戶產生認知困難。

病房配送機器人在完成特定任務時，用戶對不同模態反饋的認知度和注意力是不同的，用戶需要不斷地分配動作與感官以獲取信息，這將不可避免地產生感官與動作上的競爭，同時也會降低與病房配送機器人的交互效率。因此，避免交互過程中感官與動作競爭是提高交互效率和靈活性的關鍵，在對病房配送機器人進行交互設計時，需要根據任務的實際情況選擇競爭較小或沒有競爭的幾種模態。

2.3 模態之間的關聯邏輯

多模態不是多種模態的集合，而是對它們進行整合。換言之就是，將語音、手勢等通過特定的算法與其他模態進行整合，從而獲得更高層次的語義特征，實現特定的應用。模態之間存在一定的關聯邏輯，在特定任務下，我們需要選擇貢獻度較高的因素進行模態關聯。以病房配送機器人的取貨任務交互為例，根據取貨任務行為進行分級。在開始取貨階段，注視情況下出現燈光提示;尋找貨物階段，言語注視情況下增加語音提示，如“貨物在第二層”“請取走2號柜的貨物”等;拿取貨物階段，拿取貨物確認信息的情況下燈光、語音、震動提示都被觸發。每個階段，各模態的反饋頻率及強度都會發生相應的改變，因此在設計時需要根據任務場景確定每種模態的持續時間、能量強度等相關要素。

3 病房配送機器人各模態設計策略

3.1 視覺模態設計

在病房配送機器人的交互中，用戶操作認知的建立取決于視覺信息的傳達，用戶期望與產品交互時，產品提供一定的視覺信息，但是過度的信息會對用戶造成視線干擾，導致用戶出現錯誤的操作。因此，在交互設計時應該合理考慮病房配送機器人視覺模態上的信息分配與傳達，設計策略如下：病房配送機器人在視覺模態上要避免復雜、煩瑣的信息內容，只需在用戶的注意被吸引時顯示必要的信息內容即可;視覺信息應該在短時間內被用戶準確地識別和理解。

3.2 聽覺模態設計

在人機交互中，用戶往往更加傾向于聽覺模態上的語音交互，因為語音交互不僅與操作任務的沖突少，還可以更有效地幫助用戶完成操作任務。但語音交互也存在一定的局限性：語音交互容易受到外界環境因素的干擾，如周圍嘈雜的環境、接聽電話聲等;在執行復雜的交互任務時，用戶組織命令語言會變得十分困難;在任務情景中，語音模塊對情景對話的支持較少。其設計策略如下：病房配送機器人的語音設計應該基于自然語言構建;為降低用戶的認知負擔，病房配送機器人的語言應該簡短易懂;噪聲環境下的語音提示應該具有抗干擾性并且容易識別，從而避免用戶聽錯相關提示;語音模塊應加入多種專屬情境對話內容，以便為用戶提供更易用、更有趣的體驗。

3.3 觸覺模態設計

按鍵與觸屏是病房配送機器人在觸覺模態交互上的體現。按鍵與觸屏的操作是手眼協同的，在實際交互操作中，雖然很多用戶認為觸屏和按鍵的操作提升了任務的復雜性，但觸屏交互是用戶與病房配送機器人最直觀的交互方式，且按鍵能給用戶帶來最真實的觸覺反饋。其設計策略如下：病房配送機器人在觸覺模態上的設計需結合情境任務而定，在進行特殊任務交互時，無論是進行觸控還是物理按鍵操作，都應有相應的震動反饋，但同時也要避免不同模態之間的競爭;按鍵位置應符合人體工學，操作手勢的設計不宜復雜。

3.4 情感模態設計

病房配送機器人的情感是人工技術賦予機器人以人類式的情感得以實現的，情感設計也是服務類機器人交互設計的重要內容之一。現有服務類機器人產品大多以兩種方式傳遞情感：一是通過造型，二是以語音、顯示屏顯示表情這種直觀的方式。但是在一定情境下，執行任務的機器人表達情感所用的媒介容易引起沖突，如在顯示屏顯示表情時會影響觸屏、手勢等操作，有時傳遞的情感也不易被理解。因此，病房配送機器人在情感模態上的設計必須基于使用情境進行深入的考量;向用戶傳遞情感的形式應該避免與其模態產生沖突，并且要容易被用戶理解，讓用戶在使用的過程中感受到溫暖。

此外，嗅覺雖然在病房配送機器人交互中還沒有實際的運用，但是病房配送機器人的用戶人群較為特殊，因此嗅覺模態在交互設計中的應用也十分重要。在設計時，可根據不同的配送場景，加入氣味發散裝置，讓機器人散發出符合情景的氣味，以增強用戶的嗅覺體驗，這也是接下來配送機器人多模態設計的亮點之一。

4 設計實踐

首先，在明確產品的設計目標后分析病房配送機器人的用戶需求以及功能需求。其次，在完成病房配送機器人的用戶分析和任務分析后，搭建信息構架，進行各個模態的設計，并根據各個模態設計策略設計各模態間的交互，同時根據功能需求進行造型與結構的設計。最后，整合并完善各個模態之間的交互設計，同時結合產品造型結構優化方案，從而完成整個設計。以蘇州赫格智能科技有限公司的項目為例，通過以上流程進行病房配送機器人的設計，最終效果如圖2所示。

5 結語

本文以多模態研究為出發點，分析了模態認知、模態競爭以及模態之間的關聯邏輯，對病房配送機器人的交互設計進行了探索并提出了設計策略，最終以蘇州赫格智能科技有限公司的項目為例進行了設計實踐驗證。結果表明，合理分配多模態信息和操作，不僅能夠清晰化、安全化病房配送機器人的用戶操作任務，也能讓整個交互過程更加自然高效。未來的多模態交互設計只有在設計方法和實現技術上進行跨平臺、多領域、多學科協作，才能有效推動該領域的深入發展。

參考文獻：

[1] 李華兵.多模態研究方法和研究領域[J].西安外國語大學學報，2013（3）：21-25.

[2] 張超，趙江洪.汽車導航多通道交互設計[J].包裝工程，2015，36（22）：67-70.

[3] 林霜，黃若涵.基于多模態感官用戶體驗的產品聲音感知研究[J].裝飾，2019（8）：102-105.

[4] 朱自瑛.基于耦合仿生的多模態交互設計方法研究[J].包裝工程，2020，41（12）：99-105.

作者簡介：薛子安（1997—），男，江蘇常州人，碩士在讀，研究方向：工業設計。