基于智能美學的采茶機外觀優化設計

李定芳，吳競藝

（1.邵陽學院藝術設計學院，湖南 邵陽 422000；2.邵陽學院機械與能源工程學院，湖南 邵陽 422000）

1 研究意義與目的

我國是世界上最大的產茶國，茶葉生產具有悠久的歷史，長期飲茶既可陶冶情操，也有益身體健康。茶葉不僅是我國經濟利益的一部分，也是重要的文化傳承，如今茶葉的生產與銷售活動更是遍布到全球各地。作為代表性的茶園機械，現有的采茶機器人設計大多偏重內在結構，少有基于人的認知和情感進行設計，因此，在采茶機外觀和交互界面上還有較大優化空間。本文旨在挖掘機械美學的精神價值，用智能美學理解新時代，嘗試在人工智能時代的采茶機器人設計中，探討智能機械設計思維和機器設計的智能美學規律。

2 國內外發展現狀調研

2.1 國外研究現狀

日本作為最先對茶葉采摘機械化展開研究的國家，其茶園機械化程度已經趨于成熟。針對外觀造型的設計，Maike Nijkamp 和Julia A.Garde 將創新設計與社會的文化因素運用隱喻的手法巧妙結合、Warell A 通過設計文法分析將產品的存在價值進行等級劃分并匹配，最終提供合理的設計方案。而David Aaker 教授則把品牌的精髓、品牌核心內容的識別與品牌內容延伸的識別看做是品牌的三大特征，作為企業品牌識別理論的發展基石。

2.2 國內研究現狀

茶葉雖然起源于我國，但是我國對茶葉采摘機械化的研究起步較晚。沈陽工業大學的張博（2020）使用RGB-D 相機在自然光照下拍攝，選用HSL 色彩空間，采用LabVIEW 進行圖像處理，秉勛用背景矯正法、質心法、閾值分割法等多種方法對采茶機器人的茶葉識別技術進行研究。華北水利水電大學的胡慶勝等人（2020）對橘子和草莓進行目標識別，觀察每一張圖，將深度學習Mask R-CNN 神經網絡框架應用于采摘機器人的視覺系統上，用于優化環境復雜時的采摘識別系統。

目前，對采茶機的研究主要是基于結構與功能，很少從美學角度對機械設備進行研究。由于機器視覺等技術隨著時代的發展不斷進步，以該技術為核心的機械化產品也快速發展，成為人工智能時代的標志性成果。單純依靠技術而忽視智能美學，己經開始成為制約我國采茶機器人發展的主要因素。

2.2.1 市場現有采茶機分析

市面上的采茶機是多種多樣的，根據不同的情況和原理，采茶機有不同的分類標準。依據采茶機在使用后獲得的茶葉情況，我們將采茶機械分為選擇性采茶機和非選擇性采茶機兩種。從驅動方式來看，采茶機可以分為手動式采茶機、汽油式采茶機、電機式采茶機。電機式采茶機，操作方便，節能環保，可持續性強，噪音低且不像汽油式有污染，整體壽命高，但儲電量有限，受制于茶園環境。如果儲電系統增大，就會導致整機變沉重，給采茶機增加了額外的負擔。

2.2.2 我國茶園現狀

目前，我國茶園基本屬于密植型茶園，在管理上較為粗放。許多茶園還未開展機械化管理，只是依靠人工手動操作。在地形方面，茶園多丘陵，丘陵茶園零散，階梯相成，相鄰區域的高度差別較大，道路條件有待改善。這就導致茶園機械的移動困難程度大大增加，相鄰區域的機械轉移只能依靠茶農們肩抗手抬，大大增加了工作人員的勞動強度和勞動負荷。

2.3 茶葉類別

茶葉有大宗茶、名優茶之分。大宗茶就是普通百姓們可以消費的茶葉，而名優茶則是在質量和品質上都有所不同的價格高昂的茶葉。大宗茶的采摘最主要就是滿足生產量，對向原料的選擇和驚喜程度的要求沒有那么高，通常為一次性采摘大量茶葉，統一搜集后進行制作。

3 人工智能時代的智能美學

設計從手工業時代開啟，經歷了機械和電氣時代，一直以“物質呈現”的面貌出現在世人面前。而信息化革命之后，計算機的出現使得設計從“物質呈現”轉向“虛擬呈現”，特別是進入人工智能時代以后，設計從單一圍繞功能形式，轉向多種構建與影響的“多向度”模式。

隨著機器視覺、人工智能等現代技術的飛快發展，機械化設備與人之間的關系有了新的定義，呈現出來“融合共生”的關系，通過計算機達到人機感知融合、行為融合、情感融合以及生物融合，從弱融合到強融合，人工智能技術的日益成熟帶來了美學新的定義與發展。

而目前的采茶機與人之間的關系還處于弱融合階段，但是隨著人工智能高技術研發正從感知融合到情感融合的快速邁進，其產品的強融合指日可待。

3.1 采茶機使用分析

考慮到目前茶園采摘人員文化程度不高、青壯年勞動力短缺等因素，采茶機械的原理應簡單易懂，易于學習和接受。第1 步，接通電源；第2 步，正確操作采茶機械，使用刀片對嫩芽進行切割；第3 步，搜集茶葉，將得到的枝丫統一吸入到搜集袋中。整個過程應安全合理，簡單易懂。

3.2 形態分析

現有的單人采茶機通常是平板模樣，類似撮灰斗。紅綠配色方案更是千篇一律，無法滿足智能時代下人們越來越高的審美，但由于其造價低廉，所以在市場上還是茶農們的首選。

基于此，智能時代的采茶機械應該充分考慮使用者的使用需求。造型服務于功能，在設計前要先理清基礎功能。在采茶機的造型設計中，可以考慮海洋水波紋的形態，流暢、自然的線條更有利于使用者操作，還會使茶葉的采集更加穩定、提高采摘效率。海波造型是造型與功能的有機結合。在顏色方面，考慮到使用者的心情，自然環境等，可選用綠白配色。綠白配色干凈清新，賞心悅目，綠色系屬于冷色調，還可以使操作者使用機械時冷靜沉著，避免出錯。配合著茶園的傾向，使人心情更加明朗，提高產品的價值功能。

3.3 人機工程學分析

在對采茶機進行設計時，應該充分考慮到人性化與智能化因素。考慮使用者的心情，以用戶為主體，要融合人作為自由體和社會體在機械作業時的情感認知和道德約束。因此，研制采茶機械應在做到完成采摘工作的基礎上，提高使用舒適性。采茶機械的把手作為與使用者密切接觸的部位，理應受到設計師的重視。在設計把手時，人機交互重點要考慮人手的使用狀態，兩端把手的承重應當平均，使采茶機械的質量被左右手平均分擔，讓使用者可以長時間操作。

4 總結

總而言之，作為一款農用機械，采茶機的功能、造價、使用成本等是核心消費因素，優秀的外形設計可以使產品快速獲得市場認可，優秀的人機工程設計能夠使使用者在勞動作業的過程中疲勞程度大大降低。以使用者為中心，回歸設計的本質，保留基礎功能的同時圍繞用戶體驗與情感認知，而體現在產品功能與形態的關系上，可以表現為形式追隨功能、形式喚醒功能、形式映射功能。