基于情感化交互的家用掃地機器人故障表達

郝涔鈞，何人可，尹璐，馬可

基于情感化交互的家用掃地機器人故障表達

郝涔鈞，何人可，尹璐，馬可

（湖南大學，長沙 410082）

針對現(xiàn)有的家用掃地機器人的故障報錯策略，探討情感化故障表達在家用掃地機器人中的設(shè)計需求。通過用戶訪談獲取他們對家用掃地機器人在故障表達方面的情感化設(shè)計需求，利用Kano模型進行分析，根據(jù)相關(guān)結(jié)果展開相應(yīng)的分析討論。對家用掃地機器人在框架結(jié)構(gòu)、功能服務(wù)、操作反饋和視覺效果這4個方面，進行交互設(shè)計需求的研究，并對其進行用戶滿意度指數(shù)和四象限分析。通過以上方法，獲得用戶對家用掃地機器人在故障表達中的期望與需求。用戶對家用掃地機器人在故障表達中的訴求集中在可靠性和易用性上，同時希望有適當?shù)慕换ヒ龑Ш颓楦谢磉_，并對界面視覺的統(tǒng)一和操作流程的便捷等方面有著較大的期待。

情感化交互；家用掃地機器人；故障表達；Kano模型

信息技術(shù)的不斷提升，交互方式發(fā)展的多元化，推動了新產(chǎn)品的更迭與完善。家庭清潔一直以來就是中國家庭必不可少的剛性需求，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷進步和推廣，促使家用智能型機器人開始進入居家生活中[1]。市場與資本普遍對這一進展看好，包括比爾·蓋茨在內(nèi)的很多聲譽極高的專業(yè)人士也曾預測，機器人會像個人移動設(shè)備一樣走進每個人的生活[2]。隨著智能化的不斷進步和發(fā)展，使情感化交互成為產(chǎn)品形態(tài)與交互中的重要發(fā)展趨勢。用戶與產(chǎn)品將不再局限于物理上的機械式的使用，人—物之間的情感交流也將隨著多感官通道進入更深的層次。在人機使用過程中，故障傳遞與表達將會影響用戶與產(chǎn)品之間的信任感和親密度[3]。基于上述問題，文中根據(jù)情感化交互，來探討Kano模型[4]和四象限模型[5]在家用智能掃地機器人故障表達方面的設(shè)計要素，從而提高用戶對產(chǎn)品的使用體驗。

1 情感化交互與家用掃地機器人故障表達

1.1 情感化交互設(shè)計概述

隨著物質(zhì)和技術(shù)水平的不斷提升，人們在消費方面由產(chǎn)品本身的基礎(chǔ)功能需求，轉(zhuǎn)向更高層次的精神滿足。技術(shù)也不再是交互設(shè)計的本質(zhì)，交互過程中能滿足人的情感體驗顯得更為重要[6]。在交互系統(tǒng)中由人（People）、人的行為（Active）、產(chǎn)品使用時的場景（Context）、產(chǎn)品中融合的技術(shù)（Technology）和最終的產(chǎn)品（Product）5個基本元素（PACT-P）組成[7]。通過這5種因素之間的相互作用來滿足用戶的交互體驗。美國著名心理學家唐納德·諾曼指出，人的情感化體驗主要是由基本功能層、交互行為層和情感反思層組成[8]。情感化交互在人機交互中，是通過產(chǎn)品在情感化的3個層面與用戶進行關(guān)聯(lián)的，從而建立起安全信任和長久穩(wěn)定的情感聯(lián)系，使用戶在產(chǎn)品的使用過程中獲得心理滿足感，得到良好的交互體驗[9]。目前，在多通道的人機交互方式下，自然情感化交互成為人機交互的研究熱點[10]。

1.2 家用掃地機器人故障表達

如今，智能化產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，在家居產(chǎn)品的設(shè)計中也逐步實現(xiàn)了智能化的應(yīng)用。在家居清潔方面，家用智能掃地機器人也開始走進千家萬戶，就目前市面上大多數(shù)的國內(nèi)外掃地機器人產(chǎn)品來看，人機交互方式主要是由產(chǎn)品端的家用掃地機器人和移動端的手機APP構(gòu)成，見圖1。

故障表達是家用掃地機器人在產(chǎn)品設(shè)計過程中，必不可少的人機交互環(huán)節(jié)，根據(jù)《機器人4.0白皮書——云—邊—端融合的機器人系統(tǒng)和架構(gòu)》，對目前市場上排名前10（iRobot、Dyson、Panasonic、Philips、Neato、科沃斯、小米、浦桑尼克、海爾、石頭）的品牌家用掃地機器人進行調(diào)研，家用掃地機器人故障表達方式均由用戶、產(chǎn)品端的家用掃地機器人和移動端的手機APP所構(gòu)成，見圖2。其中，當家用掃地機器人在運行過程中出現(xiàn)故障時，產(chǎn)品端會發(fā)出故障的語音提示并向移動端發(fā)送錯誤報告，移動端接收并轉(zhuǎn)碼后，再發(fā)送錯誤提示和文字解決方案給用戶，最終用戶根據(jù)移動端的信息對產(chǎn)品端的故障問題進行處理。

1.3 情感化交互故障表達設(shè)計對人機交互的作用

用戶在交互過程中的使用感受，起源于產(chǎn)品使用時的外在感官刺激，從而喚醒其記憶中的感性認識，這就是所謂的主觀經(jīng)驗與感受，這種主觀的意向判斷與表達是不夠明確和清晰的[11]。然而當這種模糊的感受，被捕捉并轉(zhuǎn)化為情感意象運用在設(shè)計表達中時，則會幫助用戶和產(chǎn)品產(chǎn)生更多的情感共鳴，建立起更為深厚的情感連接，從而滿足人機交互中的情感需求。這些可以加強有使用經(jīng)驗的資深用戶對產(chǎn)品的信賴，也能減少無使用經(jīng)驗的用戶在操作中的認知負擔[12]。在產(chǎn)品設(shè)計中，故障表達方式與問題解決本身就需要用戶進行大量的信息處理，在此過程中情感化交互的介入則能增強設(shè)計的內(nèi)涵并減弱用戶的認知壓力，為人機交互的發(fā)展提供一種潛在的可能。

圖1 目前家用智能機器人交互終端設(shè)備

圖2 用戶、產(chǎn)品端和移動端故障表達交互流程

就目前全球研究情況來看，日本將道教的萬物有靈概念加入情感化的交互研究之中[13]。學者Graenen研究了機器人手勢變化與用戶情感表達之間的關(guān)系。學者Kim等人在HMI（Human Machine Interface）的情感識別框架中，提出了一種新穎的情感化人機語音交互[14]。目前中國部分互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，在智能產(chǎn)品或語音助手的情感化交互設(shè)計領(lǐng)域有了初步嘗試，但尚未在家居智能掃地機器人中進行研究并形成較為規(guī)范的理論指導和設(shè)計流程。例如，阿里巴巴天貓精靈團隊基于MBTI（邁爾斯布里格斯類型指標）人格理論為天貓智能音響建立了人格形象，增加了產(chǎn)品的情感化交互應(yīng)用，從而推動智能音響的競爭力。百度地圖的智能導航系統(tǒng)也為語音播報功能賦予了情感化語音包，從而拉近了產(chǎn)品與用戶之間的關(guān)系。然而，在家用服務(wù)掃地機器人中的情感化交互討論還主要集中在法學范疇內(nèi)，當前國內(nèi)產(chǎn)品主要以功能為導向，近距離社交的智能掃地機器人的情感化交互設(shè)計研究還處于初步摸索狀態(tài)。

圖3 情感化故障表達設(shè)計分析

2 家用掃地機器人故障表達分析

在家用掃地機器人使用過程中，故障表達是交互設(shè)計中的一項重要環(huán)節(jié)。為提高產(chǎn)品使用效率和用戶接受度，在發(fā)生故障時，產(chǎn)品通過展現(xiàn)出情感化的行為和情緒表達來傳遞給用戶[15]。以學者唐·諾曼的情感三層理論[16]為基礎(chǔ)，將情感化故障表達設(shè)計分為基本功能層、交互行為層和情感表達層。情感化故障表達設(shè)計分析見圖3。

2.1 基本功能層

產(chǎn)品的基本功能是情感交互產(chǎn)生的基礎(chǔ)。家用掃地機器人主要是幫助用戶清潔家居地面。故障報錯是家用掃地機器人中較為重要的基本功能，主要是在低電提示、回充失敗、故障報警等方面對用戶進行報錯提示。此功能是通過產(chǎn)品端的語音提示和移動端的錯誤信息發(fā)送，來提示用戶解決相應(yīng)的錯誤問題。產(chǎn)品的外觀形態(tài)和報錯時的交互行為都會以基本功能作為依據(jù)，并加以合適的情感化交互幫助家用掃地型機器人來完成故障表達。

2.2 交互行為層

在交互行為層中包含著使用產(chǎn)品時與人交互的內(nèi)容和行為模式。文中選取了國內(nèi)比較具有代表性的科沃斯地寶系列DJ35掃地機器人，其產(chǎn)品上只有兩個按鈕，分別是一個在表面的電源開關(guān)按鈕和盒蓋內(nèi)部的重啟按鈕，產(chǎn)品表面沒有界面顯示屏，主要指令功能是在手機APP端操作。初次連接時需要用戶先將智能手機與家用掃地機器人自帶WiFi進行連接，之后在智能手機上進行指令操作。用戶通過APP初次連接家用掃地機器人流程見圖4。

家用掃地機器人將通過用戶在手機APP端的操作進行工作，當其發(fā)生故障時，產(chǎn)品端會語音報錯提示，并發(fā)送故障信息給移動端手機APP，移動端將會根據(jù)報錯代碼發(fā)送相應(yīng)的錯誤報告和文字解決方案給用戶，用戶在解決完錯誤問題后可通過APP使家用掃地機器人繼續(xù)開始新一輪的工作。產(chǎn)品故障報錯是家用掃地機器人中一個非常重要的交互環(huán)節(jié)，也是影響用戶體驗感的重要原因之一，也會對產(chǎn)品品牌和其本身的信任感有所影響。如何能在產(chǎn)品發(fā)生故障時減少用戶的情緒波動，平穩(wěn)地解決錯誤問題完成人機交互，為產(chǎn)品設(shè)計合適的報錯流程和表達方式，需要設(shè)計師對用戶進行了解。同時在用戶使用產(chǎn)品的過程中，對信息的獲取一般是通過人體感官中的視覺、聽覺和觸覺，這3種感官的共同作用會影響機器人在發(fā)生故障情況時的交互方式[17]。

圖4 用戶通過APP初次連接家用掃地機器人流程

2.3 情感表達層

家用掃地機器人的情感化設(shè)計是否能滿足人的心理需求，是產(chǎn)品設(shè)計在情感表達層的重點。基于此，在研究時對產(chǎn)品目前的報錯情況進行分析。首先，從產(chǎn)品端來看，市場上大部分家用掃地機器人在發(fā)生故障時電源開關(guān)鍵呼吸燈呈紅色閃爍，并語音提示相關(guān)錯誤信息，如“邊刷被纏繞，請及時清理”“驅(qū)動輪懸空，請移動到新位置啟動”“下視傳感器積灰，請清理”等。語音提示信息中產(chǎn)品沒有其性格特征和情感表達，趨向于生硬的信息提示。從移動端來看，故障表達則是通過錯誤信息文字提示用戶，讓用戶根據(jù)相應(yīng)的文字說明來處理故障問題。這樣的處理過程比較流程化，產(chǎn)品和用戶僅僅是基本功能上的交互，過程中沒有情感化的交流與表達，用戶在感性情感上的需求沒有得到滿足。對此在進行產(chǎn)品設(shè)計時需要為產(chǎn)品搭建合適的情感映射，讓用戶在感官體驗中感受到產(chǎn)品的情感化交互表達，滿足其對產(chǎn)品使用的情感化需求。

3 實證研究

3.1 情感化交互設(shè)計需求獲取與提煉

在對目前的家用掃地機器人故障表達進行分析后，為獲得情感化的交互設(shè)計需求，對北京、上海、廈門、南寧和廣州5地，每地各5戶，共25戶，并有兩年以上使用經(jīng)驗的資深用戶進行了入戶訪談，通過訪談來深層次挖掘用戶需求，了解家用掃地機器人在故障表達方面的服務(wù)需求、使用流程和使用體驗等信息。收集用戶訪談的結(jié)果，并根據(jù)其故障報錯場景繪制用戶旅程圖，對用戶的痛點、情感點和機會點進行分析，見圖5。

綜合圖中研究結(jié)果，分析、總結(jié)用戶需求，再結(jié)合專業(yè)設(shè)計人員的意見（擁有10年以上的設(shè)計經(jīng)驗），對用戶需求進行整合與分類，最終得出情感化交互設(shè)計需求共17項，并按照類型進行序號排列，見表1。

圖5 家用掃地機器人故障報錯系統(tǒng)用戶體驗地圖

表1 家用掃地機器人故障報錯交互設(shè)計需求

續(xù)表1

3.2 調(diào)研問卷收集與檢驗

調(diào)研共發(fā)放線上問卷70份，回收有效問卷60份。其中72%參與調(diào)研的用戶為90后和95后，與文中的目標用戶特征相符，為了保證問卷調(diào)研的準確性，通過SPSS 24.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件對問卷信度進行分析，其中正向問題的Cronbach’s α值為0.941，反向問題的Cronbach’s α值為0.937，均大于0.8，說明問卷調(diào)研內(nèi)部具有良好的一致性，調(diào)研結(jié)果具備可信度。

3.3 情感化交互設(shè)計需求Kano屬性分類

將調(diào)研問卷結(jié)果與Kano模型評價對應(yīng)，見表2。對設(shè)計需求屬性進行分類，家用掃地機器人故障報錯系統(tǒng)設(shè)計需求的Kano分類結(jié)果，見表3。

3.4 情感化交互設(shè)計需求用戶滿意度指數(shù)計算

根據(jù)表3中各個設(shè)計需求屬性的分類結(jié)果，計算出各個設(shè)計需求用戶的滿意度指數(shù)。這里將利用學者Berger所提出的Better-Worse系數(shù)計算方式[18]，其計算公式如下：

Better=(A+O)/(A+O+M+I) (1)

Worse=(O+M)/(A+O+M+I)×(–1) (2)

其中，B6、D15為I無差異需求，此類需求能否滿足不會對用戶產(chǎn)生影響，因此無需對其進行滿意度指數(shù)計算，其余指數(shù)滿意度結(jié)果，見表4。

表2 Kano模型評價

表3 情感化交互設(shè)計需求Kano屬性分類

表4 家用掃地機器人故障表達設(shè)計需求用戶滿意度指數(shù)

圖6 家用掃地機器人故障表達設(shè)計需求四象限

3.5 設(shè)計需求重要度排序

為了解不同設(shè)計需求對用戶的重要性影響程度，根據(jù)表4的計算結(jié)果，進行家用掃地機器人故障表達設(shè)計需求象限圖分析，并以均值作為臨界線[19]，見圖6。

從圖中可以發(fā)現(xiàn)，一象限是期望需求，代表重要且急需，包括A1，A2，C7，C8，C10，即信息框架流程明確，界面布局清晰、可讀，操作流程便捷、易懂，交互反饋高效，故障解決方式對用戶的滿意度尤為重要，是建立用戶與產(chǎn)品之間信任度的關(guān)鍵因素。二象限是魅力需求，代表重要但不急需，包括C9，C11，C12，D13，D14，即操作方式引導合理，錯誤操作予以提示，多種故障表達方式，界面風格簡潔統(tǒng)一，界面視覺效果美觀，這樣設(shè)計需求的實現(xiàn)能幫助提升產(chǎn)品魅力，為用戶帶來良好的體驗，增強用戶與產(chǎn)品之間的情感連接。三象限為無差異需求，代表不重要且不急需，包括D16即界面色彩搭配協(xié)調(diào)，此項需求不會影響到用戶。四象限為必備需求，代表不重要但急需，包括A3，B4，B5，即故障表達類別清晰，故障問題解釋說明和圖文內(nèi)容易于理解，這些需求是故障表達設(shè)計需求中的基礎(chǔ)。在這四象限中一象限是界面設(shè)計時用戶需要的重要需求，二象限和四象限的設(shè)計需求，則會幫助產(chǎn)品進一步提升用戶滿意度。一象限與四象限中設(shè)計需求是非常重要且急需的，這些需求的實現(xiàn)會極大地提升用戶的滿意度，因此將這些象限中的設(shè)計需求，作為后續(xù)故障表達界面設(shè)計的重要依據(jù)。

4 設(shè)計輸出

4.1 家用服務(wù)機器人故障表達設(shè)計要素分析

人是有思想和情感的復雜生物體，在實際設(shè)計過程中，用戶對產(chǎn)品會有基本生理功能和心理情感上的設(shè)計需求[20]。家用掃地機器人故障表達設(shè)計的需求列表明確了用戶的產(chǎn)品設(shè)計需求，實際設(shè)計中還需要考慮用戶的心理需求和情感化表達。在產(chǎn)品故障報錯的場景中，用戶會因產(chǎn)品故障而產(chǎn)生相應(yīng)的負面情緒，在其解決故障問題的同時，需要對其消極情緒進行適當?shù)囊龑Ш娃D(zhuǎn)移，使用戶在產(chǎn)品發(fā)生故障時可以順利解決相應(yīng)的問題。

家用掃地機器人故障表達設(shè)計需求的研究結(jié)果表明，其重要的設(shè)計要素主要是在框架結(jié)構(gòu)方面，用戶對完整的故障處理流程和清晰的交互界面布局的需求程度最高，這樣可以降低用戶使用產(chǎn)品時的認知負荷。在功能服務(wù)方面，故障問題的解決步驟要清楚、易懂，減少不必要的操作流程，以提高用戶的使用效率，增加用戶對產(chǎn)品的信任度。在操作反饋方面，需要便捷的操作流程、良好的交互反饋和簡單的解決呈現(xiàn)方式。例如，在家用掃地機器人的用戶群中會有一些產(chǎn)品使用經(jīng)驗較少的用戶，及時進行交互反饋和引導，能使用戶明確自己的操作行為，減少用戶的焦慮情緒，并加強用戶與產(chǎn)品的情感化交互。在視覺效果方面，簡潔統(tǒng)一的界面風格，可以幫助用戶減少處理界面信息的疲勞感，為用戶帶來良好的視覺體驗。

4.2 家用掃地機器人交互界面設(shè)計

家用掃地機器人作為可以交互和移動的智能終端設(shè)備，根據(jù)其設(shè)計需求和情感需求，并結(jié)合家用掃地機器人在使用場景、功能和方式等方面特點，對其交互界面進行了設(shè)計，見圖7。在交互界面設(shè)計中，采用了產(chǎn)品擬人化的方式，為產(chǎn)品賦予人格特征，通過表情、動作、角色、語言和行為等方式在產(chǎn)品發(fā)生故障時給予提示，幫助用戶排除故障問題。這種情感擬人化的設(shè)計方式構(gòu)建了產(chǎn)品人格意向，使用戶和產(chǎn)品之間產(chǎn)生相應(yīng)的情感共鳴，激發(fā)其在故障問題產(chǎn)生時的同理心，減弱因此問題帶來的負面情緒，順利完成產(chǎn)品故障場景問題的解決。

4.3 設(shè)計介入前后分析

將設(shè)計介入前和設(shè)計介入后的故障報錯移動界面進行分析，見圖8。在設(shè)計介入前，產(chǎn)品端發(fā)生故障后，移動端會接收到文字版的錯誤信息提示和故障解決方式，提示方式較為單一，不利于用戶對產(chǎn)品故障問題的了解與處理。設(shè)計介入后，產(chǎn)品端發(fā)生故障時，移動端首先將接收到故障問題的類目、具體內(nèi)容提示和擬人化產(chǎn)品圖示，用戶在確認處理故障信息后，則會有文字和圖片相結(jié)合的方式幫助用戶處理相應(yīng)的故障問題。在故障信息提示中加入擬人化的產(chǎn)品圖示，使用戶與產(chǎn)品產(chǎn)生更多的情感共識，幫助用戶減少在產(chǎn)品故障產(chǎn)生時帶來的負面情緒和認知負擔，從而提升用戶的交互體驗，采用情感化的設(shè)計方式解決產(chǎn)品在故障報錯場景中的問題。

4.4 故障表達界面設(shè)計評估

將改版前和改版后的家用掃地機器人故障表達界面設(shè)計制作成素材包，發(fā)放給參與問卷評估的人員，邀請20名深度研究并參與設(shè)計過家用掃地機器人的從業(yè)人員，進行線上調(diào)研問卷式的專家設(shè)計評審，見圖9。

圖7 家用掃地機器人故障報錯移動端提示和解決方式界面

圖8 家用掃地機器人故障報錯移動界面設(shè)計前后對比

圖9 家用掃地機器人故障報錯移動界面設(shè)計評估素材包

圖10 家用掃地機器人故障報錯移動界面設(shè)計評估結(jié)果

設(shè)計評審從界面設(shè)計的框架結(jié)構(gòu)、功能服務(wù)、操作反饋和視覺效果4個方面，采用李克特量表分析法，即“不滿意”為–2分、“能忍受”為–1分、“無所謂”為0分、“滿意”為1分、“非常滿意”為2分，進行設(shè)計前后的滿意度評價，見圖10。從評估結(jié)果中可以看出，設(shè)計介入后的交互界面設(shè)計滿意度均高于設(shè)計介入前，從而驗證了優(yōu)化設(shè)計后的交互界面與用戶的設(shè)計需求相匹配，情感化交互設(shè)計有利于提升用戶對故障表達的滿意度。

5 結(jié)語

文中采用用戶訪談和Kano模型理論，對家用掃地機器人在框架結(jié)構(gòu)、功能服務(wù)、操作反饋和視覺效果4個方面，進行了交互設(shè)計需求的問卷調(diào)研，并根據(jù)結(jié)果對其進行了用戶滿意度指數(shù)和四象限分析。研究結(jié)果對以用戶需求為出發(fā)點的研究有潛在價值，為后期優(yōu)化家用掃地機器人情感化故障表達提供了參考，可幫助提升用戶對產(chǎn)品的滿意度和使用體驗。

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Fault Expression of Home Robot Vacuum Based on Emotional Interaction

HAO Cen-jun, HE Ren-ke, YIN Lu, MA Ke

(Hunan University, Changsha 410082, China)

This paper is to discuss the design requirements of emotional fault expression in home robot vacuum in view of the existing fault reporting strategies of home robot vacuum. Through user interviews, the user's emotional design requirements of the home robot vacuum in fault expression are obtained, and the Kano model is used to analyze them, and the corresponding analysis and discussion are carried out according to the relevant results. This paper studies the interaction design requirements of the home robot vacuum in four aspects: framework structure, function service, operation feedback and visual effect, and carries out user satisfaction index and four quadrant analysis. Through the above methods, the user's expectations and requirements for the home robot vacuum in fault expression are obtained. They focus on the reliability and ease of use of the home robot vacuum in fault expression, hope to have appropriate interactive guidance and emotional expression, and have great expectations for the unity of interface vision and the convenience of operation process.

emotional interaction; home robot vacuum; fault representation; Kano model

TB472

A

1001-3563(2022)02-0098-08

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.02.013

2021-09-16

湖南省研究生科研創(chuàng)新項目（CX20200425）

郝涔鈞（1995—），女，山西人，湖南大學碩士生，主攻工業(yè)設(shè)計、人機交互設(shè)計。

何人可（1958—），男，湖南人，碩士，湖南大學教授，主要研究方向為設(shè)計史論和設(shè)計戰(zhàn)略。