智能服务机器人的体验创新设计
Tech摘要
在全球疫情的大环境下，推动智能时代所带来的体验性经济，服务机器人在解决劳动力成本、提高效率之上协同工作。疫情后带来更多思考，安全智能、人与人无接触服务，解决居民生活场景问题而加快投入市场。本文从机器人的系统设计与构建，到在公共场景的中的用户与机器人之交互设计，以及机器人提供的服务设计，探讨了对服务机器人体验设计要点，实践中解决硬件与软件设计师的配合，由复杂到简单，满足体验从而提高设计质量。在未来智能机器人的体验创新设计中得到运用。
01
服务机器人的设计流程
在机器人设计的整个流程中，现阶段的研发团队中通常系统设计与技术团队间较为独立，硬件和软件的团队是分开两个设计条线，上下游工作衔接上并不理想，需要考虑设计的整体合理性。在外观设计上根据产品的定位及用户人群，设计出符合目标群体的审美和市场规范的外观产品。结构设计上，配合外观设计进行可开模的结构设计，尽可能减少复杂难度程度，在进行组装时上便于量产。电子设计上，走线、干扰问题要注意，电子元件尽量选择主流的方便量产。软件设计上，根据预研阶段的需求分析，确认的功能形态，产品组的技术，会根据现有的技术与资源，输出可实现的总体的解决方案及版本迭代计划。
02
服务机器人智能系统设计，是技术与设计结合的创新设计
构建机器人在环境中感知能力，机器-技术-传感器。
机器人的能力框架设计，决定机器人拥有的能力与智力水平，是智能交互的系统基础。了解机器人的技术发展情况，对智能系统设计时避免产品无法实现，在成本控制中寻找一个最好的平衡点。现有技术加传感装置为机器人赋予感知能力，通过传感器测量能感知到的信息传输、处理、储存，像人赋予感官一样感知信息。
机器人多模态反馈设计让交互更自然，行为-环境-交互。
多模态设计是视、听、触等多通道的反馈。打破了传统界面点触、键盘输入等交互模式，机器人在感知能力上模拟不同通道获取信息，以不同形态的交互反馈方式。机器人在执行任务行为过程中，在可识别的范围内与周围的环境场所、物体等进行的交互，反馈自然合理，是决定智能体验的关键。
03
服务机器人的人机工程设计，在公共环境中要具有包容性
构建机器人在使用环境中的体验要素，利于还原场景发现用户体验创新的切入点。传统的设计方法更关注任务绩效和操作体验，机器人的设计融入了更多层次的环境场景、人与系统的交互。构建也是对场景分析的结果详细的描述，在酒店机器人服务场景中，满足地点、人物、事件构成了场景的要素。
技术环境是系统设备、交互技术、机器外观等相关基础满足机器人的执行能力。物理环境，是场所物理空间的特征，包含空间位置所行路线、空间结构与机器人的交互。涉及所需要设置避障距离、空间物件和路径规划移动路线。人际、组织和社会环境，是指机器人和服务员、顾客、在不同的组织和社会环境中的沟通形式。
公共环境中使用的服务机器人，互动符合人际空间关系。
人际距离是在不同的文化背景下，人际距离的准则会有所差异，但基本规律是相同的。
亲密
0-45厘米
亲密情侣
私人
46-61厘米
个人距离
社交
45-120厘米
熟人交谈
办公
120-210厘米
商务洽谈
公务
120-3.5厘米
取银行密码
公众
3.5-750厘米
课堂演讲
依照人际关系社交距离，服务机器人为社交交谈距离。
1、屏幕大小：对应45-75厘米人际距离，8寸桌面机器人尺寸显示器更合适。
2、屏幕角度：高度适合普通大众，保证标准范围的人包含坐轮椅残障人士，可以轻松看到屏幕文字。屏幕需要根据需求设计角度，满足以站立，弯腰和下蹲观看轻松点触，屏幕倾斜度设定为35度为优。
175-190厘米
高
165-174厘米
中
150-164厘米
低
80-150厘米
轮椅
3、识别范围
语音：45-75厘米，70厘米以外在公共场所环境中音量有影响。
避障：2厘米内可检测，在60厘米内私人区域作出避障反馈。
视觉：相机高度于角度，会影响识别区域范围。
04
服务机器人拟人化设计，是交互过程中的重要因素
情感体验是机器人智能的标准，用户对机器人有拟人化的期待和诉求。机器人不能产生情感，但是可以对角色进行设计。确定角色定位和基础能力，赋予情感化的反馈行为，将角色拟人进一步立体化机器人。
服务机器人在酒店服务场景中，以服务员的角色提供服务。在与环境发生交互时，机器人行为和表达方式要遵循服务人员的礼仪规范。在情绪设计上，识别后反馈表情表达符合服务员角色的服务状态。在语音反馈行为上，话术管理符合服务人员的语言话术。
05
服务机器人的服务设计，在体验基础上完善体验
在酒店场景中，机器人的利益相关者是服务提供者和服务接受者，以服务关系划分紧密和重要程度。机器人在场景中使用通常需要完成的任务如：送货服务、行驶避障、乘电梯、返回充电、联系客户和管理员等。在整个服务的任务中，通过设计让利益相关者都有高效、愉悦的体验。
五大服务要素，服务目标为：效率、智能、人性化、安全。服务人群为服务员为操作用户，顾客为使用用户，路人为间接用户。机器人主要交互动作为设置、配货、乘电梯、取货、返回。服务场景为在酒店内环境中，系统可见的与不可见的与用户一起参与协作。
触点的选择和设计是服务设计的重要环节，是利益相关者与系统交互的载体。在整个流程设计中用户和机器人操作系统之间会有很多触点，形成整个动态的服务系统。服务系统的节奏和各触点的划分、组织都是重要的设计要点。
服务系统形成闭环将流程可视化，满足用户的动机，直接为用户提供价值。设计不仅在界面上，触点之间的链接是最终完整的体验。关注人与人、人与物体、人与不同的组织之间的价值关系，将人、系统、信息、环境等相融合。
06
总结
在整个机器人的设计流程，在体验设计中的每个关键点，创新的设计也会产生在每个节点的基础上。
首先在生产流程上，硬件外观与软件的协作是用体验的第一个因素，在外观上的创新要考虑用户的接受度与合理性。其次是智能系统的设计，以感知为核心的能力框架设计，不同通道的多模态反馈，在未来发展上将趋向认知为主的自然交互体验设计。再次，人机工程和情感化设计将机器人拟人化仿生设计，让体验更加智能实用，并且适用于更多公共场景。最后在整个场景服务设计过程中，以用户为中心之上，以全局思考角度在不同环节中的触点为用户提供价值，在原有效率为先基础上，更加人性化安全无接触服务场景化，让机器人在创新设计中设计体验有更有提高服务满意度。
参考文献
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公共场合服务机器人的设计框架与思路
这些年，谈论人工智能的人很多，谈论机器人也很多。特别是疫情之下，对服务机器人的需求猛增，行业迎来了快速的应用和发展。文章从用户视角出发，对服务机器人的设计要点和设计框架展开了梳理分析，与大家分享。
机器人是人类古老的梦想，自诞生之日起便承载着人类智慧和对未来生活的设想。近年来，随着各类传感器、语音交互、机器识别、SLAM等技术的快速发展，机器人开始从科幻作品中走出，走进人们的日常生活。
2020年初，受新冠肺炎疫情（COVID-19）的影响，“无人”服务逐渐成为刚需，为减少人与人之间的接触，服务机器人（机器人家族中的一个年轻成员，区别于工业机器人与特种机器人，服务机器人主要在特定环境下为人类提供必要的服务）开始迎来快速的应用和发展。
在车站、酒店、餐饮、医院等诸多聚集性场景下，服务机器人正在代替人承担着服务、巡检、测温、消毒、配送等工作，从而尽量减少人们交叉感染的风险，例如百度阿波罗与新石器联手的无人车配送为海淀医院送餐（图左），以及百度携手东软在多个公共场景落地的机器人战“疫”解决方案（图右）等。
无人配送车（左）/测温防控机器人（右）
现在越来越多公共场景中配备了服务机器人，他们被期望能在不同的公共场合承担起相应的角色，例如商场中的咨询指引，医院中的咨询导诊，机场中的咨询值机等。然而，目前多数公共场合服务机器人的作用与交互体验仍有局限性。
一方面，复杂的公共环境对技术能力提出了更高的要求；另一方面，业界没有成型的人-机器人交互体验标准可以参考。针对上述局限，我们将如何打造公共场合人-服务机器人的交互体验作为研究课题，并实际开展了一系列研究。
本文从普通用户视角出发，先后介绍了我们开展的三个专题研究，初步探讨了公共场合服务机器人的交互设计要点，具体的研究框架与研究内容如图所示：
研究框架与研究内容
导读专题一：公共场合人-服务机器人交互现状研究
公共场合人-服务机器人的交互方式与现状，有哪些交互特征？
专题二：公共场合服务机器人外观要素研究
作为信息输出环节的重要媒介，公共场合服务机器人的屏幕该如何设计？
专题三：公共场合服务机器人人设研究
从交互到交流，公共场合服务机器人的拟人化设计，以及用户对服务机器人人设的期待
一、公共场合人-服务机器人交互现状研究1.1研究目的与方法服务机器人是一个“新物种”，了解人们对“新物种”的态度和行为对服务机器人交互设计至关重要。一方面，虽然服务机器人已经越来越多的出现在公共场合中，但是很少有研究系统的描述了人们会如何与公共服务机器人交互。另一方面，公共场合的人和机器人交互与传统的人机交互存在很大差异，公共场合更复杂的空间关系以及更加开放的交互环境，均可能对人们的交互行为产生影响。
在研究中，我们采用自然观察的方法，即在完全不干预的情况下对多个公共场合的人-机器人交互行为进行观察和记录。由于在公共环境进行观察，需要考虑对用户隐私的保护，我们不能借助录像录音设备，因此提前制定了需要记录的指标信息，包括交互的人数、交互者站位、姿势、交互方式、多人时是否存在交互的轮换、围观者行为等，如表所示。
表观察记录指标
1.2数据与研究结果以北京某商场的观察结果为例，我们对商场内顾客与服务机器人的交互行为进行了较为全面的（工作日+周末）约5小时的连续观察，共采集190组有效的交互数据，如表所示。
表样本数据
观察数据结果的分析主要围绕互动人群、空间关系、交互方式等3个方面展开，即尝试回答哪些人会与服务机器人互动，人与服务机器人的空间关系是怎样的，以及人们会通过什么方式与服务机器人进行交互，以下是我们的部分发现：
研究的主要发现
1）互动人群：在商场内，成年人主动与服务机器人交互的比例更高，81%左右互动没有儿童参与。在没有儿童时，大多数互动人数在三人及以下，其中二人情况占比最大。
商场场景中的互动人群
2）空间关系：交互过程中，人和机器人的距离一般处在30-60cm内，对应到Hall的人际空间距离理论中，处在亲密距离和个人距离之间，这较之以往的人-机器人交互距离研究会更近些，这可能受到文化因素及交互方式因素的影响。
商场场景中，二人同行的交互站位
3）交互方式：虽然服务机器人一般具备语音交互的能力，但研究发现触屏交互仍是目前人与服务机器人交互的主要手段，并且交互时呈现出不同的姿势，如直立/低头、明显弯腰、明显下蹲等。研究同时发现，人们与服务机器人的交互与人们和普通机器的交互仍有区别，例如有用户会在机器人身后叫它，或者在使用完后，会和机器人说“谢谢”或“再见”。
商场场景中，人与服务机器人的交互姿势
4）其它研究发现：公共场合服务机器人的设计需要对儿童额外考虑，一方面，儿童可能对机器人表现的过度亲密，发生直接拥抱和拦拽的行为，机器人在注意不要伤害儿童的同时也要“自我保护”，另一方面，儿童也可能会影响他人交互或长时间占用交互时间。
二、公共场合服务机器人外观要素研究2.1问题的提出——屏幕设计研究在公共场合人-机器人互动观察中我们发现，凭借在信息展现和交互上的优势，屏幕仍是人-机交互依赖的主要媒介，也几乎是目前服务机器人的标配，是服务机器人外观的重要组成部分。但以往的研究中关于机器人的外观多集中于整体造型、身体形状、头部与面部设计、拟人化等方面，对机器人屏幕设计的研究涉猎较少。
在研究前期，我们收集和总结了目前最常见的三种屏幕设计形式，即双屏、一体屏、头部单屏，并通过Rhino建模制作了三种不同屏幕形态相应的机器人：第一款有明显的“头部”设计，且头部和身体上均具有显示屏；第二款为一体屏设计；第三款也有明显“头部”，但仅在头部具有显示屏。如下图所示。
三种屏幕示意图：分别为双屏，一体屏，头部单屏
我们采用对偶实验的方法，在实验中区分了屏幕默认显示信息和屏幕默认不显示信息的两种情况，并要求被试分别对两种情况下的屏幕设计方案进行两两对比。在实验中，我们将屏幕设计方案等比投屏到屏幕上，被试在对比和体验后，分别对各方案进行评价，实验的主要自变量和因变量如表所示。
表实验变量
2.2实验结果对偶实验研究结果发现，用户在对比和选择屏幕设计方案时，会主要从“拟人度”和“信息展现效率”两个维度进行考量，拟人度体现在是否具有显性的头部及表情，拟人度越高，感官体验越友好，用户互动意愿越强。信息展现效率与屏幕大小高相关，在公共场景下，大多数用户认为获取信息是主要需求之一。
此外，3种屏幕设计方案的比较结果如下：
1）拟人性是多数用户心目中的机器人的关键特质，表现在无信息和有信息情景的对偶比较中，双屏机器人设计的绝对优势。
无信息展现（左）和有信息展现时的选择（右）
2）当放大场景中具体的任务因素时，用户考量的是服务机器人是作为“工具”的效率性，表现在有信息呈现时，对一体屏设计的偏好的显著升高。
无信息展现（左）和有信息展现时的选择模式（右）
三、公共场合服务机器人人设研究3.1什么是服务机器人人设结合在公共场合人-机器人互动观察的研究发现，人们在和机器人交互时表现出明显不同于普通产品人-机交互的特征，会代入人-人交互时的一些社会规范，例如会打招呼和说“谢谢”。而且在公共服务机器人外观设计研究中我们也发现，用户对机器人有拟人化的期待。这些发现与以往的研究是一致的，人们会不自觉的把机器人拟人化，赋予Ta类人的属性，例如性别、年龄等，而这些属性会进一步的影响人们对机器人的交互意愿和对其能力的预期。
我们从现阶段人们对公共服务机器人的感知和使用现状入手，探究人们是否会对公共服务机器人有人设（性别，年龄，性格等）的感知，如图所示，以及对服务机器人人设的期待是怎样的。需要说明的是，由于人设的感知和期待可能会受到所处公共场景因素的影响，因此我们把场景作为一个影响变量进行研究，在研究中覆盖了包括商场、银行、机场/车站、医院、展厅、政务大厅等六个公共场景。
人设的维度
3.2研究方法与结果在研究方法上，我们首先开展了“对公共服务机器人的使用经验和期待”的焦点小组座谈会，定性了解人们使用服务机器人的现状、使用/不使用原因、对服务机器人人设的态度与感知。然后，对结论进行了定量问卷验证。
研究分析主要围绕人们对公共服务机器人的认知现状和对公共服务机器人的期待等两个方面展开，部分研究发现如下：
1）公共服务机器人认知现状：人们对服务机器人处于一个“人”和“工具”的矛盾认知状态。机器人的形体/声音等类人特征，影视/小说等作品的教育让用户对于机器人是“类人体”的期待明显，但同时现实中机器人不智能、功能简单、单一等体验和感知让用户觉得机器人就是一个裹着外壳的机器终端。
2）对公共服务机器人人设的期待：人们对公共服务机器人有人设期待，且受到场景因素的影响，例如与商场的服务机器人相比，银行的服务机器人具有严谨负责的特质特别重要，在设计时可以通过外表，话术等进行强调。
对商场和银行的公共服务机器人的性格特质期待
3）其它人设设计建议：用户对服务机器人的期待，可能反映的是其在该场景中深层的诉求，但也可能仅仅出自对角色的刻板印象。前者需要进行分析与满足，而后者则需要有意识的避免，以免进一步加深这种不公平的刻板印象。
四、小结2020年新冠肺炎疫情激活了人们对于服务机器人的需求，让服务机器人加速走进人们的日常生活。从此，人与服务机器人的交互、人与服务机器人的关系必将受到越来越多的关注，我们先后通过3个专题研究，对人与服务机器人交互的相关问题进行了初步的讨论和探索，未来我们还将继续关注这个设计领域，并不断输出我们的研究成果和观点。
作者：技术中台UER小分队
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