巡檢機器人造型設(shè)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(zhuǎn)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(shè)計調(diào)查角度進行巡檢機器人的競品分析和問卷調(diào)研，歸納總結(jié)面向巡檢機器人的造型設(shè)計的可行性和創(chuàng)新性思路，為同類產(chǎn)品的造型設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：巡檢機器人;造型設(shè)計;設(shè)計調(diào)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(qū)、工業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)、各類商業(yè)綜合體等場所都陸續(xù)加入了機器人用于巡檢服務(wù)。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(chǎn)品造型設(shè)計仍需進一步優(yōu)化，從而達到功能與美學(xué)相互融合，將巡檢機器人產(chǎn)品造型設(shè)計與產(chǎn)品逐步推廣數(shù)字化運行結(jié)構(gòu)同步考慮才是未來巡檢機器人設(shè)計的趨勢。造型設(shè)計的意義不僅僅在于對其外觀形態(tài)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(chǎn)品真實性，跳出思維定式。如果巡檢機器人產(chǎn)品造型設(shè)計的缺陷導(dǎo)致沒有及時檢測到問題，引發(fā)了很難挽救的事故，會給人民群眾帶來難以計量的經(jīng)濟損失。并且復(fù)雜的電磁環(huán)境往往會對巡檢機器人有很高的設(shè)計要求，只有可靠的產(chǎn)品造型設(shè)計才可以提供持續(xù)穩(wěn)定的巡檢工作。

1 巡檢機器人概況分析

1.1 應(yīng)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(zhí)行平臺，搭載多種傳感器，用于特定設(shè)備狀態(tài)檢測、環(huán)境感知以及其他業(yè)務(wù)處理等定制服務(wù)的可編程多功能操作機。現(xiàn)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(tǒng)、制造業(yè)系統(tǒng)、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(shù)據(jù)中心等各相關(guān)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(fù)性的工作。巡檢機器人的主要功能有自動導(dǎo)航、自動定位、自動充電等。使用高清監(jiān)視技術(shù)、熱成像技術(shù)和溫度檢測相結(jié)合，能夠精確識別各類儀表讀數(shù)及設(shè)備的電流、電壓致熱現(xiàn)象，實時采集、存儲、傳輸現(xiàn)場的圖像、聲音、溫度、煙霧等數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的分析，判斷是否存在設(shè)備故障以及故障位置。

1.2 基本結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和減震結(jié)構(gòu)，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(shè)備以及鏡頭轉(zhuǎn)向機構(gòu)、升降機構(gòu)。云臺、電池、供電電池、輪系基本上采用縱向分布式的結(jié)構(gòu)置于外殼內(nèi)，外殼的設(shè)計會根據(jù)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(gòu)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(shè)計研究現(xiàn)狀

2.1 色彩與材質(zhì)分析

市場現(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)品設(shè)計來說，色彩設(shè)計都具有雙面性[3]。主色和輔色決定了整體色調(diào)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(fēng)格主要是體現(xiàn)企業(yè)文化特色和風(fēng)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(huán)境對機器人不會產(chǎn)生過多影響的情況，如室內(nèi)環(huán)境的巡檢機器人外殼大體上選擇聚合物為主，而戶外環(huán)境或者是具有有毒氣體、腐蝕性液體存在可能性的復(fù)雜環(huán)境，機器人的外殼會選擇金屬材質(zhì)，輔以特殊密封結(jié)構(gòu)和特殊涂裝，以保護內(nèi)部元器件（見圖1）。

2.2 造型元素

這是來源于網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有的3個巡檢機器人案例，分別是國自機器人、NREC和優(yōu)必選科技的產(chǎn)品（見圖2）。以下主要從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和外觀進行分析（見表1）。

這是現(xiàn)有3款巡檢機器人的設(shè)計元素整理。以市場上有限的巡檢機器人產(chǎn)品風(fēng)格進行分析，大多數(shù)產(chǎn)品采取硬朗線條設(shè)計方案，能夠有效地增強科技感，同時一部分外露的硬件設(shè)備有效表現(xiàn)出產(chǎn)品科技化、堅固結(jié)實的感覺。也有一部分室內(nèi)機器人的外殼是圓滑柔和的線條，根據(jù)使用需求設(shè)計了上下結(jié)構(gòu)，便于室內(nèi)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(yōu)必選智巡士由于是室內(nèi)機器人，選用了光滑的聚合物表面材質(zhì)。國自機器人在空曠的變電站工作，所以顏色選用工業(yè)化的白藍風(fēng)格;NREC由于在危險復(fù)雜的極端環(huán)境工作，選擇了更具有辨識度的黃色;智巡士在室內(nèi)機房工作，選擇了干凈的白灰組合。

可見，不同環(huán)境因素會導(dǎo)致產(chǎn)品選用不同屬性的材質(zhì)與顏色。

3 問卷調(diào)研及分析

機器人的研究需要大量數(shù)據(jù)的反饋[5]，現(xiàn)階段，用戶對于巡檢機器人的需求趨勢已經(jīng)從采用傳統(tǒng)機器人轉(zhuǎn)向了智能化的巡檢服務(wù)系統(tǒng)。為調(diào)研用戶對巡檢機器人各個造型方面的追求、對室內(nèi)外不同巡檢機器人使用的需求、對智能化設(shè)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(shè)計研究提供設(shè)計導(dǎo)向，筆者進行了網(wǎng)絡(luò)問卷調(diào)查，從材質(zhì)、顏色、風(fēng)格等設(shè)計角度收集用戶數(shù)據(jù)，共回收有效數(shù)據(jù)72組，數(shù)據(jù)如表2、表3所示。

如表2所示，31.94%的調(diào)研對象選擇了科技感強的設(shè)計風(fēng)格，這種風(fēng)格往往應(yīng)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(shè)計風(fēng)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(jù)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(diào)研分析普通用戶青睞的顏色和風(fēng)格等，能夠大致了解其喜好和對產(chǎn)品外觀的需求，可以作為參考運用到產(chǎn)品設(shè)計中。

實際上參與調(diào)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(shù)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(diào)研結(jié)論總結(jié)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(guān)注巡檢機器人的外觀造型設(shè)計，認為外觀設(shè)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(shù)的用戶選擇了更具有科技感的外觀設(shè)計，而產(chǎn)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(zhì)量方面。

通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，對巡檢機器人造型設(shè)計重視的人將會越來越多，伴隨著5G信息化的發(fā)展布局，對智能巡檢設(shè)備的發(fā)展更加有利，在巡檢機器人的造型設(shè)計中需要更多地融合用戶需求和產(chǎn)品使用的客觀環(huán)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(yōu)化產(chǎn)品造型設(shè)計。

4 設(shè)計方向分析和方案展示及說明

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

圖3產(chǎn)品設(shè)計草圖。根據(jù)具體傳感器的安裝位置，分別設(shè)置不同的區(qū)域位置上的開孔，優(yōu)化分布方式。

如圖4，這是產(chǎn)品造型設(shè)計經(jīng)過實際需求調(diào)研后的原比例產(chǎn)品模型渲染圖?，F(xiàn)有的設(shè)計風(fēng)格是由基礎(chǔ)硬件分布的條件決定的，涂裝采用了簡潔明了的白色基礎(chǔ)色系。后期也可根據(jù)實地使用環(huán)境或企業(yè)需求改變涂裝。外殼選擇了金屬材質(zhì)輔以漆面處理，在保證結(jié)構(gòu)強度與防護性能統(tǒng)一的前提下增強產(chǎn)品環(huán)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(jié)語

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

參考文獻：

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作者簡介：駱言（1998—），男，江蘇鹽城人，本科在讀，研究方向：產(chǎn)品設(shè)計。