巡檢機(jī)器人造型設(shè)計(jì)研究

摘 要：伴隨著市場(chǎng)對(duì)智能化、信息化要求的提升，用戶對(duì)巡檢機(jī)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(guò)對(duì)市場(chǎng)上巡檢機(jī)器人的基本情況進(jìn)行闡述，從設(shè)計(jì)調(diào)查角度進(jìn)行巡檢機(jī)器人的競(jìng)品分析和問(wèn)卷調(diào)研，歸納總結(jié)面向巡檢機(jī)器人的造型設(shè)計(jì)的可行性和創(chuàng)新性思路，為同類產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：巡檢機(jī)器人;造型設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)調(diào)查

中圖分類號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(chǎng)所都陸續(xù)加入了機(jī)器人用于巡檢服務(wù)。市場(chǎng)對(duì)巡檢機(jī)器人的需求逐漸增加，但目前市面上的大部分巡檢機(jī)器人產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)仍需進(jìn)一步優(yōu)化，從而達(dá)到功能與美學(xué)相互融合，將巡檢機(jī)器人產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)與產(chǎn)品逐步推廣數(shù)字化運(yùn)行結(jié)構(gòu)同步考慮才是未來(lái)巡檢機(jī)器人設(shè)計(jì)的趨勢(shì)。造型設(shè)計(jì)的意義不僅僅在于對(duì)其外觀形態(tài)的直觀表達(dá)，更在于其表達(dá)的意思，外觀造型的闡釋更是回到根源，賦予產(chǎn)品真實(shí)性，跳出思維定式。如果巡檢機(jī)器人產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的缺陷導(dǎo)致沒(méi)有及時(shí)檢測(cè)到問(wèn)題，引發(fā)了很難挽救的事故，會(huì)給人民群眾帶來(lái)難以計(jì)量的經(jīng)濟(jì)損失。并且復(fù)雜的電磁環(huán)境往往會(huì)對(duì)巡檢機(jī)器人有很高的設(shè)計(jì)要求，只有可靠的產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)才可以提供持續(xù)穩(wěn)定的巡檢工作。

1 巡檢機(jī)器人概況分析

1.1 應(yīng)用場(chǎng)所與主要功能

巡檢機(jī)器人是一種基于可移動(dòng)感知的執(zhí)行平臺(tái)，搭載多種傳感器，用于特定設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)、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(jī)?，F(xiàn)有的巡檢機(jī)器人類型主要有輪式機(jī)器人、軌道式機(jī)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(tái)、隧道以及數(shù)據(jù)中心等各相關(guān)單位[1]。巡檢機(jī)器人可以替代人工完成巡檢中遇到的煩瑣的、困難的、危險(xiǎn)的和重復(fù)性的工作。巡檢機(jī)器人的主要功能有自動(dòng)導(dǎo)航、自動(dòng)定位、自動(dòng)充電等。使用高清監(jiān)視技術(shù)、熱成像技術(shù)和溫度檢測(cè)相結(jié)合，能夠精確識(shí)別各類儀表讀數(shù)及設(shè)備的電流、電壓致熱現(xiàn)象，實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、傳輸現(xiàn)場(chǎng)的圖像、聲音、溫度、煙霧等數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)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(jī)器人主要由移動(dòng)平臺(tái)、信息采集通信平臺(tái)、云臺(tái)、工控機(jī)、外殼、供電模塊組成。其中，移動(dòng)平臺(tái)分為輪系、動(dòng)力結(jié)構(gòu)和減震結(jié)構(gòu)，信息采集通信平臺(tái)往往有通信天線、各類傳感器，云臺(tái)則包含了視覺(jué)信息、溫度信息、聲音信息的采集設(shè)備以及鏡頭轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)。云臺(tái)、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(jì)會(huì)根據(jù)不同元器件的分布進(jìn)行分布式處理，以滿足密封性需求，對(duì)于輪系運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳感器窗口部位的開(kāi)放處理也是影響機(jī)體防水性的因素。

2 巡檢機(jī)器人造型設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀

2.1 色彩與材質(zhì)分析

市場(chǎng)現(xiàn)有的色彩方案都以白、藍(lán)、黑、灰為主，輔助色為藍(lán)、綠、紅色系，也有醒目的熒光色系。色彩對(duì)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(duì)于任何產(chǎn)品設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，色彩設(shè)計(jì)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(lái)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(shí)際上，巡檢機(jī)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(duì)環(huán)境對(duì)機(jī)器人不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多影響的情況，如室內(nèi)環(huán)境的巡檢機(jī)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(jī)器人的外殼會(huì)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(hù)內(nèi)部元器件（見(jiàn)圖1）。

2.2 造型元素

這是來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有的3個(gè)巡檢機(jī)器人案例，分別是國(guó)自機(jī)器人、NREC和優(yōu)必選科技的產(chǎn)品（見(jiàn)圖2）。以下主要從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和外觀進(jìn)行分析（見(jiàn)表1）。

這是現(xiàn)有3款巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)元素整理。以市場(chǎng)上有限的巡檢機(jī)器人產(chǎn)品風(fēng)格進(jìn)行分析，大多數(shù)產(chǎn)品采取硬朗線條設(shè)計(jì)方案，能夠有效地增強(qiáng)科技感，同時(shí)一部分外露的硬件設(shè)備有效表現(xiàn)出產(chǎn)品科技化、堅(jiān)固結(jié)實(shí)的感覺(jué)。也有一部分室內(nèi)機(jī)器人的外殼是圓滑柔和的線條，根據(jù)使用需求設(shè)計(jì)了上下結(jié)構(gòu)，便于室內(nèi)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)。

國(guó)自機(jī)器人和NREC都是室外機(jī)器人，選用了耐磨的磨砂表面噴漆保護(hù)金屬外殼，而優(yōu)必選智巡士由于是室內(nèi)機(jī)器人，選用了光滑的聚合物表面材質(zhì)。國(guó)自機(jī)器人在空曠的變電站工作，所以顏色選用工業(yè)化的白藍(lán)風(fēng)格;NREC由于在危險(xiǎn)復(fù)雜的極端環(huán)境工作，選擇了更具有辨識(shí)度的黃色;智巡士在室內(nèi)機(jī)房工作，選擇了干凈的白灰組合。

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

3 問(wèn)卷調(diào)研及分析

機(jī)器人的研究需要大量數(shù)據(jù)的反饋[5]，現(xiàn)階段，用戶對(duì)于巡檢機(jī)器人的需求趨勢(shì)已經(jīng)從采用傳統(tǒng)機(jī)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(duì)巡檢機(jī)器人各個(gè)造型方面的追求、對(duì)室內(nèi)外不同巡檢機(jī)器人使用的需求、對(duì)智能化設(shè)備的了解程度等情況，以期為面向各個(gè)場(chǎng)所的巡檢機(jī)器人的造型設(shè)計(jì)研究提供設(shè)計(jì)導(dǎo)向，筆者進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)問(wèn)卷調(diào)查，從材質(zhì)、顏色、風(fēng)格等設(shè)計(jì)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(duì)象選擇了科技感強(qiáng)的設(shè)計(jì)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(ài)的設(shè)計(jì)風(fēng)格，他們的選擇更加符合在公共場(chǎng)所機(jī)器人的外觀需求，能夠有效增強(qiáng)用戶的親和性，不會(huì)讓人覺(jué)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(lán)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(gè)方面，用戶更加傾向于具有角色屬性的機(jī)器人造型。

通過(guò)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(duì)產(chǎn)品外觀的需求，可以作為參考運(yùn)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。

實(shí)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(guò)或者正在用巡檢機(jī)器人，仍有76.39%的參與者沒(méi)有使用過(guò)巡檢機(jī)器人。調(diào)研結(jié)論總結(jié)如下：

第一，約有51.39%的用戶認(rèn)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(jī)器人在某種情況下代替人工檢測(cè)。

第二，相較于人工巡檢，有38.89%的用戶認(rèn)為機(jī)器巡檢更加準(zhǔn)確安全，僅有36.11%的用戶不了解巡檢機(jī)器人。

第三，約有37.5%的用戶更加關(guān)注巡檢機(jī)器人的外觀造型設(shè)計(jì)，認(rèn)為外觀設(shè)計(jì)在一定程度上會(huì)決定是否購(gòu)買(mǎi)巡檢機(jī)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(jì)，而產(chǎn)品的顏色也是以簡(jiǎn)約為主。

第四，大部分參與者都會(huì)多方面仔細(xì)考慮各種因素，更多考慮的是功能與質(zhì)量方面。

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，對(duì)巡檢機(jī)器人造型設(shè)計(jì)重視的人將會(huì)越來(lái)越多，伴隨著5G信息化的發(fā)展布局，對(duì)智能巡檢設(shè)備的發(fā)展更加有利，在巡檢機(jī)器人的造型設(shè)計(jì)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(jìn)一步推廣巡檢機(jī)器人，增強(qiáng)大眾的安全防護(hù)意識(shí)，在各個(gè)方面優(yōu)化產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)。

4 設(shè)計(jì)方向分析和方案展示及說(shuō)明

本次巡檢機(jī)器人設(shè)計(jì)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(diǎn)，在設(shè)計(jì)的過(guò)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(jiǎn)約又具有科技感的設(shè)計(jì)風(fēng)格。針對(duì)使用環(huán)境的特點(diǎn)，加強(qiáng)車體外殼結(jié)構(gòu)，同時(shí)選用耐腐蝕涂料對(duì)關(guān)鍵外露部位進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)。同時(shí)提升車體內(nèi)空間利用率，不做無(wú)用的設(shè)計(jì)，盡量使每一個(gè)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(wú)用設(shè)計(jì)，讓產(chǎn)品更加高效。

圖3產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(kāi)孔，優(yōu)化分布方式。

如圖4，這是產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)實(shí)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(jì)風(fēng)格是由基礎(chǔ)硬件分布的條件決定的，涂裝采用了簡(jiǎn)潔明了的白色基礎(chǔ)色系。后期也可根據(jù)實(shí)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(qiáng)度與防護(hù)性能統(tǒng)一的前提下增強(qiáng)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(tái)的使用能夠最大限度地不受干擾。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)大量的產(chǎn)品案例和信息問(wèn)卷收集分析得出，巡檢機(jī)器人的造型設(shè)計(jì)是巡檢機(jī)器人進(jìn)入市場(chǎng)非常關(guān)鍵的一部分。只有同時(shí)考慮實(shí)際產(chǎn)品需求與用戶主觀需求，才能設(shè)計(jì)出科學(xué)且美觀的巡檢機(jī)器人造型。本次巡檢機(jī)器人造型設(shè)計(jì)研究，經(jīng)過(guò)了繁復(fù)的調(diào)研與精細(xì)的設(shè)計(jì)論證，得出了巡檢機(jī)器人造型設(shè)計(jì)的初步設(shè)計(jì)方向和大體設(shè)計(jì)思路，依此最終得到了這樣的巡檢機(jī)器人造型設(shè)計(jì)方案。

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