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当前，社会经济和科学技术飞速发展，人工智能也在快速发展，儿童陪伴机器人逐渐进入到人们的生活当中，和传统儿童玩具相比较，儿童陪伴机器人与儿童的互动性更强，情感交流更为密切，也会形成更加和谐健康的家庭环境，从而会促进儿童的健康快乐的成长。机器人技术的发展与相对应的产业发展呈正相关，越来越多的智能机器人走到人们的工作和生活之中。一个儿童的完整童年离开不了父母的陪伴，但是缺少陪伴的儿童却占了很大的一个比重，所以儿童陪伴机器人逐渐被更多家庭所接受。
1绪论
1.1研究背景
陪伴机器人中最重要的就是用户人群与其进行有效有趣味的交互。未来儿童陪伴机器人将具有模仿人类的思维方式，它们不但能够能与人类一样适应动态的环境，还可以通过与环境的交互获取新知识。获取新知识继而与用户进行交互学习，可以将学习到的新知识传达给用户。课题研究的目的一是为了让儿童拥有一个不缺少父母陪伴的童年，使儿童在和谐的家庭中健康成长，促使儿童陪伴机器人和儿童的互动，互动方式和场景也会不断丰富，提升儿童的参与感;二是为需要开发儿童陪伴产品的个人或公司提供设计研究的参考，设计出能够真实有效解决儿童陪护和情感问题的好产品。
儿童心理素质和性格是不断变化的，在不同的阶段不同的表现并且差异很大。现在来看，我国在儿童陪伴机器人这方面的研究相对缓慢，当前的儿童陪伴机器人设计中，目前有以下几点问题等待解决。
（1）儿童陪伴机器人理论匮乏，自主研发能力落后。现有陪伴机器人主要集中在护理及助老机器人的设计上。
（2）服务类机器人服务平台和标准体系有待提升。我国儿童陪伴机器人研究处于起步阶段。
1.2 国内外陪伴机器人研究现状
1.2.1 国内服务机器人的研究现状
当前，国内机器人市场进入高速增长期，服务机器人需求潜力巨大。2018 年，我国机器人市场规模预计达到 87.4 亿美元，其中服务机器人18.4 亿美元占比 21%，而家用服务机器人市场规模达 8.9 亿美元，占比 48.4%。我国服务机器人的市场规模增长迅速。
1.2.2 国外服务机器人的研究现状
国际机器人联合会（International Federation of Robotics）IFR按照从事的工作类型，把机器人分为工业机器人与服务机器人两大类。将服务机器人定义为：一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类的服务工作，但不包括从事生产的设备。
1.3研究的目的及意义
随着城市生活节奏的加快，全国近7成父母没有时间陪伴孩子，近2/3的儿童与手机ipad为伴，家长无法给予孩子的不再是物质上的满足而更多是“有效陪伴”的时间。儿童成长必然经历学前期认知社会的主要阶段的重要人生阶段，在这个阶段，孩子的成长环境与孩子的人生观、世界观、价值观息息的形成相关，为此应该从儿童学前期开始培养儿童三观的正确性。
2 用户群体研究
研究用户人群是儿童陪伴机器人人机界面设计的关键因素，有价值的产品源于对使用用户人群动机和需求的了解。本文以学前初期（3-6岁）儿童作为研究对象，经查阅学前初期儿童的相关文献对3-6岁儿童的感知能力、认知能力以及行动水平特点三方面进行具有针对性、详细的概括;从3-6岁儿童的生理结构、心理、行为动机与需求三个角度为出发点，对用户群体进行研究。
3 儿童特征和陪伴机器人相关理论及交互概述
3.1儿童特征概述
不同的家庭抚养类型对儿童发展造成不同影响，和母亲生活在一起的儿童通常能得到更好的养育和照料，缺乏父亲教养家庭中的孩子比正常家庭中的孩子孤独感强。学前初期儿童的心理研究是从本能层进阶到行为层和反思层，从儿童的表情行为语气等方式进行观察和调研。
3.2 家用服务机器人相关技术
机器人能实现从工业机器人到家用机器人的转变，不仅在于机器人核心组件的不断发展完善及智能化，更在于涉及人机交互的相关技术也不断完善，为家用服务机器人的人机交互提供可能。
服务机器人作为未来家庭应用中的重要环节，不仅从功能上逐渐开发完善，在其智能化的性能上也不断提高，关注机器人人性化和感知智能化是机器人未来发展的交互趋势。其所涉及的通信协议接口、无线通信网络、传感器单元应用等技术的发展，都会推动服务机器人行业进步。网络通信、导航定位、智能决策控制、驱动技术等技术作为服务机器人的关键技术是支持其运行的基础技术支撑。
3.3交互设计的概述
交互设计是指两个或多个互动个体之间交流的内容和结构，使之相互配合， 共同达成某种目的。人机交互（Human-computer Interaction/Human-machine Interaction）是一门研究系统与用户之间交互行为的学科。国际工效学协会给出人机工程学的定义：人机工程学是研究系统中人与其他组成部分关系的一门学科，并运用其理论、原理、数据和方法进行设计，以优化系统的功效和人的健康之间的关系。
4 儿童陪伴机器人交互研究
4.1 儿童陪伴机器人研究内容及方法
儿童陪伴机器人研究的最终目的，是为了让儿童能更方便快捷的使用机器人产品。通过用户访谈和交互分析，对用户使用产品功能、操作频率、使用场景、利益相关人等的分析，找出用户需求、用户痛点和产品机会点，以降低用户的操作困难，提高用户使用率。在交互设计领域，主要通过观察法、文献研究法，有计划地搜集交互设计历史材料、现实情况材料，对交互理论进行系统的了解。
儿童陪伴机器人的操作是一个复合的操作活动，在实现某一功能前需要兒童发出更多的操作指引性指令。将陪伴机器人根据交互行为的心理过程进行分析，从第一视觉感知到完成整个交互体验后留下的直观感受及评价流程，即目的、计划、动作实验、感知反馈、认知。 4.2儿童陪伴机器人用户研究
本次研究旨在通过交互设计的方法，尽可能挖掘用户对儿童陪伴机器人的需求及使用痛点，发展机会点，对儿童陪伴机器人相关功能进行优化。
从发表的期刊杂志、论文及其它资料中，对已有的或概念设计的家用服务机器人进行归纳整理，是本次桌面研究的重点。桌面研究旨在通过需求沟通、需求细分、收集执行、筛选整理和报告输出四个板块，对相关竞品的现状和发展趋势做总结。
（1）需求沟通
该部分需要明确本次桌面研究的研究目的，判断可利用的信息资源范围。本次桌面研究主要为之后的研究提供研究方向和已有技术信息支撑，主要针对家庭服务机器人的现有产品及概念设计进行搜索，包括相关前沿交互技术的检索。最终目的是为将机器人操作区域进行分类比较，得到产品启发点。
（2）需求细分
需求分析可将调研产品的优势、劣势、机会点及相关参数进行归纳整理，同时针对本次研究的特定目的即需要对机器人的操作区域进行分类比较，也应增加对调研产品操作区域的细分研究。
（3）筛选整理
根据对本次桌面研究的目的和需求细分要求，对收集到的所有儿童陪伴机器人进行整理归纳，最后选取10款最具典型性的产品进行分析。在对优缺点分析方面，均来自已有该产生使用经验的用户对其进行的点评。
（4）象限法分析
通过象限法分析对以上 10 个样品进行分类，以样品中差异化较大的两个指标作为分类标准。分别为仿人和非仿人，有屏幕和无屏幕交互。
5 儿童陪伴机器人交互构建
5.1儿童陪伴机器人的概念
通过前面对儿童陪伴机器人的背景、现状、交互设计以及儿童群体的深入挖掘分析，发现在使用产品时其行为表现也与成人有很大不同，相应设计原则、方法和策略也具有独特性。
5.2儿童需求
根据课题中创建的用户角色分析，可以继续对儿童陪伴机器人的需求进行分析，在此次调研的儿童及其监护人和父母都对本课题提出了自身的感受和建议，其中包括以下几个儿童的需求关键词，圆润的外观、可以交流、操作简单、有屏幕等关键词，
5.3人机交互原则及应用准则
5.3.1 儿童陪伴机器人人机交互原则
人机交互原则的建立能够更好的帮助设计实现，为相关设计提供指导。本次研究将魅力属性定位为用户多次提及很期待的功能，但目前并没有应用在儿童陪伴机器人上的功能，即需求占处于中间值;将期望属性定位为用户具有明确需求的，会因功能无法实现而降低使用体验的功能，即需求占比高但目前没有应用在产品上的功能;将必备属性定位为同类产品均具有，且如果没有将严重影响用户体验的功能;将无差异属性定位为，无论是否提供此项需求，都不会对用户满意度造成影响，即需求占比低且可优化的功能。儿童陪伴机器人人机交互原则的建立通过以上用户访谈及产品操作研究，综合对儿童认知心理和体能特征的研究，提出儿童陪伴机器人交互设计原则，情感交流原则、一致性原则、体验参与原则和成长变化原则。
5.3.2 儿童陪伴机器人交互应用准则
交互应用准则是基于交互原则对设计方法的具体要求，通过对四个原则的分解，得出6点针对儿童的陪伴机器人交互应用准则，分别为多通道輸入、个性化设计、体验参与性、直观的交互、可靠性及图形化语义原则。
6 结语
通过陪伴机器人解决儿童的问题是一种新的社会问题解决方案。本课题是在吸收国内外学者研究成果的基础上，总结归纳儿童生理心理特征及交互设计理论等基础理论，再进一步通过交互行为实验研究儿童对陪伴机器人的用户需求进行归纳进一步探讨儿童陪伴机器人设计理念和方法。简单来说，人工智能技术是结合了许多计算机科学、心理学、逻辑学等学科的产物，对人类的发展具有绝对性的作用。机器人的实现需要诸多技术支撑，如传感技术、机器人晃动、机器人构件转动、大数据分析、语义识别等技术都需要相关技术进步的前提，具有一定技术难度。但是在当今科学技术飞速发展的科技环境下，针对儿童的陪伴机器人所需相关技术具有切实的实现可能。
1绪论
1.1研究背景
陪伴机器人中最重要的就是用户人群与其进行有效有趣味的交互。未来儿童陪伴机器人将具有模仿人类的思维方式，它们不但能够能与人类一样适应动态的环境，还可以通过与环境的交互获取新知识。获取新知识继而与用户进行交互学习，可以将学习到的新知识传达给用户。课题研究的目的一是为了让儿童拥有一个不缺少父母陪伴的童年，使儿童在和谐的家庭中健康成长，促使儿童陪伴机器人和儿童的互动，互动方式和场景也会不断丰富，提升儿童的参与感;二是为需要开发儿童陪伴产品的个人或公司提供设计研究的参考，设计出能够真实有效解决儿童陪护和情感问题的好产品。
儿童心理素质和性格是不断变化的，在不同的阶段不同的表现并且差异很大。现在来看，我国在儿童陪伴机器人这方面的研究相对缓慢，当前的儿童陪伴机器人设计中，目前有以下几点问题等待解决。
（1）儿童陪伴机器人理论匮乏，自主研发能力落后。现有陪伴机器人主要集中在护理及助老机器人的设计上。
（2）服务类机器人服务平台和标准体系有待提升。我国儿童陪伴机器人研究处于起步阶段。
1.2 国内外陪伴机器人研究现状
1.2.1 国内服务机器人的研究现状
当前，国内机器人市场进入高速增长期，服务机器人需求潜力巨大。2018 年，我国机器人市场规模预计达到 87.4 亿美元，其中服务机器人18.4 亿美元占比 21%，而家用服务机器人市场规模达 8.9 亿美元，占比 48.4%。我国服务机器人的市场规模增长迅速。
1.2.2 国外服务机器人的研究现状
国际机器人联合会（International Federation of Robotics）IFR按照从事的工作类型，把机器人分为工业机器人与服务机器人两大类。将服务机器人定义为：一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类的服务工作，但不包括从事生产的设备。
1.3研究的目的及意义
随着城市生活节奏的加快，全国近7成父母没有时间陪伴孩子，近2/3的儿童与手机ipad为伴，家长无法给予孩子的不再是物质上的满足而更多是“有效陪伴”的时间。儿童成长必然经历学前期认知社会的主要阶段的重要人生阶段，在这个阶段，孩子的成长环境与孩子的人生观、世界观、价值观息息的形成相关，为此应该从儿童学前期开始培养儿童三观的正确性。
2 用户群体研究
研究用户人群是儿童陪伴机器人人机界面设计的关键因素，有价值的产品源于对使用用户人群动机和需求的了解。本文以学前初期（3-6岁）儿童作为研究对象，经查阅学前初期儿童的相关文献对3-6岁儿童的感知能力、认知能力以及行动水平特点三方面进行具有针对性、详细的概括;从3-6岁儿童的生理结构、心理、行为动机与需求三个角度为出发点，对用户群体进行研究。
3 儿童特征和陪伴机器人相关理论及交互概述
3.1儿童特征概述
不同的家庭抚养类型对儿童发展造成不同影响，和母亲生活在一起的儿童通常能得到更好的养育和照料，缺乏父亲教养家庭中的孩子比正常家庭中的孩子孤独感强。学前初期儿童的心理研究是从本能层进阶到行为层和反思层，从儿童的表情行为语气等方式进行观察和调研。
3.2 家用服务机器人相关技术
机器人能实现从工业机器人到家用机器人的转变，不仅在于机器人核心组件的不断发展完善及智能化，更在于涉及人机交互的相关技术也不断完善，为家用服务机器人的人机交互提供可能。
服务机器人作为未来家庭应用中的重要环节，不仅从功能上逐渐开发完善，在其智能化的性能上也不断提高，关注机器人人性化和感知智能化是机器人未来发展的交互趋势。其所涉及的通信协议接口、无线通信网络、传感器单元应用等技术的发展，都会推动服务机器人行业进步。网络通信、导航定位、智能决策控制、驱动技术等技术作为服务机器人的关键技术是支持其运行的基础技术支撑。
3.3交互设计的概述
交互设计是指两个或多个互动个体之间交流的内容和结构，使之相互配合， 共同达成某种目的。人机交互（Human-computer Interaction/Human-machine Interaction）是一门研究系统与用户之间交互行为的学科。国际工效学协会给出人机工程学的定义：人机工程学是研究系统中人与其他组成部分关系的一门学科，并运用其理论、原理、数据和方法进行设计，以优化系统的功效和人的健康之间的关系。
4 儿童陪伴机器人交互研究
4.1 儿童陪伴机器人研究内容及方法
儿童陪伴机器人研究的最终目的，是为了让儿童能更方便快捷的使用机器人产品。通过用户访谈和交互分析，对用户使用产品功能、操作频率、使用场景、利益相关人等的分析，找出用户需求、用户痛点和产品机会点，以降低用户的操作困难，提高用户使用率。在交互设计领域，主要通过观察法、文献研究法，有计划地搜集交互设计历史材料、现实情况材料，对交互理论进行系统的了解。
儿童陪伴机器人的操作是一个复合的操作活动，在实现某一功能前需要兒童发出更多的操作指引性指令。将陪伴机器人根据交互行为的心理过程进行分析，从第一视觉感知到完成整个交互体验后留下的直观感受及评价流程，即目的、计划、动作实验、感知反馈、认知。 4.2儿童陪伴机器人用户研究
本次研究旨在通过交互设计的方法，尽可能挖掘用户对儿童陪伴机器人的需求及使用痛点，发展机会点，对儿童陪伴机器人相关功能进行优化。
从发表的期刊杂志、论文及其它资料中，对已有的或概念设计的家用服务机器人进行归纳整理，是本次桌面研究的重点。桌面研究旨在通过需求沟通、需求细分、收集执行、筛选整理和报告输出四个板块，对相关竞品的现状和发展趋势做总结。
（1）需求沟通
该部分需要明确本次桌面研究的研究目的，判断可利用的信息资源范围。本次桌面研究主要为之后的研究提供研究方向和已有技术信息支撑，主要针对家庭服务机器人的现有产品及概念设计进行搜索，包括相关前沿交互技术的检索。最终目的是为将机器人操作区域进行分类比较，得到产品启发点。
（2）需求细分
需求分析可将调研产品的优势、劣势、机会点及相关参数进行归纳整理，同时针对本次研究的特定目的即需要对机器人的操作区域进行分类比较，也应增加对调研产品操作区域的细分研究。
（3）筛选整理
根据对本次桌面研究的目的和需求细分要求，对收集到的所有儿童陪伴机器人进行整理归纳，最后选取10款最具典型性的产品进行分析。在对优缺点分析方面，均来自已有该产生使用经验的用户对其进行的点评。
（4）象限法分析
通过象限法分析对以上 10 个样品进行分类，以样品中差异化较大的两个指标作为分类标准。分别为仿人和非仿人，有屏幕和无屏幕交互。
5 儿童陪伴机器人交互构建
5.1儿童陪伴机器人的概念
通过前面对儿童陪伴机器人的背景、现状、交互设计以及儿童群体的深入挖掘分析，发现在使用产品时其行为表现也与成人有很大不同，相应设计原则、方法和策略也具有独特性。
5.2儿童需求
根据课题中创建的用户角色分析，可以继续对儿童陪伴机器人的需求进行分析，在此次调研的儿童及其监护人和父母都对本课题提出了自身的感受和建议，其中包括以下几个儿童的需求关键词，圆润的外观、可以交流、操作简单、有屏幕等关键词，
5.3人机交互原则及应用准则
5.3.1 儿童陪伴机器人人机交互原则
人机交互原则的建立能够更好的帮助设计实现，为相关设计提供指导。本次研究将魅力属性定位为用户多次提及很期待的功能，但目前并没有应用在儿童陪伴机器人上的功能，即需求占处于中间值;将期望属性定位为用户具有明确需求的，会因功能无法实现而降低使用体验的功能，即需求占比高但目前没有应用在产品上的功能;将必备属性定位为同类产品均具有，且如果没有将严重影响用户体验的功能;将无差异属性定位为，无论是否提供此项需求，都不会对用户满意度造成影响，即需求占比低且可优化的功能。儿童陪伴机器人人机交互原则的建立通过以上用户访谈及产品操作研究，综合对儿童认知心理和体能特征的研究，提出儿童陪伴机器人交互设计原则，情感交流原则、一致性原则、体验参与原则和成长变化原则。
5.3.2 儿童陪伴机器人交互应用准则
交互应用准则是基于交互原则对设计方法的具体要求，通过对四个原则的分解，得出6点针对儿童的陪伴机器人交互应用准则，分别为多通道輸入、个性化设计、体验参与性、直观的交互、可靠性及图形化语义原则。
6 结语
通过陪伴机器人解决儿童的问题是一种新的社会问题解决方案。本课题是在吸收国内外学者研究成果的基础上，总结归纳儿童生理心理特征及交互设计理论等基础理论，再进一步通过交互行为实验研究儿童对陪伴机器人的用户需求进行归纳进一步探讨儿童陪伴机器人设计理念和方法。简单来说，人工智能技术是结合了许多计算机科学、心理学、逻辑学等学科的产物，对人类的发展具有绝对性的作用。机器人的实现需要诸多技术支撑，如传感技术、机器人晃动、机器人构件转动、大数据分析、语义识别等技术都需要相关技术进步的前提，具有一定技术难度。但是在当今科学技术飞速发展的科技环境下，针对儿童的陪伴机器人所需相关技术具有切实的实现可能。