病房配送机器人多模态交互设计

摘要：用户和产品的交互是通过视觉、听觉、触觉、情感等多种模态，充分模拟人与人之间的交流方式完成的。为研究病房配送机器人的多模态交互，本文首先分析市场现有的病房配送机器人，对其交互特点进行阐释;其次通过研究交互过程，构建多模态交互模型，并根据病房配送机器人的多模态交互特点，分析模态认知、模态竞争以及模态之间的关联逻辑，然后对病房配送机器人的交互模态特点进行探讨，提出病房配送机器人各模态的设计策略;最后结合病房配送机器人的设计实践对理论进行验证。

关键词：病房配送机器人;多模态;交互设计

中图分类号：TP242.3 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2021）16-00-02

0 引言

如今，智能机器人已应用于人类生活的各个方面，配送机器人在医院的应用也越来越频繁，其交互设计逐渐受到人们的期待和关注。虽然语音、触摸屏等技术的革新让交互方式不再单一，但是多模态交互具有一定的复杂性，且目前相关研究多集中于单模态方法领域，如视觉、声音等[1]，缺乏对各模态之间协同关系的研究。因此，目前的设计重点在于在人机交互过程中协同各模态之间的关系，要让交互过程变得更加顺畅有趣，从而发挥出产品的最大价值。

1 病房配送机器人

病房配送机器人产品是指具有自主行走、自主避障、自主语音提示等功能的，应用于医院的感染病房、住院病区等场景的机器人设备，它可以用于药品、标本、衣物、餐食等物品的智能配送。目前市面上的病房配送机器人按照其应用分类可分为三类。第一，餐食配送类。它主要负责病区病人的餐饮食品配送。第二，医疗物资配送类。它主要负责病房、药房与PIVAS（静脉用药集中调配中心）配送环节中药品、输液包等医疗物资的配送。第三，医疗标本配送类。它主要负责病人血液、尿液等标本的运输。

市场上病房配送机器人的交互方式有灯光、语音、触控反馈、表情等，分别对应模态中的视觉、听觉、触觉、情感。但在实际工作中，各模态之间独立运作，虽然产品有眼、有耳，但眼只做图像处理，耳只做语音识别，运行时并没有进行交叉计算。

2 病房配送机器人多模态交互

2.1 多模态交互

模态指的是感知信息的一种感觉，所谓多模态人机交互是基于智能接口技术，通过人的多个感知通道与计算机系统进行并行的、非精确的交互。张超[2]等人研究了汽车导航多通道交互的设计方法并提出了设计策略。林霜[3]等人从多模态感官用户体验的角度，提取听觉和视觉两种模态并在真空吸尘器设计中进行研究。朱自瑛[4]以仿生学概念为基础，对多模态交互设计的研究方法进行了探索。通过相关研究可以得知，采用多模态交互不仅能巧妙地利用各种模态的特性，完成其在功能上的划分和互补，而且可以提高交互效率与灵活性。

以用户的视角来看，多模态交互意味着用户可以综合使用不同的动作和感觉器官使病房配送机器人完成特定任务。病房配送机器人多模态交互模型如图1所示，由于多模态交互关系到人的注意力分配与操作认知，因此模态认知分析、模态竞争以及模态之间的关联逻辑显得十分重要。

2.2 模态认知分析与竞争

配送机器人交互行为具有多模态的特点，信息输出时各模态会对用户的注意力和操作认知产生一定影响。信息输出时的反馈方式有颜色、灯光、震动、声音、表情等，对应视觉、触觉、听觉、情感这几个模态，其中颜色和灯光的反馈方式最能吸引用户的注意力，声音的反馈方式最能让用户理解，而震动和表情的效果则较为一般，甚至在某种交互情景下还会让用户产生认知困难。

病房配送机器人在完成特定任务时，用户对不同模态反馈的认知度和注意力是不同的，用户需要不断地分配动作与感官以获取信息，这将不可避免地产生感官与动作上的竞争，同时也会降低与病房配送机器人的交互效率。因此，避免交互过程中感官与动作竞争是提高交互效率和灵活性的关键，在对病房配送机器人进行交互设计时，需要根据任务的实际情况选择竞争较小或没有竞争的几种模态。

2.3 模态之间的关联逻辑

多模态不是多种模态的集合，而是对它们进行整合。换言之就是，将语音、手势等通过特定的算法与其他模态进行整合，从而获得更高层次的语义特征，实现特定的应用。模态之间存在一定的关联逻辑，在特定任务下，我们需要选择贡献度较高的因素进行模态关联。以病房配送机器人的取货任务交互为例，根据取货任务行为进行分级。在开始取货阶段，注视情况下出现灯光提示;寻找货物阶段，言语注视情况下增加语音提示，如“货物在第二层”“请取走2号柜的货物”等;拿取货物阶段，拿取货物确认信息的情况下灯光、语音、震动提示都被触发。每个阶段，各模态的反馈频率及强度都会发生相应的改变，因此在设计时需要根据任务场景确定每种模态的持续时间、能量强度等相关要素。

3 病房配送机器人各模态设计策略

3.1 视觉模态设计

在病房配送机器人的交互中，用户操作认知的建立取决于视觉信息的传达，用户期望与产品交互时，产品提供一定的视觉信息，但是过度的信息会对用户造成视线干扰，导致用户出现错误的操作。因此，在交互设计时应该合理考虑病房配送机器人视觉模態上的信息分配与传达，设计策略如下：病房配送机器人在视觉模态上要避免复杂、烦琐的信息内容，只需在用户的注意被吸引时显示必要的信息内容即可;视觉信息应该在短时间内被用户准确地识别和理解。

3.2 听觉模态设计

在人机交互中，用户往往更加倾向于听觉模态上的语音交互，因为语音交互不仅与操作任务的冲突少，还可以更有效地帮助用户完成操作任务。但语音交互也存在一定的局限性：语音交互容易受到外界环境因素的干扰，如周围嘈杂的环境、接听电话声等;在执行复杂的交互任务时，用户组织命令语言会变得十分困难;在任务情景中，语音模块对情景对话的支持较少。其设计策略如下：病房配送机器人的语音设计应该基于自然语言构建;为降低用户的认知负担，病房配送机器人的语言应该简短易懂;噪声环境下的语音提示应该具有抗干扰性并且容易识别，从而避免用户听错相关提示;语音模块应加入多种专属情境对话内容，以便为用户提供更易用、更有趣的体验。

3.3 触觉模态设计

按键与触屏是病房配送机器人在触觉模态交互上的体现。按键与触屏的操作是手眼协同的，在实际交互操作中，虽然很多用户认为触屏和按键的操作提升了任务的复杂性，但触屏交互是用户与病房配送机器人最直观的交互方式，且按键能给用户带来最真实的触觉反馈。其设计策略如下：病房配送机器人在触觉模态上的设计需结合情境任务而定，在进行特殊任务交互时，无论是进行触控还是物理按键操作，都应有相应的震动反馈，但同时也要避免不同模态之间的竞争;按键位置应符合人体工学，操作手势的设计不宜复杂。

3.4 情感模态设计

病房配送机器人的情感是人工技术赋予机器人以人类式的情感得以实现的，情感设计也是服务类机器人交互设计的重要内容之一。现有服务类机器人产品大多以两种方式传递情感：一是通过造型，二是以语音、显示屏显示表情这种直观的方式。但是在一定情境下，执行任务的机器人表达情感所用的媒介容易引起冲突，如在显示屏显示表情时会影响触屏、手势等操作，有时传递的情感也不易被理解。因此，病房配送机器人在情感模态上的设计必须基于使用情境进行深入的考量;向用户传递情感的形式应该避免与其模态产生冲突，并且要容易被用户理解，让用户在使用的过程中感受到温暖。

此外，嗅觉虽然在病房配送机器人交互中还没有实际的运用，但是病房配送机器人的用户人群较为特殊，因此嗅觉模态在交互设计中的应用也十分重要。在设计时，可根据不同的配送场景，加入气味发散装置，让机器人散发出符合情景的气味，以增强用户的嗅觉体验，这也是接下来配送机器人多模态设计的亮点之一。

4 设计实践

首先，在明确产品的设计目标后分析病房配送机器人的用户需求以及功能需求。其次，在完成病房配送机器人的用户分析和任务分析后，搭建信息构架，进行各个模态的设计，并根据各个模态设计策略设计各模态间的交互，同时根据功能需求进行造型与结构的设计。最后，整合并完善各个模态之间的交互设计，同时结合产品造型结构优化方案，从而完成整个设计。以苏州赫格智能科技有限公司的项目为例，通过以上流程进行病房配送机器人的设计，最终效果如图2所示。

5 结语

本文以多模態研究为出发点，分析了模态认知、模态竞争以及模态之间的关联逻辑，对病房配送机器人的交互设计进行了探索并提出了设计策略，最终以苏州赫格智能科技有限公司的项目为例进行了设计实践验证。结果表明，合理分配多模态信息和操作，不仅能够清晰化、安全化病房配送机器人的用户操作任务，也能让整个交互过程更加自然高效。未来的多模态交互设计只有在设计方法和实现技术上进行跨平台、多领域、多学科协作，才能有效推动该领域的深入发展。

参考文献：

[1] 李华兵.多模态研究方法和研究领域[J].西安外国语大学学报，2013（3）：21-25.

[2] 张超，赵江洪.汽车导航多通道交互设计[J].包装工程，2015，36（22）：67-70.

[3] 林霜，黄若涵.基于多模态感官用户体验的产品声音感知研究[J].装饰，2019（8）：102-105.

[4] 朱自瑛.基于耦合仿生的多模态交互设计方法研究[J].包装工程，2020，41（12）：99-105.

作者简介：薛子安（1997—），男，江苏常州人，硕士在读，研究方向：工业设计。