巡检机器人造型设计研究
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摘 要：伴随着市场对智能化、信息化要求的提升，用户对巡检机器人的功能性需求逐渐转为功能与造型相融合的需求模式。笔者通过对市场上巡检机器人的基本情况进行阐述，从设计调查角度进行巡检机器人的竞品分析和问卷调研，归纳总结面向巡检机器人的造型设计的可行性和创新性思路，为同类产品的造型设计提供参考。
关键词：巡检机器人;造型设计;设计调查
中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2020）10-00-04
随着智能信息化程度的不断提升，居民生活社区、工业产业园区、各类商业综合体等场所都陆续加入了机器人用于巡检服务。市场对巡检机器人的需求逐渐增加，但目前市面上的大部分巡检机器人产品造型设计仍需进一步优化，从而达到功能与美学相互融合，将巡检机器人产品造型设计与产品逐步推广数字化运行结构同步考虑才是未来巡检机器人设计的趋势。造型设计的意义不仅仅在于对其外观形态的直观表达，更在于其表达的意思，外观造型的阐释更是回到根源，赋予产品真实性，跳出思维定式。如果巡检机器人产品造型设计的缺陷导致没有及时检测到问题，引发了很难挽救的事故，会给人民群众带来难以计量的经济损失。并且复杂的电磁环境往往会对巡检机器人有很高的设计要求，只有可靠的产品造型设计才可以提供持续稳定的巡检工作。
1 巡检机器人概况分析
1.1 应用场所与主要功能
巡检机器人是一种基于可移动感知的执行平台，搭载多种传感器，用于特定设备状态检测、环境感知以及其他业务处理等定制服务的可编程多功能操作机。现有的巡检机器人类型主要有轮式机器人、轨道式机器人等，其适用范围覆盖电力系统、制造业系统、大型厂矿、石油化工、城市管廊、银行、铁路轨道、站台、隧道以及数据中心等各相关单位[1]。巡检机器人可以替代人工完成巡检中遇到的烦琐的、困难的、危险的和重复性的工作。巡检机器人的主要功能有自动导航、自动定位、自动充电等。使用高清监视技术、热成像技术和温度检测相结合，能够精确识别各类仪表读数及设备的电流、电压致热现象，实时采集、存储、传输现场的图像、声音、温度、烟雾等数据，通过对数据的分析，判断是否存在设备故障以及故障位置。
1.2 基本结构分析
巡检机器人主要由移动平台、信息采集通信平台、云台、工控机、外壳、供电模块组成。其中，移动平台分为轮系、动力结构和减震结构，信息采集通信平台往往有通信天线、各类传感器，云台则包含了视觉信息、温度信息、声音信息的采集设备以及镜头转向机构、升降机构。云台、电池、供电电池、轮系基本上采用纵向分布式的结构置于外壳内，外壳的设计会根据不同元器件的分布进行分布式处理，以满足密封性需求，对于轮系运动机构和传感器窗口部位的开放处理也是影响机体防水性的因素。
2 巡检机器人造型设计研究现状
2.1 色彩与材质分析
市场现有的色彩方案都以白、蓝、黑、灰为主，辅助色为蓝、绿、红色系，也有醒目的荧光色系。色彩对人的生理、心理产生特定的刺激信息，具有情感属性，形成材料的色彩美[2]。对于任何产品设计来说，色彩设计都具有双面性[3]。主色和辅色决定了整体色调给用户带来的感受[4]。使用特殊颜色往往是为了醒目，而表面涂装风格主要是体现企业文化特色和风格。实际上，巡检机器人普遍采用玻璃钢、ABS/PC为材料，少部分选择使用合金材料。针对环境对机器人不会产生过多影响的情况，如室内环境的巡检机器人外壳大体上选择聚合物为主，而户外环境或者是具有有毒气体、腐蚀性液体存在可能性的复杂环境，机器人的外壳会选择金属材质，辅以特殊密封结构和特殊涂装，以保护内部元器件（见图1）。
2.2 造型元素
这是来源于网络的现有的3个巡检机器人案例，分别是国自机器人、NREC和优必选科技的产品（见图2）。以下主要从产品的结构和外观进行分析（见表1）。
这是现有3款巡检机器人的设计元素整理。以市场上有限的巡检机器人产品风格进行分析，大多数产品采取硬朗线条设计方案，能够有效地增强科技感，同时一部分外露的硬件設备有效表现出产品科技化、坚固结实的感觉。也有一部分室内机器人的外壳是圆滑柔和的线条，根据使用需求设计了上下结构，便于室内检测运动。
国自机器人和NREC都是室外机器人，选用了耐磨的磨砂表面喷漆保护金属外壳，而优必选智巡士由于是室内机器人，选用了光滑的聚合物表面材质。国自机器人在空旷的变电站工作，所以颜色选用工业化的白蓝风格;NREC由于在危险复杂的极端环境工作，选择了更具有辨识度的黄色;智巡士在室内机房工作，选择了干净的白灰组合。
可见，不同环境因素会导致产品选用不同属性的材质与颜色。
3 问卷调研及分析
机器人的研究需要大量数据的反馈[5]，现阶段，用户对于巡检机器人的需求趋势已经从采用传统机器人转向了智能化的巡检服务系统。为调研用户对巡检机器人各个造型方面的追求、对室内外不同巡检机器人使用的需求、对智能化设备的了解程度等情况，以期为面向各个场所的巡检机器人的造型设计研究提供设计导向，笔者进行了网络问卷调查，从材质、颜色、风格等设计角度收集用户数据，共回收有效数据72组，数据如表2、表3所示。
如表2所示，31.94%的调研对象选择了科技感强的设计风格，这种风格往往应该是硬朗的线条轮廓。也有30.56%的用户选择了软萌可爱的设计风格，他们的选择更加符合在公共场所机器人的外观需求，能够有效增强用户的亲和性，不会让人觉得反感。如表3所示，29.17%的用户选择了干净的纯色，如黑白、蓝白、灰白等。但仍有30.56%的用户选择了根据卡通形象配色，在这个方面，用户更加倾向于具有角色属性的机器人造型。
通过调研分析普通用户青睐的颜色和风格等，能够大致了解其喜好和对产品外观的需求，可以作为参考运用到产品设计中。 实际上参与调研的人群年龄范围处于20～40岁，月收入为2000～5000元，文化程度大多数为本科，约23.61%的参与者使用过或者正在用巡检机器人，仍有76.39%的参与者没有使用过巡检机器人。调研结论总结如下：
第一，约有51.39%的用户认为日常巡检是有必要的，而且约38.89%的用户倾向于使用巡检机器人在某种情况下代替人工检测。
第二，相较于人工巡检，有38.89%的用户认为机器巡检更加准确安全，仅有36.11%的用户不了解巡检机器人。
第三，约有37.5%的用户更加关注巡检机器人的外观造型设计，认为外观设计在一定程度上会决定是否购买巡检机器人的决策。有很大基数的用户选择了更具有科技感的外观设计，而产品的颜色也是以简约为主。
第四，大部分参与者都会多方面仔细考虑各种因素，更多考虑的是功能与质量方面。
通过网络调查发现，对巡检机器人造型设计重视的人将会越来越多，伴随着5G信息化的发展布局，对智能巡检设备的发展更加有利，在巡检机器人的造型设计中需要更多地融合用户需求和产品使用的客观环境需求，进一步推广巡检机器人，增强大众的安全防护意识，在各个方面优化产品造型设计。
4 设计方向分析和方案展示及说明
本次巡检机器人设计的基本方向是建立以具有多种复杂环境适用可能性的造型为出发点，在设计的过程中吸取现有产品的不足，采纳用户调研后得出的简约又具有科技感的设计风格。针对使用环境的特点，加强车体外壳结构，同时选用耐腐蚀涂料对关键外露部位进行重点保护。同时提升车体内空间利用率，不做无用的设计，尽量使每一个部件都有合适且充裕的空间。注重产品整体完整性，去掉一切突兀的无用设计，让产品更加高效。
图3产品设计草图。根据具体传感器的安装位置，分别设置不同的区域位置上的开孔，优化分布方式。
如图4，这是产品造型设计经过实际需求调研后的原比例产品模型渲染图。现有的设计风格是由基础硬件分布的条件决定的，涂装采用了简洁明了的白色基础色系。后期也可根据实地使用环境或企业需求改变涂装。外壳选择了金属材质辅以漆面处理，在保证结构强度与防护性能统一的前提下增强产品环境抗压能力。外壳的整体采用了前后切削斜面的方式，保证云台的使用能够最大限度地不受干扰。
5 结语
经过大量的产品案例和信息问卷收集分析得出，巡检机器人的造型设计是巡检机器人进入市场非常关键的一部分。只有同时考虑实际产品需求与用戶主观需求，才能设计出科学且美观的巡检机器人造型。本次巡检机器人造型设计研究，经过了繁复的调研与精细的设计论证，得出了巡检机器人造型设计的初步设计方向和大体设计思路，依此最终得到了这样的巡检机器人造型设计方案。
参考文献：
[1] 文宗林.智能巡检机器人应用现状及问题[J].低碳世界，2019（11）：43-44.
[2] 陈杨威，郁舒兰，李策，等.产品材料与形态设计相契合的研究[J].大众文艺，2016（13）：67.
[3] 闵大伟，王晶，任新宇.城市公共设施的色彩设计[J].艺海，2019（11）：68-69.
[4] 缪冬昕，郁舒兰.色彩在视觉通道设计中的应用分析[J].艺术科技，2019，32（05）：129+163.
[5] 李铭鼎，高娃.下肢外骨骼机器人开发者端交互设计研究[J].艺术科技，2019，32（05）：45-46.
作者简介：骆言（1998—），男，江苏盐城人，本科在读，研究方向：产品设计。
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