基于智能云系统的儿童陪伴机器人设计研究

侯杰　曾军妮　欧阳富曦

摘要：为解决现有儿童安全问题，记录宝宝成长瞬间，采用智能云系统、智能监控和图像处理技术，设计基于智能云系统的儿童陪伴机器人。机器人具有监控、识别、定位、报警、记录等功能，实现了智能化的辅助看管。在调研中，许多潜在用户认为儿童陪伴机器人能在一定程度上缓解照应儿童的压力。

关键词：智能云系统;儿童心理学;产品设计

引言

2～12岁的儿童都是天生的冒险家，他们充满了好奇心，经常触碰“禁区”，做一些“极限运动”。孩子的安全问题，成为无数家长最操心又担心的问题。据多项研究数据表明，意外伤害已成为我国儿童的第一位死因，也是儿童致残的首要原因。同时运动目标的视觉分析研究已经发展得比较成熟，其中包含智能监控、模式识别、图像处理、自动化控制等不同领域。因此，儿童陪伴机器人的生产就很有必要。同时儿童作为一个特殊的消费群体，在为儿童设计陪伴产品时，必须充分考虑到儿童的心理、生理的特征变化。本文通过调研分析，总结设计出了一款适合儿童的智能机器人。

一、设计背景

1.社会需求

随着社会的发展、家庭结构和个人需求的变化，儿童是每个家庭的瑰宝，儿童看护成为其中一个重要的问题。大多家庭有专人帮忙照看儿童，在照看儿童的过程中，看管者可能因为取物或者做其他事情需要暂时离开，使儿童不在看管者的视野范围内;另外长期盯着儿童，看管者也容易疲劳倦怠。因这些方面的疏忽而使幼儿在家受伤或者死亡的案例屡见不鲜，所以一个实时监测到宝宝的安全的机器人显得尤为重要。

2.依据儿童心理及生理特征分析

著名的儿童心理学家JeanPiaget把儿童认知心理发展过程划分为四个阶段，即感知运动阶段（0～2岁）、前运算阶段（2～7岁）、具体运算阶段（7～12岁）及形式运算阶段（12～15岁），这四个阶段均有其自身典型的结构模式和行为模式。针对儿童不同时期的心理特征的不同，在进行儿童陪伴产品的设计时，不仅要考虑儿童的生理特点及心理变化，还要在儿童的不同阶段有不同的侧重点。

不同年龄段的儿童，其生理特征、心理变化、思维方式都有所不同，在人的一生发展进程中，儿童阶段的生理、心理发展所占的地位极为重要。在2～12岁年龄段期间，是儿童思想最活跃的时期，儿童好奇、开朗，充满了千奇百怪的想法，从而危险程度也愈发增加。这就需求有一个智能机器人的陪伴。

二、儿童陪伴机器人设计现状

通过分析目前陪伴机器人产品，发现其设计方面存在以下几点问题：

1.产品服务对象不明确

购买者对机器人的第一印象就是外观了，可不可爱、使用起来方不方便、容不容易操作，是决定是否购买的第一步。然而为了使产品受到儿童的欢迎和家长的接纳，设计师一般会运用可爱的外观设计、花哨的色彩搭配等视觉元素来引起儿童的注意。然而多数现有的产品设计在考虑到这一.点的同时却没有明确它的目标用户，它们的从形式及使用方式上来说是一款基于父母使用的产品，但在形态等视觉因素上又是从儿童的视角出发进行设计。所以，目前市场上的一些产品的机器人设计有时并不能真正地吸引儿童，符合儿童的审美需求。

2.产品交互方式欠佳

（1）产品沟通方式

现有的机器人百分之五十都需要按住录音键才能接收语音指令。可见，儿童智能机器人在人际沟通方式上还存在很大的改进空间。所以该产品实现隔空接收指令的创新是很有必要的。

（2）语音识别准确度

语音识别准确度对智能机器人来说，是一项很重要的指标，这是人机交流的第一步，如果识别度差，那就说明智能程度不够。同样识别速度也很关键。现有的机器人给出准确回复要花上个十多秒，使用体验十分糟糕，特别是对于思维发散的儿童来说更是不不耐烦。同时每个孩子的说话方式都不尽相同，也许说的话不完全一样，却有一个同样的目的，所以儿童智能机器人语音识别的应变能力能不能应付得了不同的问法，这也是检验它智能程度的一大要素。然而现有的机器人在这些方面都有所欠缺，这就是该产品设计的需求。

（3）喇叭音量

一般来说，40～60分贝属于寻常的攀话声响，60分貝以上就属于喧嚣范畴了。而现有产品在最大音量状态下，显然都会对儿童的听力造成不利影响。其中调研中音量最高的鲁奇亚居然达到了82.5分贝，儿童如果长时间暴露在这种环境下，听觉神经会受到一定的损伤。小孩子喜欢把玩各种玩具，如果家里有陪伴机器人，很容易误触机身各种按键，特别是音量键。儿童的耳膜比较脆弱，机器人的音量较大，会对听力造成损伤。

3.智能应用期

机器人发展在这一阶段，伴随着感知、计算、控制等技术的迭代升级和图像识别、自然语音处理、深度认知学习等人工智能技术在机器人领域的深入应用，机器人领域的服务化趋势日益明显，逐渐渗透到社会生产生活的每一个角落。该设计为儿童陪伴的智能监控机器人，该系统将采集的视频进行预处理去除噪声，提取背景和目标后，根据幼儿的特点，实现自动跟踪，结合其行为特征以及安全阈值，当其行为或者所处区域存在潜在危险时将发出警报。

三、儿童陪伴机器人的设计原则

1.适用原则

儿童成长就意味着儿童生理心理的同时变化，只有满足不同年龄阶段儿童不同的生理心理特征的产品，才可以称得上是从儿童发展心理学角度出发的可成长性儿童产品。不同年龄段的儿童，其生理特征、心理变化、思维方式都有所不同，这也就导致了儿童对产品的心理需求也存在较大的区别，因此产品的设计应考虑到不同阶段、不同类型的儿童群体。

2.安全性原则

孩子是每个家庭的宝贝，父母们在选购儿童陪伴机器人时，产品的安全属性是父母们对产品的首要考虑因素之一，只有达到极高的安全性，才能得到父母们的青睐。父母们会通过产品的材质和形态来判断该产品的安全属性。孩子的天性就是对事物的好奇，他们对事物的了解是通过眼口手，这就需要产品的材质是食品级材料。而在设计上，儿童陪伴机器人的整体设计要充分考虑到人体工程学原理，产品的边缘处需多采用圆角的处理方式，防止儿童受到伤害。