社区服务需求下的配送型机器人设计研究.pdf

专题042设计DESIGN2023年8月 第36卷 第16期南京林业大学家居与工业设计学院 过宇成 陈 晨*社区服务需求下的配送型机器人设计研究RESEARCH ON THE DESIGN OF DELIVERY ROBOTS UNDER THE DEMAND OF COMMUNITY SERVICE引言社区服务是指政府、社区居委会以及数字社区等其他各方力量为社区成员提供公共服务和其他物质、文化、生活等方面的服务，不断满足居民群众需求、提高人们生活质量和促进完善全面的发展。李裕吉以芜湖市社区为例，根据社区服务现状提出了智慧社区的构建，旨在打造结合现代化互联网技术、服务一体化的智慧社区模式1。随着经济与社会发展的转型，城市社区服务在社会治理中扮演了非常重要的角色，王如鹏从社区服务的行政、服务统筹、居民参与等角度进行分析研究，提出了应该提升社区居民的意识与参与度，并且完善相关体制机制，从而推进社区服务朝着专业化发展2。随着社区服务水平不断智能化升级，智慧社区是现代化城市治理的必由之路。王东等基于因子、中介效应分析，明确社区服务智能化要素，从而总结出“精准引领”“信息通常”“交流融合”“福祉实现”四个重要核心因素，为社区服务智能化、现代化创造新契机3。赵莹德基于物联网的智慧社区服务平台，从业务展示层、业务应用层、业务平台层、信息通信层、业务子系统这 5 个层面描述具体解决方法，并且提出了具有前瞻性和探索性的解决方案4。综上所述，上述有关社区服务的文献，均诠释了社区服务具有一定研究价值与重要性。本文以新时代下的社区服务型配送机器人的设计，作为主要的研究对象，研究如何设计社区服务型配送机器人，才能极大缓解社区居民买菜难、送菜难和“最后一公里”的民生问题。目前，基于各类配送机器人的设计与研发，受到了社会各界的重视。郭栋等设计出一款基于单片机的无接触配送机器人，兼顾自动开箱、消毒功能，以最少成本实现目前实际需求5。陈博杰等依据机械原理、自主路径规划、自主行走避障等基本知识，设计出基于树莓派路径规划的智能终端配送机器人6。徐庆坤等为了提高配送机器人的定位精度，设计了基于双目视觉的智能配送机器人平台7。陈光设计出标准物质智能配送机器人系统，节约人力资源且提升工作效率8。宋子琪等基于智慧物流，提出了智慧物流驱动下无接触配送模式创新研究9。杨海军等针对校园无人运输车存在的痛点问题，设计出一款基于 ROS 操作系统的全方位多功能的校内快递配送机器人，结合北斗导航系统进行路线模型优化，更好地适应校内环境10。张含等基于 SLAM 导航和计算机视觉技术自主研发了一款药品配送机器人用于代替医护人员按时按需为患者配送药品，有效降低传染风险、阻隔传播途径、提高送药效率11。综上所述，各类配送机器人的设计与研发可以切实解决新时代背景下的社会痛点问题与用户诉求，因此急需对配送机器人进行设计研究，社区服务型配送机器人的研究具有可行性。一、社区配送机器人现状现阶段社区配送机器人种类丰富、功能齐全、给用户带来便捷的体验感，深受社区居民喜爱。例如：朝阳区部分社区使用的物资配送机器人，不仅能配送居民所需的生鲜食品，还能协助居民搬动大件物品。社区居民可以做到足不出户，配送机器人按照先前采集的社区路线，自主规划配送顺序，送达居民楼下后，由工作人员取出物品放置在货架上，最后由居民下楼自取，同时全程无接触配送，安全可靠。广州地区的社区配送车，依托于 5G 技术，为社区居民提供高效、稳定、安心的配送服务。上海地区的无人送餐车也广泛投入使用，为社区居民配送一日三餐，与传统外卖骑手相比，无人送餐车一小时可配送多达 300 单，是人工配送的数十倍，其单日配送量更是多达 2000单，高效快捷。然而，除了上述提到关于社区配送机器人的诸多优点，还有许多缺点需要规避，例如不能很好地处理应急情况；人与人之间因缺少交流而产生距离感；如遭遇人流拥挤，产生拥堵对机器人的前进造成障碍，从而降低配送效率，不能及时把物品配送到居民手中。二、基于KJ法的用户需求获取通过设计调查问卷，以问卷法的形式对社区服务型配送机器人的设计需求用户进行调研，调研人群细分为以下三大类：（1）年纪较大，不方便外出购物的居民。（2）平时工作忙碌、经常加班，无暇购菜回家的居民。（3）经常偏好于在网上各大电商平台购菜居民。调研结果显示这三类人群拥有类似的用户需求，发现了现阶段社区配送的痛点问题：（1）菜品质量不可控，有待提高。由于社区配送，用户只能通过线上 App 下单菜品，无法与线下实体店购买一样亲自挑选，这就造成了部分用户对于菜品的品质不好以及缺斤少两存在极大的不满。（2）蔬菜种类较少，体验感不佳。线上 App 购买提供给用户的可选择店铺较为单一，当一家店无法满足用户当日需求时，用户只能选择变更当日既定菜谱，这一点给用户造成了许多不便。摘要：随着社会的发展与变迁，社区越来越需要社区型配送服务机器人为居民服务。文章研究目的在于解决社区基本民生问题、痛点问题，从而满足居民的日常需求，探讨并设计一款社区服务型配送机器人。文章通过运用KJ法和KANO模型进行用户需求分析，利用Better-Worse系数进行二次排序，结合用户实际情况进行产品设计研究，在配送机器人的基本功能、人机界面、外观造型等方面进一步完善。以完成社区服务型配送机器人设计工作的创新。最终设计出一款符合现阶段社区情境的配送机器人。更好地为社区服务。关键词：产品设计 KJ法 服务机器人 KANO模型 社区配送中图分类号：TB472 文献标识码：A文章编号：1003-0069（2023）16-0042-04Abstract：The research purpose of this project is to solve the basic livelihood problems of the community，meet the daily needs of residents，and design a community service delivery robot.The paper uses the KJ method and the KANO model to analyze user needs，uses the Better-Worse coefficient for secondary sorting，and conducts product design research based on the actual situation of users，and further improves the basic functions，man-machine interface，and appearance modeling of delivery robots.To complete the innovation of the design of community service delivery robots.Finally，a delivery robot is designed that meets the current community scenario.Better service to the community.Keywords：Product design KJ Community service robot SET KANO model Livelihood issues 专题043设计DESIGN（3）动力运输等待时间未知。用户线上下单后，菜品一般 1 2 小时之内才能送到，如果遇到配送高峰期或者恶劣天气影响，等待时间更长，何时菜品送达未知，用户容易产生不耐烦的负面情绪。（4）如果配送距离较远，不在配送范围内，配送金额必然增加，这就为居民的财务开支增加了压力。综上所述，对于调研得出的用户痛点进行分类汇总，得到如图 1所示的 KJ 模型的三级需求卡片：一级需求为社区服务型配送机器人设计；二级需求分别为免接触功能、信息传递系统、行驶功能、配送功能、造型结构；在免接触功能下面有两个三级需求，分别是配送机器人自动消毒、用户体温检测；信息传递系统下面有两个三级需求，分别是触摸显示屏、语音提示系统；行驶功能下面有 3 个三级需求，分别是自动导航规划路线、夜间静音行驶、激光雷达路况勘测；配送功能下面有两个三级需求，分别是配送用户所需菜品、辅助智能App应用；造型结构下面有4个三级需求，分别是太阳能电池板节能、造型美观大方、材料环保绿色、静音防滑车轮。三、基于KANO模型的用户需求分析KANO 模型是由狩野纪昭教授提出，根据不同类型的需求与用户满意度之间的关系，将用户需求分为五个等级，分别是：基本型（M）、期望型（O）、兴奋型（A）、无差异型（I）、反向型（R），以此来帮助设计师了解用户需求12，13。本文基于 KANO 模型设计调查问卷，进行分析调研，来确定社区服务型配送机器人的设计需求。（一）问卷设计本文进行用户需求调研时，针对上文研究的 KJ 模型三级需求卡片的二级功能指标进行深入分析，主要采用 kano 问卷法来分析用户对需求是否满足的满意程度，进而对 KJ 模型二级功能指标进行需求分类及优先级排序。本次问卷针对 13 个二级功能指标，提出正反两面提问，即“提供此功能”“不提供此功能”。并设置了 5 个满意程度选项，分别是“非常喜欢”“理应如此”“无所谓”“勉强接受”“很不喜欢”。基于正反两面问题的满意程度选项，进行需求等级分类，即“基本型（M）”“期望型（O）”“兴奋型（A）”“无差异型（I）”“反向型（R）”。用户需分别对正反两面提问选择一个满意程度选项，确定此用户对此需求的等级分类。收集用户问卷表，并计算需求等级分类人数百分比，以百分比最大的需求等级作为该功能的需求等级类别。根据公式确定此需求的“提供后满意系数”和“不提供后不满意系数”14。Better-worse 系数计算公式：提供后的满意系数 Better/SI=（A+O）/（A+O+M+I）；不提供后的不满意系数 Worse/DSI=-1*（O+M）/（A+O+M+I）（二）问卷收集与分析调查问卷向样本社区中的三类人群进行调研，分别是类“年纪较大，不方便外出购物的人群”类“平时工作忙碌、经常加班，无暇购菜回家的人群”类“经常偏好于在网上各大电商平台购菜人群”。共发放 150 份调查问卷，回收 138 份有效问卷，进行数据表 1 社区服务型配送机器人的功能需求评价表序号一级功能指标二级功能指标需求类别（%）类型是否提供的满意度系数AOMIRQBetterWorseA1防疫需求用户使用结束，配送机器人自动消毒4226102002A（兴奋型）0.69-0.36A2人脸识别用户，进行体温检测2832121846O（期望型）0.67-0.49A3信息传递需求触摸显示屏操作简单，视觉效果清晰4032141004A（兴奋型）0.75-0.48A4语音提示系统，帮助用户正确操作402882022A（兴奋型）0.71-0.38A5运输需求配送机器人自动规划最佳路线，缩短用户等待时间542841004A（兴奋型）0.94-0.36A6夜间静音行驶，不扰民2222104042I（无差异型）0.47-0.34A7激光雷达自主勘测路况142284862I（无差异型）0.39-0.29A8配送需求冷链配送用户所需菜品，防止变质1224401662M（基本型）0.39-0.70A9配套交互 App，方便用户线上下单3032162020O（期望型）0.63-0.49A10外观造型需求配套太阳能电池板节能481443040A（兴奋型）0.65-0.19A11配送机器人造型美观大方1224322282M（基本型）0.40-0.62A12配送机器人所选材料绿色环保1036202482O（期望型）0.51-0.62A13静音防滑车轮242084620I（无差异型）0.45-0.29图 1 KJ 模型的三级需求卡片过宇成等：社区服务需求下的配送型机器人设计研究专题044设计DESIGN2023年8月 第36卷 第16期整理后，得到了如表 1 的社区服务型配送机器人的功能需求评价表。根据调查问卷结果可知，在 13 项二级功能指标中，属于 A（兴奋型）属性的有 5 项，分别是“用户使用结束，配送机器人自动消毒”“触摸显示屏操作简单，视觉效果清晰”“语音提示系统，帮助用户正确操作”“配送机器人自动规划最佳路线，缩短用户等待时间”“配套太阳能电池板节能”；属于 O（期望型）属性的有 3 项，分别是“人脸识别用户，进行体温检测”“配套交互App，方便用户线上下单”“配送机器人所选材料绿色环保”；属于 I（无差异型）属性的有 3 项，分别是“夜间静音行驶，不扰民”“激光雷达自主勘测路况”“静音防滑车轮”；属于 M（基本型）属性的有 2 项，分别是“冷链配送用户所需菜品，防止变质”“配送机器人造型美观大方”。依据表 1 所示的需求类别数据，计算出 A1A13 的 Better-Worse 系数，根据两者系数绝对值分值对同一需求等级类型的二级功能指标进行优先级排序。将计算出的 better 系数作为纵坐标，Worse 系数的绝对值作为横坐标，绘制系数分析四象限图，如图 2所示。图 2 Better-Worse 系数分析四象限图根据以上调研结果，依据图 2 Better-Worse 系数分析四象限图所示，对其中的兴奋型（A）需求、期望型（O）需求以及基本型（M）需求进行需求优先级排序，如表 2 所示。其中，兴奋型（A）需求和期望型（O）需求主要根据 Better 系数绝对值进行排序，基本型（M）需求主要根据 Worse 系数绝对值进行排序，无差异型（I）需求证明用户对此功能的需求性较低，因此，对此功能进行排除。其中兴奋型（A）的二次排序为配送机器人自动规划最佳路线，缩短用户等待时间 触摸显示屏操作简单，视觉效果清晰 语音提示系统，帮助用户正确操作 用户使用结束，配送机器人自动消毒 配套太阳能电池板节能。期望型（O）的二次排序为人脸识别用户，进行体温检测 配套交互 App，方便用户线上下单。无差异型（I）的二次排序为夜间静音行驶，不扰民 静音防滑车轮 激光雷达自主勘测路况。基本型（M）的二次排序为冷链配送用户所需菜品，防止变质 配送机器人造型美观大方 配送机器人所选材料绿色环保。四、社区配送服务机器人设计方案依据上述 KANO 模型需求归类与分析，将用户需求的四类排序最高的需求属性共同归属于用户舒适度体验、多维度友好型人机交互、造型延展三大类。其中，基于用户体验型的设计有：配送机器人自动规划最佳路线，缩短用户等待时间；用户使用结束，配送机器人自动消毒；配送机器人造型美观大方；冷链配送用户所需菜品，防止变质。基于多维度友好型人机交互的设计有：触摸显示屏操作简单，视觉效果清晰；语音提示系统，帮助用户正确操作；人脸识别用户，进行体温检测；配套交互 App，方便用户线上下单。基于需求的机器人造型外观设计有配套太阳能电池板节能；配送机器人所选材料绿色环保。（一）基于用户体验型的设计基于上述调研，对用户舒适度体验的提升可以极大地提高用户对于设计的满意度。考虑到现有社区配送机器人的功能已经具备了造型的美观大方，因此，主要针对用户满意度较高，但是现阶段社区配送机器人设计中缺少的送机器人自动规划最佳路线，缩短用户等待时间；用户使用结束，配送机器人自动消毒；夜间静音行驶，不扰民；冷链配送用户所需菜品，防止变质这 4 点进行设计。1）自动规划最佳路线，缩短用户等待时间。如图 3 中的 a1 所示，为配送机器人主体前端装的激光雷达和摄像感知装置，通过激光雷达感知障碍物距离、摄像头感知当前路况、配合GPS地图的道路情况，进行自主规划路线，争取选择最优路径，可避免恶劣天气、交通阻塞以及多户配送所带来的时间不确定性，缩短用户等待时间，准时配送至相应地点。2）用户使用结束，配送机器人自动消毒。如图 3 的 a3 所示，为可升降旋转的消毒装置。待用户完成取菜，配送机器人自动启动消毒装置，升降旋转喷洒酒精，进行全方位消毒，避免用户之间的潜在病毒传播形成交叉感染。3）冷链配送用户所需菜品，防止变质。如图 3 中的 a6 所示，配送机器人左右两侧分别设计有 12 个冷链柜，冷链柜根据天气以及配送的物品种类自动调节温度，包括保持初级农产品以及花卉产品的新鲜程度，防止速冻食品、快餐熟食、冰激凌蛋糕等食品的变质，保持特殊商品如药品的最佳效果。（二）基于多维度友好型人机交互的设计 基于上述调研，对于触摸显示屏操作简单，视觉效果清晰；语音提示系统，帮助用户正确操作；人脸识别用户，进行体温检测；配套交互 App，方便用户线上下单；激光雷达自主勘测路况。但是语音提示系统，帮助用户正确操作的技术相对成熟，因此着重考虑触摸显示屏操作简单，视觉效果清晰；人脸识别用户，进行体温检测；配套交互 App，方便用户线上下单这 3 点进行设计。1）触摸显示屏操作简单，视觉效果清晰。如图 3 中的 a2 所示，为配送机器人主体后部分的触摸显示屏，显示屏的交互系统字体大小适中、颜色辨别度高、界面有序、操作流程简洁，整体视觉效果清晰，并且配备语音提示系统，以便老年、幼年以及残障用户群体正确操作。2）人脸识别用户，进行体温检测。如图 3 中的 a5 所示，为触摸屏顶部的人脸识别装置。通过人脸识别功能，确定用户身份，提高用户的取菜效率，规避误拿、错拿、偷拿的可能性。3）配套交互 App。配备对应的 App，方便用户线上下单。用户可根据需求自主下单指定店铺的指定商品的种类及数量，确定配送时表 2 需求优先级排序表需求类型序号二级需求功能指标排序兴奋型（A）A5配送机器人自动规划最佳路线，缩短用户等待时间1A3触摸显示屏操作简单，视觉效果清晰2A4语音提示系统，帮助用户正确操作3A1用户使用结束，配送机器人自动消毒4A10配套太阳能电池板节能5期望型（O）A2人脸识别用户，进行体温检测1A9配套交互 App，方便用户线上下单2基本型（M）A8冷链配送用户所需菜品，防止变质1A11配送机器人造型美观大方2A12配送机器人所选材料绿色环保3专题045设计DESIGN参考文献1李裕吉.中小城市智慧社区的构建研究基于芜湖市社区服务现状J.质量与市场，2022（12）：187-189.2王如鹏.社会治理现代化背景下城市社区服务存在的问题及对策J.通化师范学院学报，2022，43（05）：73-77.3王东，徐春.社区服务智能化构成要素及其演进方向研究J.成都理工大学学报（社会科学版），2022，30（02）：54-63.4赵莹德.基于物联网的智慧社区服务平台实现J.新型工业化，2021，11（03）：71-74.5郭栋，佀秀杰，吴俊吉.无接触配送机器人设计与仿真J.电子世界，2021（23）：27-28.6陈博杰，陈泽佳，吴志安，陈浩杰，黄林琪，李德荣.基于树莓派路径规划的智能终端配送机器人J.工业控制计算机，2021，34（07）：33-35.7徐庆坤，李科衡，张智铭.基于双目视觉的智能配送机器人平台设计J.工业控制计算机，2021，34（05）：104-105.8陈光.标准物质智能配送机器人系统J.上海计量测试，2021，48（03）：59-60.9宋子琪，赵汇丰，葛玉婷，石丽.智慧物流驱动下无接触配送模式创新研究J.物流工程与管理，2021，43（05）：6-9.10杨海军，侯永琪，王利祥，曹云龙，焦鸿韬，杨浩.一种基于ROS的蓝牙定位快递配送机器人设计J.科技创新与应用，2021，11（27）：65-69+72.11张含，李燕苹，王瑞.智能药品配送机器人J.工业控制计算机，2022，35（01）：10-12.12李梦玥，赵博.基于KANO模型的室内健身器设计研究J.设计，2022，35（15）：136-139.13张莉，苗务泽.基于KANO模型的智能颈椎枕用户需求分析及设计研究J.设计，2022，35（14）：123-126.14杨令，董石羽.KANO需求驱动的公交设施人机交互设计J.设计，2022，35（10）：16-19.图 3 社区服务型配送机器人功能指示图及使用场景效果图（a1 激光雷达，摄像感知；a2 操作触控屏；a3 消毒装置；a4 太阳能电池板；a5 人脸识别；a6 冷链储物柜；a7 小表情车灯设计；a8 电力标识；a9 小翅膀装饰；a10 散热口。）间及地点，下单付款，根据手机接收到的取件码，或人脸识别系统，自动打开对应的冷链柜，取到所需商品。（三）基于需求的机器人造型外观设计基于上述调研，配套太阳能电池板节能，配送机器人所选材料绿色环保，等交互要素的需求满足可以极大提升用户满意度。本次设计着重考虑配套太阳能电池板节能，配送机器人所选材料绿色环保。1）配套太阳能电池板节能。如图 3 所示，车辆顶部装有太阳能电池板，配送机器人白天行驶时，太阳能板储存能量，夜间运输时可使用，节能环保。2）配送机器人所选材料绿色环保。配送机器人的材料选择了机器人外观喷涂水性汽车油漆，材料无毒环保。综上所述，基于对以上 3 个要素的分析研究，在社区配送服务机器人的设计中再次明确用户需求，对当下社区配送服务机器人在防疫、信息、配送、运输、外观上进行了一定程度深入探索，最终提出了社区配送服务机器人设计方案，见图 3。结语为解决社区居民买菜难、送菜难和“最后一公里”的民生问题，本文基于 KJ 法和 KANO 模型对三类居民的真实需求进行系统的分析与研究。本文首先从社会趋势、经济动力、先进技术三个层面入手，进行社区服务型配送机器人设计的可行性分析研究；其次，以问卷法的形式对社区服务型配送机器人设计的需求用户进行调研，细分调研人群，得到三级需求卡片；接着提出了 13 项二级功能指标，经过数据计算、汇总、二次排序，明确了社区服务型配送机器人的功能需求；在明确社区用户需求下，重点将社区配送，操作交互及机器人产品功能进行设计表达，从调研到需求到设计，以期为后续智慧化社区服务做出创新尝试。基金项目：文章系南京林业大学大学生创新训练计划科研项目，资助项目“后疫情时代下的服务机器人研究”（项目编号：202210298062Z）。过宇成等：社区服务需求下的配送型机器人设计研究