張硯文 高娃

摘要：探索外骨骼康復機器人客戶端交互流程，設計具有可操作性的外骨骼康復機器人客戶端交互界面。以交互設計理論為支撐，通過對外骨骼康復機器人的設計調(diào)研，分析外骨骼康復機器人客戶端界面交互行為，提出外骨骼康復機器人客戶端交互界面設計方案，并進行設計評估。通過設計評估驗證了外骨骼康復機器人客戶端交互界面的可操作性，減輕用戶對具有高科技感的外骨骼康復機器人的排斥心理，從而提高用戶治療效率，對同類產(chǎn)品交互界面設計研究具有可參考價值。

關鍵詞：外骨骼機器人 康復 人機交互 界面設計 設計

中國分類號：TB472

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069 （2020） 04-0025-03

引言

隨著當代生物技術、機電液一體化技術、控制方法技術等的不斷提高，外骨骼機器人的技術支撐逐漸完善，其在醫(yī)療康復領域的應用越來越廣泛。據(jù)有關資料顯示，在醫(yī)療康復領域，外骨骼機器人的使用可以加強患者進行肢體康復訓練的有效性和精確性，提高治療效率[1]。但是，現(xiàn)階段由于用戶對外骨骼康復機器人缺乏了解，且其具有專業(yè)性強、不易操作、形態(tài)夸張等特點，大多數(shù)患者對于具有高科技感的外骨骼康復機器人產(chǎn)品較難產(chǎn)生信任感。因此，用戶和外骨骼康復機器人產(chǎn)品之間需要有效媒介指導用戶操作，使用戶積極、順利地完成康復訓練[2]?；诂F(xiàn)有外骨骼機器人結(jié)構(gòu)與功能，通過對外骨骼康復機器人和現(xiàn)有醫(yī)療界面的市場調(diào)研及對目標用戶的問卷調(diào)研，得出界面設計方案，減輕用戶對具有高科技感的外骨骼康復機器人的排斥心理。

一、設計調(diào)研與用戶需求

（一）市場調(diào)研：外骨骼機器人是一種智能可穿戴設備，由于其外觀、功能與生物骨骼相似，安裝位置包裹人體，因此稱為外骨骼機器人。外骨骼康復機器人不僅能夠幫助老人、殘疾人進行康復訓練，也可以用于增強普通人的體力[3]。例如，ReWalk外骨骼機器人采用電池供電系統(tǒng)，輕便耐磨，在髖關節(jié)和膝關節(jié)處設有電機，利用用戶的重心變化來控制運動，如國1 a）所示。Keeogo外骨骼機器人是為髖關節(jié)骨關節(jié)炎、多發(fā)性硬化癥和帕金森病的用戶研發(fā)的，幫助這類用戶群體更輕松的走路，如圖1b）所示。

由于外骨骼康復機器人主要面向待康復訓練的用戶人群，對其客戶端的交互設計研究可從醫(yī)療產(chǎn)品APP進行調(diào)查分析。筆者調(diào)研了市場上四種不同的醫(yī)療類APP，其界面如圖2所示，并對其從功能、風格、顏色方面進行分析[4]。表1為四種醫(yī)療APP分析。

“Cyrcadia Asia”界面風格和色彩搭配針對女性用戶，暖色系使人感到溫暖。該界面也結(jié)合了產(chǎn)品的監(jiān)測功能，將數(shù)據(jù)及時反饋到用戶手機上，使產(chǎn)品的主要功能得到實現(xiàn)。“NormaTec Via”是設備上的交互界面，比起手機交互界面較為簡單，強調(diào)產(chǎn)品基礎功能的使用，但可進行交互的功能較少?！翱祻椭帧笔褂盟{色白色為主，有利于放松病人緊張的情緒。它是無器械康復手機應用，可用于聯(lián)系醫(yī)生進行住院手續(xù)的辦理?！癆thos”作為身體機能監(jiān)測設備的附加手機終端，可以記錄用戶的身體變化、運動時長、能流量消耗等數(shù)據(jù)，其身體結(jié)構(gòu)國也一目了然。

（二）問卷調(diào)研：為調(diào)研用戶對外骨骼康復機器人類產(chǎn)品的了解、對醫(yī)療類客戶端的使用情況和對外骨骼康復機器人客戶端界面設計的期望等要素，現(xiàn)采用問卷調(diào)查法進行調(diào)研，并分析調(diào)研結(jié)果[5]。參與問卷調(diào)查的人群為年齡在20-50歲之間的成年人，問卷共回收有效數(shù)據(jù)44組。

在參與調(diào)研用戶中，75%的用戶沒有使用過外骨骼類醫(yī)療設備;18%的用戶身邊有人使用過外骨骼醫(yī)療設備;7%的用戶自己使用過外骨骼醫(yī)療設備。對于用戶使用過的醫(yī)療產(chǎn)品APP進行調(diào)研，68%的用戶使用過健康監(jiān)測類客戶端;43%的用戶使用過體檢設備附加APP;14%的用戶使用過外骨骼醫(yī)療設備客戶端。另外，50%的用戶贊成醫(yī)療設備與手機客戶端進行交互，認為這樣可以提高產(chǎn)品使用效率;50%的用戶持中立態(tài)度，認為接受與否取決于界面使用感受。

調(diào)查問卷中用戶回答比例最高三個問題為：1.61%用戶認為使用外骨骼醫(yī)療產(chǎn)品時需要手機終端的輔助，以便簡化產(chǎn)品使用過程，降低用戶對外骨骼康復機器人的排斥。2.如國3所示，對于外骨骼康復機器人手機終端附加功能的選擇，79%的用戶選擇了向醫(yī)生反饋康復數(shù)據(jù);68%的用戶選擇了向其他監(jiān)護人發(fā)送使用情況;54%的用戶選擇了發(fā)送通知提醒;21%的用戶選擇了調(diào)節(jié)字體大小;14%的用戶選擇了改變界面風格。3.79%用戶認為外骨骼康復機器人界面設計應選用簡約大氣的風格;50%的用戶選擇了簡單冷靜的風格。

除上述問題外，有用戶反映在使用外骨骼康復機器人產(chǎn)品時需要醫(yī)生協(xié)助，造成其金錢和精力上的負擔;50%的用戶認為外骨骼康復機器人APP功能應細化，對產(chǎn)品的操作具體;有用戶在使用醫(yī)療設備手機界面時遇到過操作不夠簡潔的問題，難以理解和使用。

調(diào)查問卷顯示，用戶認為外骨骼康復機器人界面設計有必要，對其界面功能的要求是細化功能輔助設備使用，界面風格應符合醫(yī)療設備屬性。如何設計外骨骼康復機器人界面，需要進一步研究與驗證[6]。

二、功能樹菜單設計

根據(jù)市場調(diào)研和問卷調(diào)研得出的結(jié)論，結(jié)合產(chǎn)品設計與界面設計理論，現(xiàn)從顯性要素和隱形要素兩方面對外骨骼康復機器人界面設計進行分析[7]。

（一）顯性要素：顯性要素是用戶能直接在交互界面中體會或使用到的設計要素，如界面的功能、外觀、操作方式等[8]。針對外骨骼康復機器人的界面設計提出的顯形要素有：a）風格簡潔;b）配色柔和且冷靜;c）根據(jù)制定的康復計劃發(fā)出使用提醒;d）含產(chǎn)品使用介紹，e）使用過程中監(jiān)測和記錄數(shù)據(jù);f）設備出現(xiàn)故障時反饋和提醒;g）為用戶提供產(chǎn)品調(diào)試說明;h）可分享數(shù)據(jù);i）可在線聯(lián)系醫(yī)生。

（二）隱性要素：隱形要素是設計中用戶對界面設計的抽象感受，如用戶對界面的期望、界面的信息構(gòu)架、數(shù)據(jù)反饋技術支撐等。針對外骨骼康復機器人的界面設計應考慮的隱形要素有：a）便捷;b）高效;c）容易接受;d）符合醫(yī)療設備APP設計理念;e）符合康復人群需求;f）體現(xiàn)外骨骼康復機器人功能特性;g）功能細化;h）操作簡單;i）用戶可獨立操作;j）避免誤操作，

綜上分析，得出外骨骼康復機器人界面功能樹菜單的主菜單為“我的醫(yī)生”、“我的外骨骼”、“健康記錄”、“通知”和“設置”。國4為“我的醫(yī)生”界面，該界面用于患者與主治醫(yī)師進行聯(lián)系，用戶可以查找相關醫(yī)生，查看醫(yī)生資料?！拔业耐夤趋馈苯缑妫▏?）為使用者提供了其外骨骼康復機器人的具體使用情況?！巴ㄖ苯缑嬗糜谠撚脩襞c醫(yī)生或其他用戶的交流?！霸O置”界面為用戶提供此客戶端的基礎設置選項。

如圖6所示，“健康記錄”界面是用戶使用外骨骼康復機器人進行康復訓練時最重要的界面，用于反饋用戶進行康復訓練時肢體相關部位的各項參數(shù)，作為患者的身體數(shù)據(jù)記錄。筆者查閱醫(yī)院肢體檢查相關資料，參照肢體診斷各項測量標準，總結(jié)出康復治療時的依據(jù)，得出界面反饋數(shù)據(jù)的部位為關節(jié)、骨骼、軟組織?！盎顒訙y試”界面記錄了患者肢體的活動數(shù)據(jù)如肌肉維度、肌力、肌張力，是患者進行肢體康復治療時測量肌肉活動的參數(shù)，這些數(shù)據(jù)不僅反映了患者進行康復訓練時的身體機能，也可幫助系統(tǒng)和醫(yī)生為患者完善下一步訓練計劃。用戶還能在此界面中查看康復訓練的完成情況，了解訓練計劃的內(nèi)容及時間安排。

三、用戶行為分析

通過對用戶調(diào)研及產(chǎn)品功能的定位，得出了外骨骼康復機器人界面設計的具體要求。在完成交互界面設計后，擬定用戶在特定場景中使用外骨骼穿戴康復機器人的行為，以使用外骨骼康復機器人為前提，進行康復訓練，并跟進治療為目的，總結(jié)產(chǎn)品使用流程[9]。圖7為接收消息提醒的用戶行為流程圖，圖8為使用外骨骼康復機器人進行訓練的用戶行為流程國。具體操作如下：

（一）接收消息用戶行為：消息提醒功能使用戶接收到醫(yī)生或其他好友發(fā)來的消息;客戶端根據(jù)用戶訓練計劃進度，在指定時間向用戶發(fā)送訓練提醒，用戶收到提醒后進行“使用外骨骼康復機器人”流程;當外骨骼機器人穿戴設備需進行調(diào)試時，手機客戶端向用戶發(fā)送調(diào)節(jié)提醒，用戶進入界面后憑借可視化教學調(diào)整外骨骼康復機器人設備，必要時也可尋求專業(yè)人員幫助。

（二）使用外骨骼康復機器人用戶行為：用戶到達特定場景，打開外骨骼康復機器人手機客戶端并穿戴好外骨骼康復機器人開始康復訓練，界面顯示為“正在訓練”，客戶端將記錄該用戶指定康復部位的特定指標和用戶身體基本指標如心率、體溫等;一次訓練完成后，用戶通過手機客戶端查看當前身體狀況、訓練記錄、歷史數(shù)據(jù)分析等界面;用戶完成某階段康復訓練后，將手機客戶端中記錄的訓練數(shù)據(jù)發(fā)送給醫(yī)生，并與醫(yī)生在線交流，完善康復治療;用戶將康復記錄發(fā)送給其監(jiān)護人或家屬，作為訓練進度的保留。

四、界面設計

根據(jù)調(diào)研結(jié)果可以得出，外骨骼康復機器人手機界面風格應簡潔明了，符合醫(yī)療設備功能屬性。界面配色使用了柔和的顏色，主色調(diào)為淺藍色、白色，提示色為淺黃色，各配色對比度較低[10]，避免造成使用者情緒波動，提高了外骨骼康復機器人設備的親和度，使用戶更易接受外骨骼機器人產(chǎn)品。外骨骼康復機器人界面設計如圖9所示，具體內(nèi)容如下：

1.用戶打開手機應用并成功登錄后看到的首個界面為“健康記錄”界面，如圖9a）所示，該界面顯示了用戶在進行康復訓練時的各項數(shù)據(jù)，如訓練時間、身體狀況、歷史變化、數(shù)據(jù)分析等。每次康復訓練結(jié)束，這些數(shù)據(jù)會根據(jù)用戶客觀情況更新。

2.圖9b）為“我的醫(yī)生”界面，此界面用于患者與醫(yī)生進行交流。在此界面中用戶可以進行醫(yī)生資料查看、查找醫(yī)生等步驟。點擊醫(yī)生頭像可以進入“醫(yī)生介紹”界面，此界面中有當前醫(yī)生的詳細資料，用戶可進行預約醫(yī)生或向醫(yī)生發(fā)送消息等操作。

3.“外骨骼機器人”界面（圖9c））顯示了用戶使用的外骨骼康復機器人的階段性使用時長，使用者可再此界面查看外骨骼康復機器人的當前設置。打開“參數(shù)調(diào)整”界面，用戶可以查看各零部件的狀況，需調(diào)整的零件標有提示。用戶點擊需要調(diào)整的零部件圖標，界面跳轉(zhuǎn)到調(diào)試說明頁面，其中文字和示意圖幫助用戶完成設備調(diào)試。

4.“消息通知”界面（圖9d））用于接收訓練提醒、設備調(diào)整提醒和消息提醒，打開其中的“訓練計劃”頁面可查看該用戶已完成和未完成的訓練項目?！霸O置”界面包含了用戶設置、界面設置、外骨骼機器人管理、條款細則和幫助選項，為用戶使用該界面提供個性化選擇。

“健康記錄”界面作為此界面設計的基礎功能界面，反饋了用戶使用外骨骼康復機器人進行康復訓練時身體的各項指標，是系統(tǒng)制訂用戶訓練計劃的重要依據(jù)，對患者的康復治療具有指導意義。該界面與其他界面相互配合，幫助使用外骨骼康復機器人各項功能，同時將康復訓練情況及時反饋給醫(yī)生并與醫(yī)生進行交流，提高了外骨骼康復機器人的使用效率和安全性。

五、設計評估

為驗證外骨骼康復機器人界面設計的可行性，現(xiàn)選擇5名用戶參與設計評估。讓用戶使用外骨骼康復機器人界面以完成指定任務，分別記錄各用戶完成這一任務各步驟的用戶行為和使用時間，然后對結(jié)果進行分析，作為外骨骼康復機器人界面設計的可行性評估。

讓全部用戶模擬完成“查看設備一調(diào)試設備”任務，將此總?cè)蝿瞻床襟E要求分為四個具體任務目標，歸納用戶行為，統(tǒng)計每個用戶完成每步的時間，并計算各組數(shù)據(jù)平均值。表2為用戶完成任務目標的用戶行為和時間記錄，用戶完成總?cè)蝿盏钠骄脮r為36.2秒。

從上述用戶模擬測試得出，用戶可以在短時間內(nèi)找到對應選項，完成指定操作。平均耗時最長的任務目標是調(diào)試外骨骼康復機器人參數(shù)，因用戶自身反應速度和理解能力存在差異，完成任務目標的用時有細微差距?？傮w而言，外骨骼康復機器人交互界面設計較容易被用戶接受，用戶可以理解其使用方法并獨立完成使用，此設計為可行設計。

結(jié)論

隨著科技的發(fā)展，外骨骼機器人技術取得了突破性的進展，在醫(yī)療康復領域應用廣泛，主要用于幫助患者進行肢體康復訓練。本文以外骨骼康復機器人及其用戶為研究對象，幫助患者接受外骨骼康復機器人并使用外骨骼機康復器人進行康復訓練為目的，結(jié)合界面設計理論依據(jù)，設計出外骨骼康復機器人手機客戶端界面。設計完成后進行設計評估，驗證了該界面設計的可行性。外骨骼醫(yī)療設備與手機客戶端的結(jié)合有利于增強用戶對外骨骼康復機器人的接受度，提高醫(yī)療康復訓練效率?；痦椖浚航K高校品牌專業(yè)建設工程項目（PPZY20158150“木材科學與工程”）。

參考文獻

[1] MaW， ZhangX， YinG Design on Intelligent Perception System for Lower Limb Rehabilitation ExoskeletonRobot[C] .Interuational Conference on Ubiquitous Robots& Ambient Intellhigence.

[2]蘇航.基于虛擬現(xiàn)實技術的康復訓練系統(tǒng)研究[D]. 2015

[3]邢凱，趙新華，陳煒，et al.外骨骼機器人的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2015，36 （1）：104-107

[4]李晶.人機界面設計課程體系探討[J].設計，2018，（23） 112-114

[5]趙寅，吳文爽.產(chǎn)品創(chuàng)新設計與材料應用研究[J].大眾文藝，2018 （10）：131-132

[6]金信琴，劉松巖.兒童安全座椅設計改良設計[J].設計，2018，297 （18）：116-117

[7]師曄蘭，郁舒蘭，薩興聯(lián).產(chǎn)品設計中的“時間”思考[J].設計，2016 （17）：22-23

[8]褚中葦，魏東.交互設計在人機界面設計中的應用[J].藝術與設計：理論，2007 （4）：41-42

[9]趙寅.居家養(yǎng)老產(chǎn)品設計研究[J].大眾文藝，2018 （06）：46-47

[10]李晶，薛澄岐基于視覺感知分層的數(shù)字界面顏色編碼研究[J].機械工程學報，2016，52 （24）：201-208圖片來源：

[圖2a）] irttps： //www.sohu.com/a/241729273_99893765

[圖2b）] http： //wwwnormatecusa.coin/patients-caregivers/how-it-works/

[圖2c）httqs：//itunes. apple.com/cn/app/wapatv/id896087641？mt=8

[圖2d）https：//itunes. apple. com/cn/app/athos/id927190993？mf=8&ign-mpt=uo%3D4