专题
074摘要：为了满足人们对于产品的情感需求，将情感化设计理论和方法应用到智能药盒的设计中，设计一款情感化智能药盒并制作出可操作实物模型，通过智能药盒的设计提出了情感化设计流程。以情感化设计中的三层次设计理论 为指导，设计智能药盒的外观、交互，使智能药盒能与用户产生情感共鸣。应用软件仿真对产品功能的实现进行机构设计并以单片机为控件制作出实物模型。设计并制作出使用户具有情感体验的智能药盒。得到情感化设计流程；从功能实现角度将机构设计融入到产品设计中，以跨学科的方式为产品设计提供一种新的设计思路。 关键词：智能药盒 情感化设计 三层次理论 设计流程 机构设计中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1003-0069（2021）01-0074-04
Abstract：蝴蝶螺母
In order to meet people's emotional needs for products, the theory and method of emotional design are applied to the design of intelligent medicine box. An emotional intelligent medicine box is designed and an operable physical model is made. The emotional design process is proposed through the design of i
ntelligent medicine box. Guided by the three hierarchy theory of emotional design, the appearance and interaction of intelligent drug box were designed to make it resonate with users. The realization of product function is designed by software simulation, and the physical model is made with single chip microcomputer as control. We designed and manufactured the intelligent medicine box which can make users have emotional experience. Get emotional design process, integrate mechanism design into product design from the perspective of function realization, and provide a new design idea for product design in an interdisciplinary way.
Keywords：
Intelligent medicine box Emotional design Three hierarchy theory Action design Mechanism design
北京信息科技大学机电工程学院 侯林飞 李 天 高炳学
引言
从工业时代到智能时代，随着人工智能技术的不断发展，用户与产品之间的交互方式也有所改变，情感交互则是在自然交互的基础上的更高级的信息交互技术，以用户为中心、自然、高效的交互方式成为了研究
的重点[1]。Jenny Preece [2]
认为交互设计是关于创建新的用户体验的问题，好的交互设计应具备富有美感、令人愉快、满足用户情感等的品质。在智能时代的背景下，人们对于产品的需求更倾向于情感和互动层面，使
用户与产品进行交流 [3]
。
本文针对用户对于使用医药类产品所产生的负面情绪的问题，首先依据诺曼情感化设计的三层次理论，对智能药盒的外观、交互进行设计，达到与用户进行情感交流的目的。在此基础上应用机构的设计实现情感动作，设计并制作出一款可以和用户进行情感交互的智能药盒，抵消用户的负面情绪，与用户形成情感共鸣。一、情感化设计的概念
情感化设计强调以人为本，它概念是一个从E-motional cognition 衍生到设计范畴的提法，情感化设计是在保证产品基本功能的前提下，满足用户个性化的精神需求，使用户具有正面的情感体验[4][14]。在用户使用产品的过程中，使他们通过感受产品的颜、外观、材质及操作方式等要素所含的情感，与产品产生共鸣，最终使用户更愿意去体验产品[5]。在
智能化设备逐渐完善的今天，用户对于特定的产品得到了最基本的功能保障，情感化设计则是主要的设计方向。因此，设计出一款具有生机的，可以和用户进行交流的，在保证不影响功能的前提下充分满足用户的情感需求的产品是非常有必要的。二、智能药盒情感化设计
（一）设计与研究流程
如图1，本次设计与研究的流程如下：
1.利用用户研究的方法对智能药盒的用户进行调研，确定用户需求及环境，并根据需求进行相关产品的市场调研，得到当前产品的优点与不足，总结出设计机会点并设计产品架构。
2.以诺曼情感化设计的三层次理论为指导，对智能药盒的架构、颜、形态、材质等进行设计，用动作分析法对交互动作进行设计，同时用理论研究法对交互心理及用户反思进行研究。
3.根据情感化设计结果，对递送动作进行分析并设计可实现机构，用SolidWorks、犀牛等软件进行动
态仿真和模型建立，确定构件尺寸，同时进行模型的3D打印，利用单片机实现相应的功能。
4.对已制作好并可实现功能的模型，用语义差异法进行情感与可用性测试。
（二）智能药盒情感化设计：美国认知心理学家唐纳德·A·诺曼著在他所编著的《设计心理学3情感化设计》一书中提出人的情感体系的三个不同层次：本能层、行为层和反思层[6]。其中，本能层关注用户感官上
对具体产品物质要素的直接感受[7]
， 行为层考虑用户与产品间的交互体
图 1 设计与研究流程
专题
围墙铁丝网075
验，反思层则是在本能层、行为层的基础上研究人与产品在交互过程中
的心理感受[8]
。本次设计的产品依据诺曼三层次理论逐步进行设计。
1.智能药盒需求研究（1）访谈法进行用户研究：利用访谈法对用户进行调研，访谈对象与访谈提纲如图2。在访谈过程中发现，青年人平时使用药盒情况较中立，但经常忘记吃药，对提醒吃药有一定的需求，并且他们比较担心储存药物的盒子卫生问题；对于刚退休的中老年人，他们身体可能有一些小
疾病，对于药盒使用较为接受，但不喜欢吃药；对于居家的老年人，他们会经常吃一些药，但总是会忘记，同时对吃药充满恐惧，希望可以降低恐惧感且好操作，对老年人友好；且智能药盒更多是在居家环境使用。
（2）同类产品调研：
通过对现有市场上所有的智能药盒进行调研总结，
目前所有智能药盒的设计主要集中在简洁的、
柔和的设计方向上，
其总结SD图如图3。
因此，对智能药盒外观设计的创意点为：简洁、现代感、直线、柔和、大圆弧、塑料材质、暖白调、朴素彩、人性化操作与使用。外观结构设计创意点为：采用下开门增大活动空间、手拖门、呼吸灯。产品意向关键词分别为“简洁、亲切、现代、科技、时尚”。
图 2 访谈对象与访谈提纲
图 4 三种产品架构
图 3 同类产品SD 图
图 6 用户动作记录
图 5 外观设计方案2.产品架构设计：根据调研结果，确定智能药盒的主要模块有药物
储存模块、提醒模块、递送模块。按照产品模块结构进行组合，共得出三种组合方式，如图4。综合考虑到外观、用料、体积、功能等因素，选取组合a为主要的产品架构：由上至下依次为药物储存模块、提醒模块和递送模块。此种产品架构相比其他两种架构方式，使产品更具有整体性，外观设计上倾向于简洁风格。
3.智能药盒本能层设计：本能层的设计，是针对感性设计即产品给人
的直观感受因素如、形、质的设计，产品通过形状、尺寸、比例及层次
关系对心理体验产生影响[9]
。
正面的情绪需要正面、积极的事物才能激发出来，本能层的正面情感正是源于那些可以提供安全、舒适、有趣情感
的事物[10]
。用户使用智能药盒的心态，多为直观的视觉刺激所造成的，对于医药类的相关产品，用户首先产生的则是抵触情绪，原因主要有：疾病心态、医药恐惧、错误服药、忘记服药、药品卫生等，相应的则会产生很多负面情绪。在这种情况下，则是要对智能药盒的外观进行设计，抵消用户由于产品外观的刺激所产生的负面情绪，使其接受进而产生愉悦的使用体验。
根据产品架构进行智能药盒的外观设计，主要设计点有：产品架构细化、颜设计、形态设计和材质设计，产品外观设计方案如图5。
（1）产品架构细化：上侧为开盖处，可储存药物；中间为药物储存区域，同时在外壳处设置红外传感器及呼吸灯；最下侧为药品递送区域，通过红外感应，实现药品的递送，进而与用户实现情感交流。（2）颜设计：明亮且饱和度高的颜，可以给用户温暖舒适的感觉，暖调能够引发用户产生愉悦感。因此，产品主调为明度和纯度高的浅黄，视觉上更接近白；蓝为点睛，主要应用到控制开关上，增加科技感。（3）形态设计：对于简洁、亲密的形态，用户更易于接受。在形态处理上采用圆润平滑的大圆角形态，主视图为矩形，没有明显的棱角。（4）材质设计：光滑触感可
以在触觉上使用户产生满足感，因此材质上采用塑料材质，表面抛光处理，使触感更加平滑。
通过暖白的颜，材质的光滑触感结合大圆角形态，能够引起用户本能水平的愉悦感。使用户产生干净、整洁、安心、平静、愉悦的感觉，通过对智能药盒本能层的设计消除用户内心的负面情绪，满足干净、卫生、踏实的情感需求，与用户产生情感上的共鸣。
4.智能药盒行为层设计：行为层的设计要求考虑到产品的功能、易用
性以及易理解性[11]
。用户对于产品的使用，首先应满足用户的功能需求，其次则是使用过程步骤清晰，使用户简单明了的理解使用过程，操作需
要尽可能的简单[12]
。当满足以上条件时，使产品功能明确、简单易用、容易理解，用户则会产生愉悦的情感体验。
（1）产品功能及使用方式：用户对智能药盒最基本的功能需求是完成“准时吃药”。因此本次设计主要的功能有：药品储存、服药提醒、药品递送。药品储存，可将药品按照原包装分离成单药品后放入储药装置内，同时也可以将药品直接放入储药装置，实现药品密封储存，保证药品质量；服药提醒，智
能药盒设置彩LED呼吸灯与柔和的发声装置，同时搭配手机APP ，用视听觉相结合的方式提醒用药，保证用药的规律性；药品递送，采用“尊敬礼貌”的动作进行递送，代替传统装置中机械感的抽拉方式，当用户靠近装置时，红外传感器进行识别，此时递送装置进行动作交互，实现与用户的情感对话。本次行为层的情感化设计，主要针对智能药盒的药品递送的动作进行详细的设计。
（2）药品递送的动作设计：对于动作，不同的动作会给人以不同的情感。根据调研发现，人们在给自己尊重的人递送东西时，往往采用双手同时递送的方式。双手递送属于交流礼仪中递送礼仪的基本动作，既可
专题
076图 7 运动轨迹图 8 交互方案图 9 使用场景效果图
图 10 智能药盒结构图图 11 三种机构设计方案
图 13 结构模型
图 12 SolidWorks 仿真以通过动作表达对对方的尊重，也可以让对方感觉被尊重，可以很好的缓解交流的紧张情绪，让交流双方心情愉悦。因此对于智能药盒递送药品的动作，则是以双手递送的动作为原型。
用动作分析法分析双手递送动作，采用摄像设备对10名被试的递送动作进行记录，如图6，将记录好的视频导入到AE软件内，使用标记工具将标记标在被试的手腕位置，以逐帧动画的形式获得递送动作的动作轨迹。分别获得10名被试的动作轨迹后，将所有轨迹放入到同一张图内，提炼其中最适的运动轨迹，如图7，其中a为提取过程，b为提取结果。
根据运动曲线设计智能药盒中递送装置，其交互方案及运动轨迹如图8。
5.智能药盒反思层设计：反思层的设计是用户在使用一件产品时，可以产生相应的回忆和情感波动[3]。对用户个人而言，日常经验、知识水平、文化程度、操作习惯等都与反思层的情感化设计有关。比起本能层和行为层，反思层的情感化设计所引起的用户情感会更持久，更能引发用
户的思考[12]
。
情感体验是基于良好的用户体验上更深层次的体验，从情感的角度出发对客观事物进行反思，在使用时注重与智能产品的交互，使交互过
程更为安全、流畅[13]
。在使用医药类产品时，用户产生负面情绪的时候偏多，对吃药产生恐惧，通过智能药盒的情感化设计，可以很好的抵消这种情绪，建立良好的用药习惯。本次设计以情感化动作为核心，通过“双手递送”的方式将药品递送给用户，同时搭配用药提醒及红外感应装置，通过视觉听觉触觉等多种方式与用户进行交互，可以使用户在获取药品这一过程中更为自然，以一种愉悦安心的心理准时得到药品。同时智能药盒的交互动作与用户思维中的人与人之间传递物品的动作行为进行匹配，使用户与智能药盒
产生情感呼应。
通过对智能药盒外观和交互的设计，让用户进行反思，使智能药盒以一种可交流的伙伴的角融入到交互过程中，让交互变为交流，真正意义上使用户感受到被尊重与关怀，以此改善用户与产品之间的关系，正视健康与医药。
（三）本章小结：本次设计在本能层对智能药盒的架构、颜、形态和材质进行设计；在行为层，以动作交互为核心，将双手递送动作应用到智能药盒的药品递送动作上；在反思层，使用户对产品角及医药进行反思，正视健康与医药。产品的使用场景效果图如图9。三、智能药盒的实现
为了使上述智能药盒情感化设计方案能够实现，进行结构设计、药品递送动作的机构设计与仿真、单片机电路设计、实物模型制作。
（一）结构设计：根据产品架构设计内部结构，产品架构如图4（a）。智能药盒的整体结构共分为三大模块，分别为储存模块结构、提醒模块结构和递送模块结构，如图10。其中储存模块结构包含顶盖、储存药槽、运送机构；提醒模块包含呼吸灯、红外感应、发声装置；递送模块包含递送盒、递送机构。三模块之间在外壳内部以上中下的顺序排列，用卡槽和卡扣的形式配合。由于智能药盒在与人进行交互时，以药品递送为主要动作，所以本次功能实现设计主要为递送模块中的递送动作的实现，应用单片机作为电路核心，舵机为动力，通过连杆机构的设计实
现递送动作。
（二）递送动作的机构设计与仿真：本次设计采用平面连杆机构为主要的功能实现机构，根据递送动作轨迹进行平面连杆机构的设计，三种设计方案如图11。其中a方案上方为固定杆，下方为运动杆，通过两个时刻平行的传动杆传递动力，使下方的运动杆按弧度运动，且保持水平；b方案与a方案运动方式类似，但增加了传动杆的数量，使运动幅度更大；c方案通过单杆传动的形式使长杆完成运动，可以很好的控制运动杆的速度，但需要考虑安装时的运动水平问题。考虑到智能药盒的尺寸及机构的易实现性，选取方案a为主要驱动机构，如图11（a）。
提手加不
在确定好机构后，将智能药盒的各部尺寸及机构导入到SolidWorks 软件中进行机构仿真，如图12。由于受智能药盒最下侧外壳限制，在保证两点之间直线距离不变的情况下，将机构中的直杆改为曲杆，所获的的数据有：两杆杆间距为40；摆动最大幅度夹角为70度；杆件直线长度为100；固定杆安装位置距最上侧90。根据仿真结果，建立内部结构模型，如图13（a）。将固定杆加宽，同时设置安装舵机的结构。在应用曲杆后，由于最下侧外壳仍然会使递送动作无法完全完成，因此将最下侧开两个机构槽，使机构可以大限度的完成情感动作，如图13（b）
。
专题077
参考文献
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图 14 单片机电路简图
图 15 零件展示图 16 产品组装
智能药盒语义差异量表
尊重2
1
0-1-2无视喜爱
210-1-2讨厌惊奇2
10-1-2平淡紧张21
-1
-2
缓和厌恶210-1-2热爱
尴尬210-1
-2自然
10位样本分值平均值2
门牌制作
1
1
2
1
-1
1
0.7
1
2
2
100
-1
1
0.61
2
1
20-1-12
2
0.8
-1-1
-20-1011-2-1-0.60
-2-1
-11-2
-1-1-0.7
-10
-10-10
-1
-1
-0.5表 1 语义差异量表
表 2 分值汇总
（三）单片机电路设计及实物模型制作：根据功能，进行单片机的设置，如图14。主要元器件包括：电源、开关、舵机、灯泡、喇叭和红外传感器。当打开开关后，到达用药时间，呼吸灯和喇叭同时工作提醒用户用药，在用户靠近智能药盒时，红外装置进行识别，此时舵机开始工作，操纵连杆机构实现递送动作。
电路及机构设计完毕后，将建好的模型及零件进行3D打印，并准备
组装用的螺栓螺母，准备结果如图15。主要零件包括：舵机（2个）、传动杆（2个）、联动杆（2个）、固定装置（5个）、外壳（1个）、壳盖（1个）、药斗（1个）、颜开关（2个）、红外探测器（1个）、电池（1个）、充电器（1个）、单片机主板（1个）、喇叭（1个）、螺栓螺母垫片（若干）。对所有零件进行组装，如图16。
（四）本章小结：通过对情感化智能药盒的实现，过程涉及结构设
计、药品递送动作的机构设计与仿真、单片机电路设计、3D打印、零件装配，使智能药盒具有功能性，实现了以双手递送动作轨迹为基础的药品递送动作和红外识别等的提醒功能，达到了预期的目的。四、情感及可用性测试
人具有六种基本情感，分别为：欢乐、爱、惊奇、恐惧、愤怒、悲伤。语义差异法使用语义差异量表，从这六个维度中选取适当的情感词汇，进行语义差异量表的构建，并邀请典型用户作为被试对产品的运动形态所表现出的情感体验进行打分。该方法可以很好的反映出人们对于不同情感的性质完全相反的词汇的感受强度。语义差异量表如表1。
寻10名年龄性别不同的被试进行情感化实验，通过语义差异量表对使用产品时的情感词汇进行打分，结果如表2。通过汇总的10位被试在使用过程中的语义差异打分可以看出，本次设计的智能药盒在与用户交互时正面情绪大于负面情绪，证明该产品可用且能够激发用户的正面情绪。
总结
情感化设计更加符合“以人为本”的设计理念，从情感角度出发，使
用户与产品产生共鸣，实现情感交互。本文以用户在使用医药类产品时由于疾病心态、医药恐惧、错误服药、忘记服药、药品卫生等问题产生的负面情绪为切入点，以唐纳德·A·诺曼所提出的情感化设计的三层次理论为指导，设计了一款情感化的智能药盒。在本能层，对药盒的颜、形态及材质进行设计；在行为层，以药品的递送动作为核心进行设计，将人以尊重心态时的双手递送动作应用到药品递送过程中；在反思层，使用户与智能药盒进行心理匹配，产生回忆与情感波动，同时搭配灯光及声音，形成视听触多感觉的情感交互。其次，本文根据产品的架构进行智能药盒的结构设计，通过连杆
推板炉机构的设计与单片机的设置实现药品递送、红外识别、用药提醒等功能。最后本文以跨学科的形式进行产品设计，为工业设计、产品设计提供一种全新的设计思路。在接下来的研究中，将会在此基础上加入app设计，使智能药盒更加智能化，在交互上更加自然。智能医药类产品情感化设计，对于满足用户需求，改善用药习惯与心态，提高健康水平有很大的推动作用。通过情感化设计，可让智能产品更能体现出“人情味”及对用户的关怀，使用户正视医药与健康。
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