从协同设计协作机器人系统阐述人世关系

研究背景与问题

• 发现的问题或挑战

  • 当前协作机器人的定义主要基于“人与机器人”的分离观念，且将环境视为物理交互的场所。
  • 与传统工业机器人不同，协作机器人因其与人类的密切物理互动需要更丰富的设计方案和理论支持。
  • 设计协作机器人时，更多关注功能性和安全性，而忽略了机器人如何重新定义人与世界的关系。
  • 很少有研究探讨协作机器人如何动态参与设计过程以及如何在该过程中塑造人机世界关系。

• 重要性

  • 协作机器人正在从工业环境扩展到医疗制造等复杂场景，设计中需更复杂地协调人类工作者、设计团队和机器人的多维关系。
  • 清楚理解机器人在工作流程、质量控制及安全性等多个场景中的角色设计，可以帮助更好地集成人机互动技术。
  • 使用哲学性的方法（如现象学和后现象学）可能帮助理解机器人系统如何中介于人和世界之间。

• 研究动机与相关工作

  • 动机：为了探索协作机器人如何重新定义工作场景中的人类经验与行为，以及如何在设计方案中更好地表达这种动态关系。
  • 相关工作：之前的研究主要着眼于人机交互中的社会角色或工具性，但较少从后现象学的角度探讨协作机器人从设计到实现的动态关系。

解决方案

• 提出的方法或解决方案

  • 从后现象学的视角探索协作机器人在设计过程中的人机世界关系。
  • 通过8个月的研究项目指导一个医疗制造设施的协作机器人系统设计，该项目包括理解工作流程和开发机器人概念原型两个阶段。
  • 将后现象学用于设计过程的分析，以识别机器人如何以不同方式中介人机关系。

• 解决方案的创新之处

  • 利用后现象学重新定义协作机器人的设计理论，从而超越以功能和效用为导向的传统设计方法。
  • 提出了机器人并非只中介一种关系，而是在设计过程和使用中表现出多种中介角色。
  • 使用互动性原型，让技术参与者感受到设计潜力，并从多层次探讨工作任务、质量控制与机器人协作方式。

• 实施步骤与关键技术

  • 第一阶段：通过现场观察和采访理解工作环境，确定协作机器人在医疗制造中潜在的应用场景。
  • 第二阶段：开展三轮协同设计研讨会，参与者包括技术人员、设计研究者、工程师和管理人员。协作开发了概念原型并多次迭代。
  • 核心技术包括3D打印夹具的使用、机器人视觉评估工具的探索，以及实验性低技术性机器人平台（例如Ufactory xArm 6）的应用。
  • 使用后现象学分析工具（如多种人机世界关系类型：嵌入、背景、诠释等），来解读参与者对机器人角色的反思和想象。

研究成果

• 具体成果

  • 识别了协作机器人透明性、安全性、工作流程介入等方面的多维中介角色，包括：背景角色（辅助任务执行）、改变任务定义的角色和重新分配任务责任的角色。
  • 在设计过程中发现了四类后现象学关系：嵌入式（Embodiment）、背景型（Background）、解释型（Hermeneutic）、和自主型（Alterity），并为其设计了实际的可能路径。

• 与现有解决方案的比较与优势

  • 本研究从后现象学分析过程中揭示了协作机器人设计可以包含动态和多样化的中介角色，而非简单的技术工具性和行为分离。
  • 与现有“功能导向”设计相比，后现象学的语言促进与参与者的价值共鸣，为设计冲突提供反思的框架。
  • 通过3D打印原型与低成本平台的使用（如夹具与简单机器人模型），有效地推动技术人员对机器人可能性和局限的认知。

• 实验或评估结果

  • 在共创研讨中明确表达了潜在冲突：如机器人对任务角色的挑战（提高效率但消解人类技艺的享受）、需求的模糊（安全与灵活性）、以及对未来关系的猜测（人与机器共工和职责重构）。
  • 通过数据分析发现，后现象学可以进一步扩展设计研究视角，使技术设计的讨论更贴近工作环境的价值网络。

• 局限性与未来方向

  • 局限性：
    1. 本研究未能将协作机器人完全部署到实际工作环境中，参与者的见解可能因实际体验而发生变化。
    2. 讨论内容偶尔过分聚焦于技术挑战，可能影响技术接受者的心理需求和价值反映。
    3. 仅利用单一机器人平台和场景（医疗制造），对其他领域的适应性还需验证。
  • 未来方向：
    • 探索如何通过后现象学的分析更紧密嵌入跨学科设计过程。
    • 将反思性分析与实时设计迭代连接，帮助即场识别和解决设计过程中的冲突。
    • 关注机器人如何影响团队协作中的社会关系和工作角色分配，加深人类自我认知。

这篇论文整体为协作机器人设计研究贡献了新的视角，从后现象学的分析中扩展了对技术中介角色的理解，同时为设计工具和过程提供了有价值的启示。在实际应用和理论分析之间取得了一定的平衡，尤其适用于复杂工作环境中的人机协作研究领域。