使用者經驗與智慧型機器人互動之探討

羅慧如

摘 要

無論過去或未來的科技發展都是為了讓人們的生活更多元化，機器人的研發與現實生活息

息相關，機器人存在的本意即是與人類進行互動，為了使人類與機器人的互動平順且舉止自然，

機器人設計師應發展出一套適合使用者且使用者也容易理解的互動方式。

本研究主要目的是在探討機器人與人的互動方式是否能夠藉由動作傳遞訊息，發展出一套

關於機器人科技與動作的表達方式。因此以感性工學（Kansei Engineering）式的邏輯步驟，

探索陪伴型機器人所具有的動作結構，使用數量化Ⅰ類進行整體實驗結果的分析，讓使用者評

定動作結構與情緒感受的相對應模式，以進一步解析使用者對於機器人動作結構與情緒傳遞的

相關性。

本研究歸納出幾項動作結構設計要素：1. 整體動作結構可拆解為移動區域、方向性、對

稱性、反覆性和間歇性，2. 避免雷同的動作結構或情緒感受而造成受試者無法辨識， 3. 情

緒表達受到機器人外型及外在因素的影響，4. 挑選機器人可能表達的情緒感受，降低使用者

對感受的混淆，5.避免動作時間過長而造成使用者感受的改變。

第一章 緒論

圖 1 社交型機器人

科技的多元發展，無庸置疑就是為了讓人們的生活更加豐富與充實，而社交型機器人的

研發目的與現實生活皆息息相關，社交型機器人在人類生活裡扮演了各式各樣的角色，現在

的社交型機器人不只使用於勞務工作，也是家庭裡的幫手、排解寂寞感的陪伴型寵物，亦是

協助醫療的助理等(Li, Chignell, Mizobuchi, & Yasumura, 2009) 另由上圖 1 可見目前的

社交型機器人，一般的使用者，尤其是初次使用者，幾乎完全靠外界的訊息去了解如何使用

該產品，這之間差異非常大，在設計時就必需考慮到這一點，因此設計者應該發展出一套適

合使用者的心理模式，而且能容易被使用者所理解，如何決定系統狀況和使用者的詮釋之間

的配對也是設計師重要的工作之一（卓耀宗譯，民 89）。

海獺

paro

博美犬

Lil patter pup-pomeranian

娜笆兔

Nabaztag

在非語言傳播研究中，人們可以藉由身體動作或是動作的方式，來進行訊息的傳遞（陳

彥豪譯，民 88），機器人與人類的互動方式，除了聲音之外，已經習慣利用動作來傳遞訊息，

另從 AIBO、PLEO、PARO等案例可知，將肢體語言應用於人機互動已成為趨勢(Kirby, Forlizzi,

& Simmonsa, 2010)。因此本研究有此一疑問為：機器人科技的動作表現是否也適用於使用者

的心理模式，在使用者所能理解的情況下與機器人進行互動，而進行此類的研究，目的希望

讓未來機器人的設計師，能更了解使用者對於機器人以肢體動作進行訊息的傳遞時，使用者

可以準確的接收到機器人欲表達之訊息，讓使用者在動作設計為更流暢、自然且直覺的情況

下以符合使用者的學習經驗與習慣。

第二章 文獻探討

機器人一詞源自於自動化生產系統，由機器人工業協會(Robotics Industries

Association；RIA)對早期的工業機器人定義為：一種可以重複設計程式且具有多功能的特殊

裝置，並執行各種不同的工作，並可將機器人依其可程式自動化的程度來分類；關於本研究

於機器人控制的類型，為愈來愈具有智慧的機器人，依此術語來看，所謂智慧型機器人意指

其所表現的行為，與具有智慧的人類一樣。某些特性使得機器人顯得有智慧，包括與環境溝

通的能力、制訂決策以解決面臨的問題、與人類溝通作出反應等(方世榮譯，民 80)。過去以

往為人類所認知的機器人常見運用於工業輔助設備，而現有的機器人更貼進人類生活；Fong,

Nourbakhsh與 Dautenhahn(2003)探討「社交型互動機器人」，提出人機互動對於社交型機器

人是重要的元素，自 90年代初，許多研究人員已經開始開發設計集合型機器人，也同時使用

機器人的模型研究昆蟲的社交型行為。另外對於社會的學習和模仿，使用手勢和自然語言進

行溝通，情感和互動合作的認知全都是開發”個人用社交型”機器人的重要元素。

2.1 陪伴型機器人

在個智慧型自動化產業範疇中，智慧型機器人屬於重要的核心項目，產業發展環境逐漸

成熟。行政院也擬定了「開發機器人關鍵零組件，推動產業用機器人國產化」、「發展平價專

用型機器人，擴散至傳統產業」、「強化機器人與製程設備系統整合能量」、「發展服務型機器

人之創新應用，拓展利基型市場」、「推動台灣自創品牌，以亞太市場為主要目標」、「集中資

源全力投入家庭事務及娛樂型機器人發展」等六大方向推動國內智慧型機器人產業發展(石承

泰，2011)。本研究以陪伴型機器人為探討對象，並介紹下列範例：

一、 AIBO

1999年，「新力數位生物實驗室」（Sony Digital Creature Laboratory）推出了一個

叫愛寶（Aibo）的小型機器人，「愛寶」這個名字源自「人工智慧」（artificial intelligence，

簡稱 AI）和日文 aiboh，意為「朋友」或「伙伴」。AIBO機器狗已能夠從主人講話中得知情

感線索並給予相對應的反饋動作(Jones & Deeming, 2008)：

圖 2 AIBO機械狗.

表 1 AIBO機器狗回應動作的方式

辨識主人的情緒 AIBO 的反應 AIBO的動作執行

生氣 嗚咽 畏縮的移動前腳到臉的前方，同時保持後腳在

相同的位置，將頭部和頸部向下移動

悲傷 狂吠 嘴巴一開一合的，身體成拱形，抬高頭狂吠

快樂 吠（嬉戲的） 搖擺尾巴，接著再吠

無聊 打哈欠 伸展的打開嘴巴像是在打哈欠一樣

驚訝 吠（驚奇的）

接著東嗅西嗅

把頭從一邊移動到另一邊，彷彿看到什麼驚訝

的事物，並發出吸氣的聲音

二、 PARO

圖 3 PARO機器海豹

PARO 是在 1998 年由日本產業技術綜合研究所（AIST）智能系統研究部主任柴田崇德與

他的小組研製而成；PARO機器海豹柔軟的皮毛下蘊藏了語音識別晶片，以及毛皮底和觸鬚淑

安裝了感應器，能對擁抱作出反應，使它能夠對外來刺激(如撫摸、拍打、聲音、動作等)給

予回應。它不只對拍打喊痛，還會搖頭、伸腿、眨眼睛，幾乎就跟真的動物一樣。(PARORobots,

2010)

三、 PLEO

圖 4 PLEO電子恐龍(InnvoLabs, 2010)

PLEO雖然是「設計師創造出來的動物」，但它完全融合了自主生命具有的基本特性。PLEO

成長階段分為三個時期，分別是「初生」、「育化」與「少年期」，它的進展取決於與主人的互

動等級。隨著 PLEO 每個階段的進展，它會逐漸出現更多樣化的動作與行為，它有情緒並能

夠表現 400 種以上的動作，PLEO 具備視覺、聽覺及觸覺等各種感官，能探索學習週遭環境，

以及對感官刺激表達出真實自然的反應 (InnvoLabs, 2010)。

四、 Robii

圖 5 Robii機器人

Robii 是專為小朋友設計的陪伴型娛樂機器人，具有互動投影功能，可直接在任何桌面

上投射出螢幕畫面，小朋友用手指就能在畫面中進行直覺人性化的多點觸控。透過敏銳的環

境感測技術、關鍵字詞擷取辨識技術、動態辨識技術、百種以上的表情與生動逗趣的說話能

力與孩子互動(UrRobot, 2011)。

五、 Nabaztag

圖 6 Nabaztag機器兔與週邊功能

其以兔子為主要造型，融合了 WIFI、RFID、藍牙等無線通訊技術的智慧型互動產品

Nabaztag，是由 Rafi Haladjian 與 Olivier Mével 在 2003年於法國巴黎成立的 Violet所開

發的產品，使用者能夠透過網際網路，對佈滿 LED矩陣的燈具自訂圖樣與顏色，另外 Violet

推出了一個透過 USB 供電的 RFID(無線射頻辨識系統)讀取器 Mir:ror，並附上 3 片 Ztamp:S

(RFID 貼片)和一對小 Nabaztag-Nano:ztag，Ztamp:S 和它的小 Nabaztag-Nano:ztag 都可透

過編程來執行特定任務，例如把一支貼有 Ztamp:S 的筆放在 Mir:ror 上，就可在電腦上啟動

Microsoft Word，或是當你把貼有 Ztamp:S 的鑰匙放在 Mir:ror 上面，就可以寄信告知某人

你已經回到家中(Violet, 2009)。

2.2 人機互動

世界趨勢已經改變，人們在接觸機器時，期望人機介面必頇是容易接近，容易使用且吸

引人的，讓各層次的使用者都樂於使用。要達到這個目標，人機介面與互動式系統的設計必

頇從人出發，一切以使用者為中心，而不是純粹在表現科技的進步。而設計師存在的目的為

嘗試把科技和使用者與使用目的，兩個不同的世界結合在一起。人機介面與互動式係統設計

師具備的專業知識與技能分成四大群組，分別為人（People）、科技（Technologies）、行

為與情境場合（Activities and Context）及設計（Design）代表，以圖 7 表示互動系統設

計之間的關聯性(郭學武譯，民 98)，本研究即為嘗試以人為出發點，並結合機器人科技而進

行的動作感性研究。

圖 7 人機互動系統設計（重繪自：郭學武譯，民 98）

2.3 動作

身體語言是人與人之間最常有的互動，不需要語言就可以直接經由動作傳遞訊息，在肢

體的表達上，身體的各個部分皆具有不同的表情，只要稍作變化就會有不同的呈現方式，動

作主體在進行的同時不但與四周的空間發生一種關係，並且在他內部也會產生出一種特殊的

情緒(馬照琪譯，民 94)。

依拉邦的見解，人體的「動作」可分兩大類：功能性動作（Functional Movement）和釋

意性動作（Expressive Movement）。功能性動作為人類生存與需要而產生的人體動作；釋意

性動作是人類為表達自己對外環境的感受而產生的人體的動作，關於動作分析的理論研究必

頇對動作的理論、本質與結構先有明確的認知與定義，才能將其系統化或視覺化(江映碧，民

90)，但由於如拉邦動作記錄系統的原則並不適用於具有兩旋轉軸動作機器人，故本研究嘗試

分析出適用於同類型動作之模式，以解析兩轉軸動作結構。

2.4 感性研究

圖 8 感性工學系統程序圖

「感性」（Kansei）是一個日本文字，代表一個消費者對於新產品的心理感受，「感性

工學」(Kansei Engineering)則是一種將人的感受和需要應用在新產品或新科技的一套方法，

以消費者為導向所進行的新產品開發技術，並定義為“將消費者的感受與印象轉譯為產品設

計元素”的方法，是一種以「人」為出發點改變製造商的生產策略和態度，顛覆以往人只能

從製造商所生產的產品中挑選與自己需求相近的產品(Nagamachi, 1995)。

程玉美（民 99）和陳佳吟（民 99）即為進行動作與情緒的相關研究，兩位學者於動作研

究中，以拉邦動作（Laban Movement Analysis）理論與論與感性工學為基礎，透過動作相關

的形容語彙蒐集，以 KJ 法整理與分類篩選出 40 組形容詞：寂寞的、生氣的、冷淡的、沉重

的、可愛的、痛苦的、逗趣的…等，以群集分析把 40 組情緒形容詞再歸類為 8 種情緒，進行

機器人動作與情感訊息研究，以直覺、自然地動作指令於未來人機互動介面操作，並由拉邦

動作分析理論解析動作構成要素與功能語意或感性訊息之關聯性。本研究以感性工學式的邏

輯步驟，設法將機器兔的各種動作予以公式化探究出兩耳轉軸的陪伴型機器人情緒所相對應

的動作結構。

第三章 實驗架構與步驟

本研究試以「實驗室實驗研究法」將研究工具社交型機器人放置於一個可控制的情境下，

並依實驗研究法之步驟進行，探討研究結果。本研究旨在於探討機器人動作的結構與解析使

用者對於機器人動作情感的傳遞，而實驗研究法可適用於解釋各變數間的因果關係。

3.1 實驗設計與準備

一、 實驗準備

圖 9 Nabaztag架構圖

本研究使用的實驗工具為具有兩轉軸特性的服務型機器人 Nabaztag，可以透過耳朵、聲

音以及亮燈進行互動。耳朵具有可拆式以及 360 度自由旋轉的功能，可以透過耳朵建造出各

式各樣的動作。本研究主要研究耳朵動作所表達的情感，依據不同的動作結構進行分析。

圖 10 系統架構圖

本研究透過 Adobe Flash CS4 編寫控制程式，以角度位置為控制概念，編寫程式傳送至

遠端伺服器，再經 Wi-Fi 傳送至機器人微處理器裡。結合可拆卸式耳朵旋轉，藉由終端機即

時輸入指令、即時執行反應動作，並錄製影片作為動作樣本。分析後的動作結構可能產生數

種連續動作，本研究將具有相似結構的動態圖像歸為一類，挑選差異度較明顯的動作為實驗

樣本，並拆解各組實驗樣本的動作結構，形成單項動作元素，由所拆解之動作元素進行分析

動作實驗數據。

二、 動作拍攝

將 Nabaztag以每 45度為一刻度拍攝照片，共計 64張圖檔，可進行之動作位置如表 2所

示，其圖片展示方式皆以研究者的觀察方向進行標示停止位置。

表 2 Nabaztag動作位置表-以 45度為一刻度 右

左 0 2 4 6 8 10 12 14

0

2

4

為了加強比較動作的流暢度與速度感另外增加右耳和左耳各 16張以 22.5度為一間隔刻

度的動作一週的圖片。

6

8

10

12

14

表 3 Nabaztag動作位置表-以 22.5度為一刻度

左耳 右耳

0,0

0,6

0,12

0,0

6,0

12,0

0,1

0,7

0,13

1,0

7,0

13,0

0,2

0,8

0,14

2,0

8,0

14,0

0,3

0,9

0,15

3,0

9,0

15,0

0,4

0,10

4,0

10,0

0,5

0,11

5,0

11,0

三、 解析機器人動作結構

機器人動作的產生為各種屬性的排列而成為一個完整的動作，而如何產生一連串的動作

將由各結構的交叉排列而成，此研究步驟將相似的動作進行分類，探討機器人所存在的動作

結構，先以圖片方式排列成連續移動的逐格動畫，製作成動態影像 GIF 圖片檔，共 100 個動

態動作圖片，約為 4~18 秒動作時間不等，將動態圖片一對一相互比較，將具有相似動作方式

的動態圖片歸為一類，直至無法合併成一類為止，發現具有兩轉軸之移動機器人可分類出的

動作結構結果與各結構類目如下表 4所示：

表 4 機器人動作結構

移動主體 左耳 右耳 雙耳

方向性 向前 向後 不具特定方向

對稱性 前後對稱 左右對稱 不對稱

連續性 連續一次 連續多次 不連續

反覆性 反覆一次 反覆多次 不反覆

間歇性 間歇間隔小 間歇間隔大 不間歇

速度現象 相等速度速度較慢 相等速度速度較快

本研究分析的機器人動作結構有「移動主體」×「方向性」×「對稱性」×「連續性」×「反

覆性」×「間歇性」×「速度現象」，機器人動作結構共可能產生 36×2 種動作。

四、 篩選實驗情緒形容詞

本研究藉由程玉美（民 99）和陳佳吟（民 99），兩位學者透過 KJ 法過濾形容詞，所共

同分類出的 40 組情緒形容詞，本研究將 40 組情緒形容詞再進行縮減，相似之情緒形容詞併

為一類，分類完成之情緒形容詞為實驗設計依變項；將相似度較高的情緒形容詞合併為一類，

並依序分類為正面情緒與負面情緒，共縮減情緒形容詞為 16組。

表 5 16組情緒形容詞

正面情緒 負面情緒

溫柔的

平靜的

沉靜的

溫柔的

可愛的 可愛的

逗趣的 寂寞的

寂寞的

憂愁的

蒼桑的

沮喪的

沮喪的

冷淡的

灰心的

羞愧的

快樂的 快樂的

輕快的 勇敢的

勇敢的

忍耐的 討厭的 討厭的

恨的 悲傷的

悲傷的

沉重的

遺憾的

陶醉的

陶醉的

滿足的

善意的

想念的

想念的

希望的

愛的

生氣的

生氣的

不愉快的

煩燥的

煩惱的

害怕的

害怕的

不安的

驚慌的

痛苦的 熱情的

熱情的

激昂的

同情的 同情的

驚訝的 驚訝的

感動的 感動的

3.2 機器人動作與「情緒形容詞」之關聯實驗

本研究實驗目的為了解機器人動作與情緒形容詞之相關性調查，探討受試者對於機器人

動作的感受，透過機器人的肢體動作，以了解受試者對於機器人的動作與情緒語彙的感受程

度而進行的實驗設計。

施測對象：受試人數共計 48位，男性 22位，女性 26位，受試年齡層為 21~30 歲，具備

大專以上教育程度。

實驗方式：採用李克特 5 點尺度量表進行實驗調查，評分方式依序為：1.非常不像、2.

不像、3.無法判斷、4.像、5.非常像，共 5個選項。

圖 11 實驗環境

本研究將機器人動作的影片，利用平面電視播放動作畫面於螢幕上，讓受試者於觀看後

填寫調查表。實驗過程如圖 12所示：

圖 12 實驗過程

在所播放的機器人動作影片中，共有 21組，樣本中探討五種動作結構（方向性、對稱性、

連續性、反覆性、間歇性），動作樣本如探討間歇性所產生速度快慢的感受：「由起始位置直

接移動至停止位置」和「由起始位置斷斷續續的移動至停止位置」，兩者間是否因速度感受上

的差異而造成情緒的差異。本實驗於研究者每播放 1 組動作畫面後，每場次平均由 5 位受試

者觀看後於調查表中勾選評分相對應的情緒感受，請受試者進行對於動作表現感受的反饋。

第四章 實驗結果與分析

4.1 數量化Ⅰ類分析

將主觀調查表中的情緒感受當作目的變數，運用屬於質性的複迴歸分析的數量化Ⅰ類與

分類完成的動作結構表中，可預測各種情緒形容詞與動作結構之間關係，找出動作頇具有何

種特徵或是設計要素，可獲得相符的情緒感受，由下

表 6得知正面情緒和下表 7得知負面情緒最適合之動作表達方式。

表 6 正面情緒與動作結構最高得分表

情緒形容詞 = 方向性 + 對稱性 + 連續性 + 反覆性 + 間歇性 = 得分

「快樂的」 不具特定方向 左右對稱 連續多次 不反覆 不間歇 4.95

「熱情的」 不具特定方向 左右對稱 連續多次 反覆多次 不間歇 4.94

「可愛的」 不具特定方向 不對稱 連續多次 反覆多次 間歇間隔大 4.58

「陶醉的」 不具特定方向 左右對稱 連續一次 反覆多次 不間歇 4.29

「溫柔的」 不具特定方向 不對稱 連續一次 反覆一次 間歇間隔小 4.27

「同情的」 向前 不對稱 連續一次 反覆一次 間歇間隔大 4.26

「想念的」 不具特定方向 不對稱 連續一次 反覆一次 間歇間隔小 4.17

「感動的」 不具特定方向 左右對稱 連續一次 反覆一次 不間歇 3.73

「驚訝的」 向後 左右對稱 不連續 不反覆 間歇間隔大 3.21

「勇敢的」 不具特定方向 左右對稱 連續一次 反覆一次 不間歇 3.01

表 7 負面情緒與動作結構最高得分表

情緒形容詞 = 方向性 + 對稱性 + 連續性 + 反覆性 + 間歇性 = 得分

「寂寞的」 向前 不對稱 連續一次 反覆一次 間歇間隔小 4.34

「沮喪的」 向前 前後對稱 連續一次 反覆多次 間歇間隔大 3.73

「悲傷的」 向前 不對稱 連續一次 反覆多次 間歇間隔小 3.52

「害怕的」 向後 前後對稱 連續一次 反覆多次 間歇間隔大 3.38

「討厭的」 向前 前後對稱 連續多次 反覆多次 間歇間隔小

2.97 間歇間隔大

「生氣的」 向前 前後對稱 連續多次 反覆一次 不間歇 2.71

由本研究「機器人動作與情緒形容詞之關聯性」的實驗結果得知，各種動作結構是相依

存在的，所假設的動作結構自變項具有高度相關性，代表兩兩動作結構對情緒形容詞的影響

力可能會有重疊，意即當個別的動作結構對情緒形容詞的個別影響力是顯著時，以兩動作結

構對情緒形容詞來進行分析時，可能會因為兩動作結構對情緒感受的影響力有重疊而導致分

析結果變為不顯著，意為造成情緒感受程度的混亂。

第五章 結論與建議

智慧型自動化產業範疇中，智慧型機器人屬於重要的核心項目，期待能與具有智慧的人

類一樣能夠自然的互動，最重要的是機器人所欲表達的訊息必頇能讓人輕易的解讀，而設計

師則是嘗試把科技和使用者與其使用目的結合在一起，人與機器的其中一個差異是使用不同

的表達方式進行溝通，機器必頇是事先設定並依指令行事的；在肢體的表達上，身體的各個

部分皆具有不同的表情，關於「動作經驗」是儲存在人體的知覺記憶中，成為一種共同感覺。

本實驗假設為使用者對機器人的動作結構是具有一致的情緒感受，某種情緒感受與某種

動作結構是具有相關性的， 故進行一連串的實驗施測與分析探討情緒所相對應的動作結構，

而由實驗結果可得知，動作的間歇性與其他四種結構的動作皆互相影響，因此從實驗結果中

沒有較明顯的情緒被歸因於間歇性，推測是因為間歇性易造成情緒的前後不一致的變化，與

其他動作結構方式有所衝突，則使動作同時具有正面情緒與負面情緒而造成情緒感受的混亂，

由統計結果得知：機器人動作具相關性之結構為，方向性的移動方式與間歇程度的速度表現

對於情緒的感受有直接的相關性，另反覆性與連續性的動作結構且動作次數對於整體無較明

顯的影響力，可將兩動作結構與動作次數皆合併擇一進行，而動作執行的範圍亦是影響情緒

的關鍵，故整體動作結構應拆解為：「移動區域」（上段、後段、下段、前段）、「方向性」

（向前、向後、不具特定方向）、「對稱性」（左右對稱、前後對稱、不對稱）、「反覆性」

（反覆、不反覆）和「間歇性」（間歇間隔小、間歇間隔大、不間歇），以此五種動作結構

為兩耳轉軸之機器人動作拆解方式。

本研究在研究過程發現另一值得研究議題，在此提出以供後續研究參考：未來的研究可

嘗試使用不同的動作拆解方式，產生更精確的動作表達模式，使用更自然的表達方式與人類

進行互動，例如增加動作的移動區段或刪除連續性的動作結構方式以進行更進一步的試驗。

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