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显示系统综述

概述

人机交互界面（HMI，Human-Machine Interface）是机器人与操作者之间的桥梁。良好的HMI设计能够直观地传达机器人状态、接收操作指令，并提升用户体验。机器人HMI涵盖视觉、听觉和触觉三大反馈通道。

HMI架构

graph TD
    subgraph 输出通道 [反馈通道 - 机器人→人]
        V[视觉反馈] --> D[显示屏<br/>OLED/LCD/触摸屏]
        V --> L[LED指示灯<br/>状态/RGB灯带]
        A[听觉反馈] --> B[蜂鸣器]
        A --> S[扬声器<br/>语音/音效]
        H[触觉反馈] --> VIB[振动马达]
    end

    subgraph 输入通道 [控制通道 - 人→机器人]
        BTN[物理按键/旋钮]
        TS[触摸屏]
        RC[遥控器/手柄]
        WEB[Web界面]
        VOICE[语音指令]
    end

    subgraph 处理 [HMI控制器]
        MCU_HMI[MCU/SBC]
    end

    D --> MCU_HMI
    L --> MCU_HMI
    B --> MCU_HMI
    S --> MCU_HMI
    BTN --> MCU_HMI
    TS --> MCU_HMI
    RC --> MCU_HMI
    WEB --> MCU_HMI
    VOICE --> MCU_HMI

    MCU_HMI --> |ROS2/Serial| ROBOT[机器人主控]

不同机器人的HMI需求

机器人类型 显示需求 控制方式 反馈重点
教育/入门机器人 LED + 小OLED 按键/遥控 简单状态指示
服务机器人 触摸屏 + LED 触摸屏/语音 丰富UI/语音交互
工业AGV 状态灯 + 小屏 Web界面 警告/错误状态
四足/人形 LED灯带 + Web 手柄/Web/APP 运动状态/摄像头画面
无人机 地面站 遥控器 飞行数据/实时图传
竞赛机器人 最小化 遥控器/自动 关键参数

显示技术概览

技术 分辨率 色彩 功耗 可视性 成本 适用
单LED — 单色/RGB 极低 远距离 $0.1 状态指示
LED灯带 — RGB全彩 低-中 中距离 $3-10 氛围/状态
OLED 0.96" 128×64 单色/双色 极低 近距离 $3-5 参数显示
TFT LCD 2.8" 320×240 全彩 中 中距离 $8-15 图形界面
e-Paper 各种 黑白/三色 极低(刷新时) 强光下好 $10-30 静态信息
7" LCD 800×480+ 全彩 中高 — $30-60 完整GUI
7" 触摸屏 800×480+ 全彩+触摸 中高 — $50-80 交互界面

反馈设计原则

状态分级

机器人状态应分级显示，使操作者能快速判断情况：

级别 颜色 含义 显示方式
正常运行 绿色 一切正常 绿灯常亮/呼吸
注意 黄色 需要关注 黄灯闪烁
警告 橙色 性能下降 橙灯快闪+蜂鸣
错误 红色 需要干预 红灯快闪+报警音
紧急停止 红色 已停止 红灯常亮

信息层次

graph LR
    L1[第一层<br/>LED颜色/模式] --> L2[第二层<br/>OLED简要信息]
    L2 --> L3[第三层<br/>LCD/触摸屏详细信息]
    L3 --> L4[第四层<br/>Web界面完整数据]

    L1 -.-> |远距离| USER[操作者]
    L2 -.-> |近距离| USER
    L3 -.-> |交互距离| USER
    L4 -.-> |远程| USER
  • 第一层（LED）：远距离快速判断——正常/异常
  • 第二层（OLED）：近距离查看——电量、IP地址、关键参数
  • 第三层（LCD/触摸屏）：详细操作——菜单、设置、调试
  • 第四层（Web界面）：完整控制——摄像头、地图、日志

交互设计原则

  1. 简洁直观：关键信息一目了然，避免信息过载
  2. 即时反馈：操作后立即给予视觉/听觉确认
  3. 容错设计：误操作有确认步骤，紧急停止随时可用
  4. 一致性：颜色、图标、操作逻辑保持统一
  5. 可达性：操作者在任何姿态下都能看到/触及关键控件
  6. 降级方案：显示屏故障时LED仍可提供基础状态

本章结构

本章将详细介绍机器人HMI的各个组成部分：

  • OLED与LCD：显示屏选型与驱动
  • LED指示与声音：状态灯和音频反馈
  • 触摸屏与Web界面：图形化交互
  • 遥控与手柄：远程控制方案

参考资源

  • 《交互设计精髓》(About Face)
  • Material Design Guidelines (Google)
  • LVGL Documentation: lvgl.io
  • ROS2 Visualization Tools

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