面向人机交互数字界面的认知负荷研究

在人机交互数字界面中,信息呈现过多、信息呈现不合理,都容易造成操作者在交互过程中出现认知负荷过载等问题,从而影响人们获取信息的准确性,造成操作者决策失误。文章对认知负荷的定义、人机界面认知负荷分类等相关知识进行了简要介绍,并对认知负荷在人机交互数字界面领域的应用、测量方法和改善认知负荷的方式进行了总结梳理,希望能为认知负荷在数字界面人机交互领域的进一步研究提供参考。     

基于分布式认知的人机交互资源模型

为协调人机交互中的信息需求和资源操作,综合分析了认知过程中的内外表征,提出一种基于分布式认知的资源模型.该模型用信息结构定义和组织各类信息资源,用交互策略配置资源的使用流程,并用智能体描述建模方法和实施策略.通过交互流程和用户界面,实现认知的外部化和表面化,降低了用户在人机交互中的认知负荷.通过一个计算机辅助手机键盘配色原型系统,验证了该模型在实际应用中的实用性与有效性.     

增强现实辅助的互认知人机安全交互系统

在现代制造业中,人和机器人的交互共融是制造智能化的焦点问题之一。在人机交互中,机器人对工人的伤害风险是影响安全生产的关键因素。然而,在动态、不确定性的人机交互环境中,目前的人机安全交互系统仍然是基于机器人对环境的感知实现被动避让,缺乏基于互认知的自适应决策。为提高人对环境的认知能力,并增强机器人的自主避让和自适应能力,设计并实现了一种基于可穿戴增强现实技术的互认知人机安全交互系统。其中,可穿戴增强现实设备作为人机交互的媒介,实现机器人的虚实注册和工作环境的虚拟映射,收集人、机器人和作业空间的信息,实时为操作人员和机器人提供互认知辅助。互认知人机安全交互系统从三个方面确保人机安全：根据人机距离的机器人速度控制和安全区域可视化;虚实映射的运动预览和碰撞检测;基于深度强化学习的机器人避障策略。最后,通过搭建原型系统验证了所提出系统设计方法的可行性,以期促进先进人工智能技术与人机交互技术的融合发展,实现人机共融、安全协作。     

基于认知负荷的人机交互数字界面设计和评价

复杂系统信息量大,信息结构复杂,容易造成数字界面设计与用户认知失衡, 文中针对这一问题,基于认知负荷的视角,展开了界面设计和评价研究以提高人-数字界面交互工效。从数字界面信息加工机制出发,结合认知资源有限理论和认知图式理论探讨了数字界面认知负荷的生成机理,提出了数字界面外在认知负荷、内在认知负荷和相关认知负荷的3个来源及相应的减少认知负荷的界面设计策略。将视觉搜索机制和眼动生理评估有效结合起来,提出了基于搜索深度-搜索广度和内敛度-发散度的数字界面眼动认知评价模型,在一定程度上实现了数字界面研究的认知根源挖掘和主客观统一。     

基于单试验脑电图的n-back任务中的脑力负荷分类

近年来，脑力负荷估计已经经历了广泛的研究，因为监测认知负荷的能力能够防止认知超负荷并且改善工作场所安全。脑电图（EEG）信号已经被发现是一种客观和非侵入性的脑力负荷的测量方式。然而，作为实时脑力负荷监测和脑机接口研究的重要一步，基于单试验EEG数据的认知负荷的评估一直是一个重大的挑战。最近，许多高级的特征提取方法和机器学习算法已经被采用于基于EEG的脑力负荷评估中。在本研究中，使用在具有2个难度水平的n back任务的执行期间记录的EEG数据进行了单试验脑力负荷分类，测试了3种类型的特征提取的有效性（谱功率、离散小波变换和公共空间滤波），并评估了4种分类算法的性能（支持向量机、K 近邻、随机森林和梯度推进分类器）。研究结果表明，公共空间滤波是性能最好的基于单试验的脑力负荷分类的特征提取方法，而且最佳性能可以通过将来自谱功率或离散小波变换的特征与来自公共空间滤波的特征相结合，并采用随机森林分类器来实现。这项研究可能对基于单试验脑电图数据的脑力负荷评估中的特征提取方法以及机器学习算法的选择提供一些有用的指导。     

复杂LED制造系统的用户体验评估模型

为提升LED制造系统中人机交互的用户体验,基于设计认知心理学和"用户—产品—环境"系统理论,采用主成分分析和因子分析方法,提出一种多维用户体验评估模型MUEEM。该模型由"理解—操作因子"、"安全—恢复因子"等9个主绩效因子构成。进一步构建MUEEM计算机辅助评估系统,该系统能辅助用户评估LED制造系统中的人机交互优度。以LED分选机为对象进行测试,结果表明,使用该软件系统可以提升用户体验的满意度和人机交互系统的操作效率,降低出错率,进一步验证了模型的有效性。     

基于交互系统设计理论的X射线仪器外观设计

目前,X射线仪器的外观设计过于复杂并且人机交互设计存在不合理之处,给用户的认知、理解与实际操作带来困扰。其产品设计需综合考虑人、人的行为、使用场景及产品涉及到的技术因素之间的关系。以nano Voxel-4000型X射线三维显微镜为例,基于交互系统设计理论,分别对产品涉及的技术、人的行为和心理、产品使用场景这3个系统因素进行分析,从而得到相关产品设计的限制和指导原则。同时,运用人机工程学理论,结合产品外观设计理论,对仪器功能布局、外观形态进行了创新设计,为相关产品设计提供参考。     

复杂系统人机交互界面的E-C映射模型

为解决复杂系统人机交互界面中用户出错而导致的任务失败、系统故障以及各种事故频繁发生等问题。对前人提出的出错分类方法以及试验方法进行探讨;从用户认知的角度,提出了复杂系统中人机交互界面的5种出错类型,分别是错误感知、注意失效、知觉混淆、记忆失误以及失手。对用户出错与认知之间存在相对应的关联性进行研究,建立每种出错类型的映射,证实其出错集与认知集存在着交织的映射关系。将5种出错类型按照认知加工进行合并,获得18个出错-认知组,从认知加工过程建立E-C(Error-Cognition)映射模型。以典型复杂系统行业的美国F35战斗机航电显示监控任务界面为例,提取信息显示方式的出错因子和出错类型表征,建立三者之间的映射关系。按照E-C映射模型对应的视觉感知和注意加工出错类型,建立监控任务过程中的出错-视觉感知子模型和出错-注意加工子模型,从而有效地验证复杂系统人机交互界面中用户出错与界面认知的研究模型。     

基于图形编程技术的服务机器人人机交互系统的研究

人机交互技术是服务机器人中的一项关键技术。本文就人机交互系统的概念、研究现状进行了阐述。结合HRDY服务机器人介绍了基于图形编程的人机交互系统设计思想，分析了图形编程与直接操作人机交互方式、面相对象程序设计方法之间的联系。给出了一种具体的人机交互界面。     

基于认知负荷理论的叉车安全策略分析

基于认知负荷理论,对叉车驾驶中的安全问题进行了研究。通过综合文献研究和理论探讨,发现叉车驾驶涉及内部认知负荷和外部认知负荷两个方面。这些负荷的增加可能使驾驶员的工作记忆负荷超负荷,从而影响其决策和注意力,并增加事故发生的风险。针对这一问题,提出了一系列管理和改进措施,包括增加驾驶员的培训、分解主题内容、按顺序递送、提供反馈和建议、简化操作界面、建立标准化的工作程序和操作流程等。     

协同设计人机交互资源模型的研究

为研究计算机支持的协同设计系统中的人机交互模式,提出了协同设计人机交互资源模型.该资源模型中的信息资源既包含支持设计者本地工作的设计资源,又包括支持协同工作的协同资源.为降低设计者的认知负担,提出了协同设计系统中信息资源的优化配置原则,给出了如何配置协同资源以影响设计者本地的设计流程,以及降低设计者认知负担的策略.应用以上研究成果,改进了工厂设计系统中传统的配管设计人机交互模式,获取了降低设计者认知负担的配管设计人机交互新模式.     

基于EON Studio 5.0的空气压缩机虚拟拆装关键技术研究

以空气压缩机为研究对象,基于虚拟现实工具软件EON Studio 5.0,对空气压缩机虚拟拆装系统涉及的关键技术——三维建模、人机交互、全景漫游及虚拟装拆等进行了研究,为建立空气压缩机虚拟维修训练系统提供技术支持.     

基于使用情境的智能手机认知地图系统的构建

智能手机的功能拓展无限性与人的认知负荷有限性矛盾导致认知负荷矛盾。通过对使用情境的区分而针对智能手机构建的认知地图系统,将有助于减轻使用者操作智能手机时的认知负荷,从而进行更有效的操作和使用。通过对智能手机使用问题的定性描述和分类,针对其中的认知负荷问题进行分析并通过相应的使用情境对界面信息进行分离,从而构建使用情境的认知系统,减轻认知负荷。     

基于使用情境的智能手机认知地图系统的构建

智能手机的功能拓展无限性与人的认知负荷有限性矛盾导致认知负荷矛盾。通过对使用情境的区分而针对智能手机构建的认知地图系统,将有助于减轻使用者操作智能手机时的认知负荷,从而进行更有效的操作和使用。通过对智能手机使用问题的定性描述和分类,针对其中的认知负荷问题进行分析并通过相应的使用情境对界面信息进行分离,从而构建使用情境的认知系统,减轻认知负荷。     

基于虚拟现实技术的人机交互的研究

简要介绍了人机交互的重要性以及虚拟现实技术的概况,从认知心理学角度以及人机交互系统的输入、输出、操作等方面分析了虚拟现实人机交互的优点,展望了虚拟现实人机交互的发展前景。     

基于ARM K60N512的便携式谐波减速器传动误差检测仪

论文设计了一套便携式谐波减速器传动误差检测仪,实现对谐波减速器传动误差的动态性能测试,并具有较高的采样频率,良好的人机交互界面。该系统基于ARM K60N512微处器,结合电机驱动电路及信号采集装置,实现信号的采集与输出。利用Matlab GUI功能设计人机交互界面,通过串口通信,实现自动化驱动电机,负荷加载,同时提供了采样数据的实时显示及分析与处理功能。     

基于Modbus协议的单片机与触摸屏通信设计

为解决太阳能自动灌溉系统中的人机交互问题,使用触摸屏作为人机界面设计了一种人机交互系统。重点研究了人机交互系统中单片机与触摸屏的通信方法,包括基于Modbus协议,触摸屏作为主机发出获取数据请求或操作请求,单片机作为从机接收并分析请求,返回相应的数据和状态或执行相应的动作。研究结果表明,该方法解决了太阳能自动灌溉系统中单片机和触摸屏之间的数据双向实时通信问题。     

发动机排气系统结构优化设计与仿真研究

为确定排气系统设计结构特性，对排气系统的流场、内外壁热负荷、振动特性进行了数值仿真分析。应用湍流模型，分析了排气系统的内流场特性，对排气系统的结构进行了优化设计；根据优化设计结果，对排气系统内外壁的热负荷特性、振动特性等进行了仿真分析，为发动机性能的提升提供了重要的设计基础。     

基于单试验脑电图的n-back任务中的脑力负荷分类（英文）

近年来,脑力负荷估计已经经历了广泛的研究,因为监测认知负荷的能力能够防止认知超负荷并且改善工作场所安全。脑电图(EEG)信号已经被发现是一种客观和非侵入性的脑力负荷的测量方式。然而,作为实时脑力负荷监测和脑机接口研究的重要一步,基于单试验EEG数据的认知负荷的评估一直是一个重大的挑战。最近,许多高级的特征提取方法和机器学习算法已经被采用于基于EEG的脑力负荷评估中。在本研究中,使用在具有2个难度水平的n-back任务的执行期间记录的EEG数据进行了单试验脑力负荷分类,测试了3种类型的特征提取的有效性(谱功率、离散小波变换和公共空间滤波),并评估了4种分类算法的性能(支持向量机、K-近邻、随机森林和梯度推进分类器)。研究结果表明,公共空间滤波是性能最好的基于单试验的脑力负荷分类的特征提取方法,而且最佳性能可以通过将来自谱功率或离散小波变换的特征与来自公共空间滤波的特征相结合,并采用随机森林分类器来实现。这项研究可能对基于单试验脑电图数据的脑力负荷评估中的特征提取方法以及机器学习算法的选择提供一些有用的指导。     

带流量调节系统的往复式压缩机连杆轴瓦润滑特性分析

往复式压缩机采用进气流量调节系统后，会导致其连杆轴瓦磨损、烧瓦故障率上升。针对这一问题，以一台2D20的压缩机为例，对流量调节状态下的往复式压缩机连杆轴瓦润滑特性进行了研究。首先，分析了压缩机活塞运动过程中传动机构的作用力，并基于压缩机热力循环过程，构建了含连杆轴瓦润滑油膜的压缩机动力学模型；然后，利用RecurDyn软件对传动机构进行了运动学和动力学仿真分析，并研究了不同流量负荷对活塞杆受力特性的影响；最后，量化分析了10%～100%流量调节负荷对于连杆轴瓦油膜润滑特性的影响。研究结果表明：相比于作用力的换向，十字头销与轴瓦水平相对位置的换向具有明显的滞后性，且在15%～40%的低流量负荷段内，十字头销和衬套组件的两侧润滑效果均有较为明显的恶化；在设备的实际运行过程中，应避免使其长期处于低调节负荷段内运行；该结果可以为设备人员进行压缩机流量优化调节提供实际的参考。