第六章 控制器設(shè)計(jì)中的人因素

1、工程心理學(xué)工程心理學(xué) 配套課件配套課件 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系l控制器是人用以將人的控制信息傳遞給機(jī)器，使之執(zhí)行控制功能，實(shí)現(xiàn)調(diào)整、改變機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)的裝置l合理設(shè)計(jì)控制器將有利于提高人機(jī)系統(tǒng)的工作效率，提高操作者操作的準(zhǔn)確性、速度和安全性，同時(shí)減少操作者的緊張和疲勞工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系l根據(jù)輸入信息特

2、點(diǎn)，控制器可分為連續(xù)調(diào)節(jié)控制器和離散位選控制器l根據(jù)運(yùn)動(dòng)方式，控制器可分為平移控制器和旋轉(zhuǎn)控制器l根據(jù)運(yùn)動(dòng)維度，控制器可分為一維控制器和多維控制器l根據(jù)操作控制器的身體器官，控制器可分為手控制器、腳控制器和言語(yǔ)控制器工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系控制器的常用編碼方式一般有形狀和表紋編碼、顏編碼色、位編碼置、標(biāo)記編碼、大小及操作方法編碼等工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系控制器編碼需要注意編碼方式的選擇以及

3、冗余編碼等問(wèn)題工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系l控制器的大小設(shè)計(jì)應(yīng)同人的肢體尺寸相適應(yīng)l在控制器的排列中，控制器之間應(yīng)該有適當(dāng)?shù)拈g距l(xiāng)控制器的尺寸和間距大小的設(shè)置可通過(guò)費(fèi)茨定律來(lái)預(yù)測(cè)工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系控制器的阻力主要有以下四種類型：靜摩擦和庫(kù)倫摩擦彈性阻力黏滯阻力慣性工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系最大阻力不能超過(guò)操作者的用力能力，最小阻力也要防止控制器的偶然觸發(fā)反饋信息指操作者獲得調(diào)節(jié)控制器的結(jié)果，可以幫助操作者及時(shí)糾正

4、錯(cuò)誤反應(yīng)工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系控制器位置的安放必須以使用者群體的人體測(cè)量資料為依據(jù)。這種資料包括人體尺寸和人體不同工作姿勢(shì)時(shí)的手、足最佳操作區(qū)域和最大操作區(qū)域等工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系控制器的位置排列可根據(jù)控制器的功能重要性、系統(tǒng)的操作順序等因素設(shè)置工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系l可辨識(shí)性l可達(dá)性l反饋信息l布局合理性工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心

5、理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系l為避免疾病的發(fā)生，手工工具設(shè)計(jì)的重要原則是使手腕和前臂保持在一條直線上工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系l手工工具應(yīng)當(dāng)與手有較大的接觸面，以便在較大的區(qū)域分散壓力工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系l通常，應(yīng)避免頻繁地使用食指，可使部分動(dòng)作分擔(dān)至其他手指工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系l手輪的形狀一般是圓形的，常見的手輪控制器有汽車方向盤、液化氣閥門

6、開關(guān)等工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系l常見的曲柄有自行車腳蹬。曲柄多應(yīng)用于需要多圈轉(zhuǎn)動(dòng)控制，涉及高速度或大力量的場(chǎng)合工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系l旋鈕控制器在生活中比較多見，如音量控制器、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制器等工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系l按鈕的功能主要是啟動(dòng)與關(guān)閉機(jī)器，接通與斷開某種操作狀態(tài)，或流量的分級(jí)調(diào)節(jié)等工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系l扳鈕開關(guān)也稱撥動(dòng)開關(guān)，它通常有兩到三個(gè)離散調(diào)節(jié)位置工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系l手柄

7、和操縱桿都是桿式控制器，常用于涉及大的力或位移，或要求多維度的控制運(yùn)動(dòng)的情境下工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系.l腳的操作具有速度慢、準(zhǔn)確性差的特點(diǎn)。但是腳控制器的使用能在一定程度上減輕手的控制負(fù)荷，并且適用于需要用大力氣操作的情況l腳踏板一般在坐姿條件下使用，應(yīng)保證操縱舒適，用力方便l腳踏板的踩踏平面應(yīng)為長(zhǎng)方形或橢圓形，其大小與腳掌大小相符工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系l語(yǔ)音控制器實(shí)際上是通過(guò)計(jì)算機(jī)的

8、言語(yǔ)識(shí)別技術(shù)，將語(yǔ)音識(shí)別為計(jì)算機(jī)可辨的指令，以執(zhí)行一定的控制功能的裝置，它由說(shuō)話人、語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)和輸出的識(shí)別結(jié)果等部分組成工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系l語(yǔ)音控制的優(yōu)勢(shì)在于其自然性l語(yǔ)音輸入的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在雙任務(wù)情形中，當(dāng)數(shù)據(jù)輸入和其他活動(dòng)必須同時(shí)進(jìn)行時(shí)，語(yǔ)音識(shí)別是最合適的l語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)也特別適合殘疾人使用工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系為提高識(shí)別的準(zhǔn)確度，說(shuō)話者需在每個(gè)詞尾處停頓一下，并及時(shí)給出輸入的反饋工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系

9、人的言語(yǔ)的可變性不僅包括不同國(guó)家的語(yǔ)言差異，還包括同種語(yǔ)言方言的差異、個(gè)人語(yǔ)型差異以及由生理、心理或環(huán)境因素引起的個(gè)人語(yǔ)型在時(shí)間上的變化為了解決言語(yǔ)可變性問(wèn)題，可在系統(tǒng)中增加發(fā)音相近詞語(yǔ)，來(lái)增加識(shí)別的容錯(cuò)性工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系環(huán)境噪聲會(huì)大大降低語(yǔ)音系統(tǒng)的識(shí)別率除了盡量將語(yǔ)音控制界面應(yīng)用在環(huán)境噪聲較低的情境中，還應(yīng)在需要精確識(shí)別的場(chǎng)合，盡量使用觸發(fā)識(shí)別模式，或者口令觸發(fā)模式工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系l較常使用的技術(shù)是角膜反射跟蹤法、虹膜鞏膜邊緣跟蹤技術(shù)

10、和瞳孔角膜跟蹤法工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系大多數(shù)的眼動(dòng)控制都應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，“眼睛瞄準(zhǔn)系統(tǒng)”或“視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)”就是很好的例子工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的研究人員開發(fā)出一種用來(lái)取代計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鍵盤布局的Dasher軟件新版本工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系視線跟蹤技術(shù)未來(lái)的一個(gè)誘人的應(yīng)用領(lǐng)域就是虛擬現(xiàn)實(shí)和游戲工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心

11、理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系眼動(dòng)控制界面的設(shè)計(jì)中，應(yīng)適當(dāng)降低視覺(jué)閱讀任務(wù)的難度，以降低視覺(jué)負(fù)荷工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系對(duì)精度要求較高的眼動(dòng)控制系統(tǒng)，可使用固定頭部的支架，減少頭部運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的干擾。對(duì)自由度要求較高的系統(tǒng)，如眼動(dòng)控制的智能家電系統(tǒng)，可適當(dāng)降低系統(tǒng)的精度工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系米達(dá)斯接觸問(wèn)題：指的是由于用戶隨意的視線運(yùn)動(dòng)而造成計(jì)算機(jī)對(duì)用戶意圖識(shí)別的困難基于視線跟蹤技術(shù)建立有效的用戶界面的挑戰(zhàn)之一，就是避免米達(dá)斯接觸問(wèn)題工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系當(dāng)前由于視線跟蹤技術(shù)還沒(méi)

12、有完全成熟，系統(tǒng)感應(yīng)并計(jì)算視線所需要的時(shí)間，會(huì)相應(yīng)延遲“物體已被選中”的反饋時(shí)間；而且操作員必須保持凝視一小段時(shí)間，系統(tǒng)作出反應(yīng)才能降低意外激活的可能性工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系l腦機(jī)接口一般包括信號(hào)采集系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)、信號(hào)輸出系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)等部分工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系沃爾帕（Wolpaw）等利用基于或節(jié)律的腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)了對(duì)光標(biāo)的二維控制法維爾（Farwell）和鄧金（Donchin）

13、等最早將P300作為控制信號(hào)應(yīng)用于腦機(jī)接口工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系通過(guò)想象左手或右手運(yùn)動(dòng)，可在左右大腦半球產(chǎn)生不同的同步化或去同步化，以此就可以控制光標(biāo)在屏幕上的運(yùn)動(dòng)或選擇屏幕上方或下方的字母工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系BCI系統(tǒng)也可應(yīng)用于其他領(lǐng)域，尤其是特殊環(huán)境下的作業(yè)，如無(wú)人駕駛的汽車或飛機(jī)等，同時(shí)，腦機(jī)界面也可能給電子游戲帶來(lái)一場(chǎng)革命工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系要考慮可分辨的控制指令的個(gè)數(shù)，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求等方面工

14、程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系如果大腦也要同時(shí)接受其他感覺(jué)通道的輸入信息并進(jìn)行處理，那么，BCI輸出控制時(shí)，同時(shí)進(jìn)行的大腦認(rèn)知活動(dòng)應(yīng)降低，以保持控制的效率工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系目前，為使用者建立腦電波模板時(shí)要經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的預(yù)實(shí)驗(yàn)階段才能正確地辨認(rèn)與腦電波對(duì)應(yīng)的功能工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系l控制-顯示比（control display ratio，簡(jiǎn)稱C/D比）指控制與顯示的動(dòng)程之比?？刂?顯示比的倒數(shù)也稱為系統(tǒng)增益（sys

15、tem gain）l對(duì)于單一的連續(xù)控制器，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該選擇對(duì)于特定操作任務(wù)的最佳C/D比，過(guò)高或過(guò)低的C/D比均會(huì)降低任務(wù)績(jī)效l最佳C/D比受到顯示器大小、調(diào)節(jié)誤差容限、控制運(yùn)動(dòng)與系統(tǒng)輸出的時(shí)滯等因素的影響工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系l空間兼容性指顯示器與控制器的空間關(guān)系與人們對(duì)這種關(guān)系預(yù)測(cè)的一致性?？刂破髋c顯示器的空間位置關(guān)系往往是一一對(duì)應(yīng)的，它們的位置關(guān)系兼容與否將影響到控制器或顯示器的使用效果工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)

16、心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于顯示器是圓形或扇形，控制器是旋鈕時(shí)，其運(yùn)動(dòng)兼容性表盤固定、指針運(yùn)動(dòng)和指針固定、表盤運(yùn)動(dòng)兩種情況工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系采用旋轉(zhuǎn)式控制器配以長(zhǎng)條形固定標(biāo)尺移動(dòng)指針的顯示器運(yùn)動(dòng)兼容關(guān)系，存在三條原則：瓦里克原則刻度同側(cè)原則右旋增加原則工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系側(cè)相切或垂直相切時(shí)，其運(yùn)動(dòng)兼容性原則是：順（逆）時(shí)針旋轉(zhuǎn)與背對(duì)（朝向）人的直線移動(dòng)相聯(lián)系；順時(shí)針選擇表示增加；設(shè)計(jì)一致性；控制-顯示關(guān)系的邏輯性；選擇最合適的備選方案工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)

17、心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系l在執(zhí)行手動(dòng)操作任務(wù)中，往往需要操縱目標(biāo)裝置來(lái)追蹤某一動(dòng)態(tài)目標(biāo)，使其按照坐標(biāo)標(biāo)示的時(shí)空軌跡運(yùn)行l(wèi)手工控制系統(tǒng)一般都是閉環(huán)系統(tǒng)。它需要通過(guò)反饋，即將輸出信息反饋給系統(tǒng)輸入，以穩(wěn)定或控制輸出工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系l追蹤環(huán)包括四個(gè)基本要素：顯示操作者控制器受控元素工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心

18、理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系l追蹤作業(yè)的輸入可以是常量，也可以是變量l根據(jù)輸入隨時(shí)間變化的特性，輸入的基本類型可以分為：階躍輸入（step input）斜坡輸入（ramp input）正弦輸入（sine input）工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系增益是描述系統(tǒng)輸出與輸入之比，即O/I，是控制顯示比的倒數(shù)追蹤誤差和用戶的主觀評(píng)價(jià)，似乎都與系統(tǒng)增益呈U形關(guān)系工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系系統(tǒng)的延時(shí)有三種類型：傳遞延時(shí)指數(shù)延遲S形延遲工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系零階系統(tǒng)：零階控制也稱為位置控制。這種控制器的位移變化都會(huì)帶來(lái)系統(tǒng)輸出的直接變化一階系統(tǒng)：一階控制系統(tǒng)中，操作員動(dòng)作的直接作用是控制輸出變化的速率，也稱作速度控制二階系統(tǒng)：二階系統(tǒng)中，對(duì)目標(biāo)速度積分時(shí)，能獲得一個(gè)常加速度，即每次采樣，速度增加一個(gè)常量工程心理學(xué)工程心理學(xué) 浙江理工大學(xué)心理學(xué)系 浙江理工