RU203394U1

RU203394U1 - Installation of registration of oculomotor activity of the prototyping stand

Info

Publication number: RU203394U1
Application number: RU2020140329U
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Голиков; Валентин Игоревич Златомрежев; Иван Игоревич Грешников; Артем Юрьевич Михайлов
Priority date: 2020-12-08
Filing date: 2020-12-08
Publication date: 2021-04-02

Abstract

Полезная модель относится к средствам регистрации глазодвигательной активности человека, использующихся в составе имитационной техники для профессиональной подготовки летного состава, и предназначена для регистрации глазодвигательных параметров пилотов и проведения объективных и субъективных оценок эргономических свойств кабины самолета. Технический результат, на который направлена предлагаемая полезная модель, заключается в возможности изменения пространственного положения айтрекера в горизонтальной и вертикальной плоскостях, что позволяет покрыть заданную область интереса в рамках исследования информационно-управляющего поля (ИУП) кабины, при его надежной фиксации и расположении, не препятствующем нормальной работе пилота и не перекрывающем обзор приборов на стенде при проведении испытаний на УСП. Указанный технический результат достигается благодаря использованию установки для регистрации глазодвигательной активности, представляющей собой устройство отслеживания взгляда - айтрекер. При этом айтрекер содержит подвижное многостепенное крепление, механизм которого содержит четыре цилиндрических шарнира и два карданных шарнира, при этом один из карданных шарниров расположен между двумя цилиндрическими шарнирами, а другой соединен с корпусом айтрекера, причем указанные шарниры подвижного многостепенного крепления содержат фиксаторы положения в виде фиксирующих винтов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.The utility model refers to the means of recording human oculomotor activity, which are used as part of simulation equipment for professional training of flight personnel, and is intended for recording the oculomotor parameters of pilots and for making objective and subjective assessments of the ergonomic properties of the aircraft cabin. The technical result, which the proposed utility model is aimed at, consists in the possibility of changing the spatial position of the eye tracker in the horizontal and vertical planes, which makes it possible to cover a given area of interest within the framework of the study of the information and control field (ICF) of the cabin, with its reliable fixation and location that does not interfere with normal operation of the pilot and does not overlap the view of the instruments on the bench during tests on USP. The specified technical result is achieved through the use of an installation for recording oculomotor activity, which is an eye tracking device - an eye tracker. In this case, the eye tracker contains a movable multi-stage mount, the mechanism of which contains four cylindrical hinges and two cardan hinges, while one of the cardan hinges is located between two cylindrical hinges, and the other is connected to the body of the eye tracker, and these hinges of the movable multi-stage mount contain position latches in the form of fixing screws. 1 wp f-ly, 1 dwg.

Description

Полезная модель относится к средствам регистрации глазодвигательной активности человека, использующихся в составе имитационной техники для профессиональной подготовки летного состава, и предназначена для регистрации глазодвигательных параметров пилотов и проведения объективных и субъективных оценок эргономических свойств кабины самолета.The utility model refers to the means of recording human oculomotor activity, which are used as part of simulation equipment for professional training of flight personnel, and is intended for recording the oculomotor parameters of pilots and for making objective and subjective assessments of the ergonomic properties of the aircraft cabin.

Известен авиационный тренажер, предназначенный для обучения и тренировок летчиков, содержащий рабочие места обучаемого и инструктора, оборудованные органами управления, приборными досками, устройствами индикации, системой управления, системой визуализации внешней обстановки, вычислительный комплекс тренажера, систему подвижности (патенты RU 2247430, RU 2279141).Known aircraft simulator designed for training and training pilots, containing the workplaces of the trainee and instructor, equipped with controls, instrument panels, display devices, control system, visualization system of the external environment, simulator computer complex, mobility system (patents RU 2247430, RU 2279141) ...

Недостатком известных технических решений заключается в том, что на известных тренажерах не проводится анализ взаимодействия пилотов и рисков человеческого фактора при управлении пассивными и активными блоками и пультами управления.The disadvantage of the known technical solutions is that the known simulators do not analyze the interaction of pilots and the risks of the human factor when controlling passive and active units and control panels.

Из уровня техники известна полезная модель «Устройство для диагностики пилотов» (патент РФ 156550). Устройство для диагностики пилотов, содержащее блок анализа, блок первая фактографическая база данных, блок вторая фактографическая база данных, блок вывода данных, вход запроса, отличающееся тем, что в него введены блок частного решения, блок голосования, блок диагноза, блок индикации, вход числа состояний, вход реакций пилота, вход частного порога, вход нижнего порога, вход диагностического признака, вход первого режима, вход второго режима, вход номера диагностической задачи, вход названий, вход диагностических моделей, выход устройства, при этом вход запроса соединен первым входом блока анализа, с четвертым входом блока первая фактографическая база данных и с четвертым входом блока вторая фактографическая база данных, вход номера диагностической задачи соединен со вторым входом блока первая фактографическая база данных и со вторым входом блока вторая фактографическая база данных, вход числа состояний является четвертым входом блока анализа, вход реакций пилота является третьим входом блока анализа, вход частного порога является вторым входом блока частного решения, вход нижнего порога является третьим входом блока диагноза, вход диагностического признака является пятым входом блока вывода данных, вход диагностических моделей является первым входом блока первая фактографическая база данных, вход названий является первым входом блока вторая фактографическая база данных, вход первого режима является третьим входом блока первая фактографическая база данных, вход второго режима является третьим входом блока вторая фактографическая база данных, выход блока анализа соединен со вторым входом блока вывода данных и с первым входом блока частного решения, выход которого соединен с входом блока голосования и со вторым входом блока диагноза, выход которого соединен первым входом блока вывода данных, второй выход которого соединен с входом блока индикации, выход блока голосования соединен первым входом блока диагноза, выход блока первая фактографическая база данных соединен со вторым входом блока анализа, первый выход блока вторая фактографическая база данных соединен с третьим входом блока вывода данных, второй выход блока вторая фактографическая база данных соединен с четвертым входом блока вывода данных, первый выход которого является выходом устройства.A useful model "Device for diagnosing pilots" (RF patent 156550) is known from the prior art. A device for diagnosing pilots, containing an analysis block, a first factual database block, a second factual database block, a data output block, a query input, characterized in that it contains a private decision block, a voting block, a diagnosis block, an indication block, a number input states, input of pilot reactions, input of a private threshold, input of a lower threshold, input of a diagnostic attribute, input of the first mode, input of the second mode, input of a diagnostic task number, input of names, input of diagnostic models, output of a device, while the request input is connected to the first input of the analysis block , with the fourth input of the block, the first factual database and with the fourth input of the block, the second factual database, the input of the diagnostic task number is connected to the second input of the block, the first factual database, and to the second input of the block, the second factographic database, the input of the number of states is the fourth input of the analysis block , the pilot reaction input is the third input ohm of the analysis block, the private threshold input is the second input of the private decision block, the lower threshold input is the third input of the diagnosis block, the diagnostic feature input is the fifth input of the data output block, the diagnostic models input is the first input of the first factual database, the names input is the first input of the block is the second factual database, the input of the first mode is the third input of the block of the first factual database, the input of the second mode is the third input of the block of the second factual database, the output of the analysis block is connected to the second input of the data output block and to the first input of the particular decision block, the output of which is connected to the input of the voting block and to the second input of the diagnosis block, the output of which is connected to the first input of the data output block, the second output of which is connected to the input of the display unit, the output of the voting block is connected to the first input of the diagnosis block, the output of the block is the first factual database connected to On the second input of the analysis unit, the first output of the second factual database is connected to the third input of the data output unit, the second output of the second factual database is connected to the fourth input of the data output unit, the first output of which is the device output.

Однако, наиболее перспективными и валидными способами оценки функциональных состояний пилотов являются неинвазивные технологии, основанные на анализе характеристик распределения визуального внимания (видеоокулография и оценка параметров глазодвигательной активности), и, в меньшей степени, инфракрасная термометрия и анализ речевых характеристик.However, the most promising and valid methods for assessing the functional states of pilots are non-invasive technologies based on the analysis of the characteristics of the distribution of visual attention (video oculography and assessment of the parameters of oculomotor activity), and, to a lesser extent, infrared thermometry and analysis of speech characteristics.

В настоящее время широкое распространение получили эксперименты и исследования, связанные с оценкой глазодвигательной активности (ГДА) пилотов, на основании первичных показателей которой можно судить о их психофизическом состоянии, функциональном состоянии, профессиональной подготовке, а также на основании информации о ГДА можно сделать выводы о эргономических свойствах интерфейсов приборной индикации кабины самолета. Причем эксперименты с участием пилотов осуществляются на комплексных тренажерах и наземных стендах прототипирования с использованием устройств регистрации параметров движения глаз и фиксации взгляда на разных областях приборной панели (https://usabilityin.ru/metody-issledovanija-raspredelenija-vizualnogo-vnimanija-i-sostojanija-pilotov-sredstvami-okulografii/).At present, experiments and studies related to the assessment of oculomotor activity (OMA) of pilots have become widespread, based on the primary indicators of which it is possible to judge their psychophysical state, functional state, professional training, and also on the basis of information about the OMA, conclusions can be drawn about ergonomic properties of the aircraft cockpit instrument display interfaces. Moreover, experiments with the participation of pilots are carried out on integrated simulators and ground prototyping stands using devices for recording eye movement parameters and fixing gaze on different areas of the dashboard (https://usabilityin.ru/metody-issledovanija-raspredelenija-vizualnogo-vnimanija-i-sostojanija -pilotov-sredstvami-okulografii /).

В отличие от других характеристик, доступных наблюдению и измерению, перемещения глаз имеют существенные преимущества: небольшое число степеней свободы, доступность прямому наблюдению и возможность непрерывной бесконтактной регистрации.Unlike other characteristics available for observation and measurement, eye movements have significant advantages: a small number of degrees of freedom, accessibility to direct observation, and the possibility of continuous contactless registration.

Среди методов регистрации движения глаз, известных из уровня техники, можно выделить:Among the methods of registration of eye movements known from the prior art, one can distinguish:

контактные, то есть связанные с установкой регистрирующих датчиков непосредственно на роговицу глаза или вокруг него, (электроокулография, фотооптический и электромагнитный методы);contact, that is, associated with the installation of recording sensors directly on the cornea of the eye or around it (electrooculography, photo-optical and electromagnetic methods);

бесконтактные (фотоэлектрический, кино- и видеорегистрация).contactless (photoelectric, film and video recording).

В настоящее время распространенным устройством для регистрации движения глаз является система отслеживания взора - айтрекер (https://usabilityin.ru/eyetrackers/).Currently, a widespread device for recording eye movements is an eye tracking system - an eye tracker (https://usabilityin.ru/eyetrackers/).

Из уровня техники известна авиационно-психологическая имитационная система (патент CN 108133639), представляющая собой авиатренажер, выполненный в виде кабины самолета, а для регистрации психофизических параметров пилотов вводятся айтрекер и электроэнцефалограф, которые подключаются к физиологическому регистратору.From the prior art, an aviation-psychological simulation system is known (patent CN 108133639), which is an aircraft simulator made in the form of an aircraft cabin, and to register the psychophysical parameters of the pilots, an eye tracker and an electroencephalograph are introduced, which are connected to a physiological recorder.

Информация о психофизическом состоянии пилота с физиологического регистратора передается через модуль авиационного психологического моделирования на пункт инструктора. При этом модуль моделирования полета, установленный в кабине, соединен с модулем авиационного психологического моделирования.Information about the psychophysical state of the pilot from the physiological recorder is transmitted through the aviation psychological modeling module to the instructor's station. In this case, the flight simulation module installed in the cockpit is connected to the aviation psychological simulation module.

Недостатком указанного прототипа является то, что реализация данной системы не предусматривает изменения положения айтрекера в реальном времени, что ограничивает диапазон функциональных возможностей ее применения.The disadvantage of this prototype is that the implementation of this system does not provide for changing the position of the eye tracker in real time, which limits the range of functionality of its application.

Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является создание установки для регистрации параметров глазодвигательной активности (ГДА) с изменением пространственного положения айтрекера по многим степеням свободы с возможностью его фиксации в требуемом положении, с широким диапазоном вариантов его размещения, в составе универсального стенда прототипирования, при достижении высокой точности регистрации параметров движения глаз и фиксации взгляда на разных областях приборной панели.The task to be solved by the claimed utility model is to create an installation for recording the parameters of oculomotor activity (OMA) with a change in the spatial position of the eye tracker in many degrees of freedom with the possibility of fixing it in the required position, with a wide range of options for its placement, as part of a universal prototyping stand , while achieving high accuracy of registration of eye movement parameters and fixation of gaze on different areas of the dashboard.

Технический результат, на который направлена предлагаемая полезная модель, заключается в возможности изменения пространственного положения айтрекера в горизонтальной и вертикальной плоскостях, что позволяет покрыть заданную область интереса в рамках исследования информационно-управляющего поля (ИУП) кабины, при его надежной фиксации и расположении, не препятствующем нормальной работе пилота и не перекрывающем обзор приборов на стенде при проведении испытаний на УСП.The technical result, which the proposed utility model is aimed at, consists in the possibility of changing the spatial position of the eye tracker in the horizontal and vertical planes, which makes it possible to cover a given area of interest within the framework of the study of the information and control field (ICF) of the cabin, with its reliable fixation and location that does not interfere with normal operation of the pilot and does not overlap the view of the instruments on the bench during tests on the USP.

Достижение указанного технического результата осуществляется за счет установки для регистрации глазодвигательной активности стенда прототипирования, представляющей собой устройство отслеживания взгляда - айтрекер, и содержащее подвижное многостепенное крепление, механизм которого содержит четыре цилиндрических шарнира и два карданных шарнира, при этом один из карданных шарниров расположен между двумя цилиндрическими шарнирами, а другой соединен с корпусом айтрекера, причем указанные шарниры подвижного многостепенного крепления содержат фиксаторы положения в виде фиксирующих винтов.Achievement of the specified technical result is carried out due to the installation for registration of oculomotor activity of the prototyping stand, which is an eye tracking device - an eye tracker, and containing a movable multi-stage mount, the mechanism of which contains four cylindrical hinges and two cardan joints, while one of the cardan joints is located between two cylindrical hinges, and the other is connected to the body of the eye-tracker, and these hinges of the movable multi-stage attachment contain position latches in the form of fixing screws.

При этом крепление айтрекера к указанному подвижному многостепенному креплению может осуществляться с помощью винтов.In this case, the attachment of the eye-tracker to the specified movable multi-stage mount can be carried out using screws.

В другом предпочтительном варианте исполнения установки, подвижное многостепенное крепление айтрекера крепится на опорную поверхность с помощью винтов.In another preferred embodiment of the installation, the movable multi-stage mount of the eye tracker is attached to the supporting surface with screws.

Предложенная установка для регистрации глазодвигательной активности позволяет менять положение в пространстве видеоокулографа благодаря тому, что конструкция крепления (кронштейн) состоит из шарниров, позволяющих задавать нужное положение для проведения эксперимента, а также крепление содержит фиксирующие элементы, за счет использования которых кронштейн можно зафиксировать в пространстве, обеспечив высокую точность положения относительно взгляда пилотов, что приводит к повышению точности регистрации глазодвигательной активности пилотов.The proposed installation for recording oculomotor activity allows you to change the position in space of the video oculograph due to the fact that the mounting structure (bracket) consists of hinges that allow you to set the desired position for the experiment, and also the mount contains fixing elements, due to the use of which the bracket can be fixed in space, ensuring high accuracy of the position relative to the pilot's gaze, which leads to an increase in the accuracy of registration of the pilots' oculomotor activity.

Среди средств регистрации ГДА широкое применение получило устройство отслеживания взора - айтрекер, к преимуществам которого относятся портативность, высокая точность регистрации координат взгляда и детальное исследование движения глаз, сниженная трудоемкость крепежа, возможность интеграции с различными устройствами, что обеспечивает широкий спектр вариантов регистрации параметров ГДА в составе универсального стенда прототипирования.Among the means of recording HDA, a gaze tracking device - an eye tracker has become widely used, the advantages of which include portability, high accuracy of registration of gaze coordinates and a detailed study of eye movement, reduced labor intensity of fasteners, the ability to integrate with various devices, which provides a wide range of options for recording the parameters of HDA in the composition universal prototyping stand.

Установка айтрекера на указанное подвижное многостепенное крепление, выполненное с возможностью крепежа к опорной поверхности посредством винтов и возможностью перемещения по многим степеням свободы, позволяет расширить диапазон возможных вариантов пространственного положения и размещения айтрекера в процессе регистрации параметров ГДА пилотов при проведении экспериментов на универсальном стенде прототипирования, что позволяет покрывать заданную область интереса в рамках исследования информационно-управляющего поля (ИУП) кабины, не мешать нормальной работе пилота и не доставлять дискомфорт при проведении испытаний на УСП, проводить испытания для пилотов с широким спектром антропометрических параметров.The installation of the eye tracker on the specified movable multi-stage mount, made with the possibility of fastening to the support surface by means of screws and the ability to move along many degrees of freedom, makes it possible to expand the range of possible options for the spatial position and placement of the eye tracker in the process of registering the parameters of the pilot's HDA when conducting experiments on a universal prototyping stand, which allows you to cover a given area of interest in the study of the information and control field (ICF) of the cockpit, not to interfere with the normal work of the pilot and not to cause discomfort when conducting tests on the USP, to conduct tests for pilots with a wide range of anthropometric parameters.

Наличие фиксаторов положения, выполненных в виде фиксирующих винтов, в шарнирных механизмах многостепенного крепления позволяет жестко и надежно фиксировать айтрекер в требуемом положении в течение продолжительного времени работы, в процессе проведения эксперимента на УСП в условиях вибраций.The presence of position latches, made in the form of fixing screws, in the multi-stage hinge mechanisms makes it possible to rigidly and reliably fix the eye-tracker in the required position for a long time during the experiment on USP under vibration conditions.

На фиг. 1 представлен вид подвижного многостепенного крепления айтрекера, где 1 - айтрекер, 2 - карданный шарнир, связанный с узлом крепления айтрекера, 3 - цилиндрический шарнир, 4 - карданный шарнир.FIG. 1 shows a view of a movable multi-stage attachment of an eye tracker, where 1 is an eye tracker, 2 is a cardan joint connected to the eye tracker attachment point, 3 is a cylindrical hinge, 4 is a cardan joint.

Айтрекер (1) имеет подвижное многостепенное крепление, представленное на фиг. 1, механизм которого содержит четыре цилиндрических шарнира (3) и два карданных шарнира (2, 4), при этом карданный шарнир (4) расположен между двумя цилиндрическими шарнирами, а другой карданный шарнир (2) связан с корпусом айтрекера (1).The eye tracker (1) has a movable multi-stage mount, shown in FIG. 1, the mechanism of which contains four cylindrical hinges (3) and two cardan joints (2, 4), while the cardan joint (4) is located between two cylindrical joints, and the other cardan joint (2) is connected to the eye tracker body (1).

Для специалиста очевидно, что соединение карданного шарнира (2) с корпусом айтрекера (1) может осуществляться любыми известными сборочными операциями. При этом айтрекер (1) и конструкция крепления (кронштейн) находятся в функционально-конструктивном единстве, т.к. расположение айтрекера в пространстве достигается благодаря конструкции кронштейна и его фиксации.For a specialist it is obvious that the connection of the gimbal (2) with the eye-tracker body (1) can be carried out by any known assembly operations. At the same time, the eye tracker (1) and the mounting structure (bracket) are in functional and constructive unity, since the location of the eye tracker in space is achieved due to the design of the bracket and its fixation.

Указанные шарниры (2, 3, 4) позволяют изменять пространственное положение айтрекера (1) по многим степеням свободы с фиксацией в требуемом положении с помощью фиксаторов положения в течение продолжительного времени работы.The specified hinges (2, 3, 4) allow you to change the spatial position of the eye tracker (1) in many degrees of freedom with fixation in the required position using position latches for a long time of operation.

В предпочтительном варианте, подвижное многостепенное крепление с айтрекером размещается в требуемом месте универсального стенда прототипирования в соответствии с условиями проведения эксперимента и эксплуатационными характеристиками айтрекера и крепится к опорной поверхности с помощью винтов.In a preferred embodiment, a movable multi-stage mount with an eye tracker is placed in the required place of the universal prototyping stand in accordance with the experimental conditions and performance characteristics of the eye tracker, and is attached to the support surface with screws.

Предлагаемая установка, применяемая в составе универсального стенда прототипирования (УСП), функционирует следующим образом.The proposed installation, used as part of the universal prototyping stand (USP), operates as follows.

В предлагаемой установке может быть использован айтрекер GazePoint3HD (Shop - Affordable Eye-Tracking Technology For All | Gazepoint (gazept.com)).In the proposed installation, GazePoint3HD (Shop - Affordable Eye-Tracking Technology For All | Gazepoint (gazept.com)) can be used.

Перед проведением эксперимента на УСП необходимо установить айтрекер в требуемую зону, например на опорную поверхность подставки монитора с интерфейсом индикации приборной панели, и откалибровать айтрекер через специализированную программу в соответствии с антропометрическими параметрами пользователя и расстоянием от монитора, при этом айтрекер должен располагаться в определенной зоне от глаз пользователя в соответствии с эксплуатационными характеристиками айтрекера, а также положение айтрекера должно обеспечивать полный обзор на монитор с интерфейсом индикации приборной панели и комфортную работу пользователя с органами управления.Before conducting an experiment on USP, it is necessary to install the eye-tracker in the required area, for example, on the supporting surface of the monitor stand with the dashboard display interface, and calibrate the eye-tracker through a specialized program in accordance with the user's anthropometric parameters and the distance from the monitor, while the eye-tracker must be located in a certain area from the user's eyes, in accordance with the performance characteristics of the eye-tracker, as well as the position of the eye-tracker, should provide a full view of the monitor with the dashboard indication interface and comfortable work of the user with the controls.

В процессе проведения эксперимента на УСП при выполнении пилотом летного упражнения айтрекер регистрирует траектории движения его взоров по приборной индикации, на основании которых оцениваются первичные показатели ГДА, среди которых выделяются общая продолжительность фиксаций взора, частота саккад, энтропия распределения пребывания взора в области индикации.In the course of the experiment on USP, when the pilot performs the flight exercise, the eye tracker registers the trajectories of his gaze movements on the instrument display, on the basis of which the primary indicators of the GDA are estimated, among which the total duration of gaze fixations, the frequency of saccades, and the entropy of the distribution of gaze stay in the display area are distinguished.

Общая продолжительность фиксаций взора выступает маркером наличия опыта в решении поставленной задачи, наличия затруднений в переработке получаемой информации, является предиктором скорости протекания когнитивных процессов.The total duration of gaze fixation is a marker of the presence of experience in solving the task, the presence of difficulties in processing the information received, is a predictor of the rate of cognitive processes.

Частота саккад интегрально характеризует пространственно-временную динамику переключения внимания между зонами внимания.The saccade frequency integrally characterizes the spatio-temporal dynamics of switching attention between areas of attention.

Энтропия распределения пребывания взора в области индикации характеризует среднее время распознавание ситуации по зрительному стимулу и представляет собой более содержательную и детализированную форму критерия «общая продолжительность фиксаций взора».The entropy of the distribution of the stay of the gaze in the indication area characterizes the average time of recognition of the situation by the visual stimulus and is a more meaningful and detailed form of the criterion “total duration of gaze fixation”.

Таким образом, по результатам проведенных испытаний на универсальном стенде прототипирования с интеграцией предлагаемой установки регистрации ГДА, можно получить достоверную комплексную информацию о психофизическом состоянии пилотов и их профессиональных навыках, а также, на основе первичных показателях ГДА оценить эргономичные свойства вариантов интерфейсов индикации приборной панели.Thus, according to the results of the tests carried out on the universal prototyping stand with the integration of the proposed installation for recording the HDA, it is possible to obtain reliable comprehensive information about the psychophysical state of the pilots and their professional skills, as well as, on the basis of the primary indicators of the HDA, to evaluate the ergonomic properties of the dashboard display interface options.

Claims

1. Installation for registration of oculomotor activity of the prototyping stand, which is an eye tracking device - eye tracker, characterized in that it contains a movable multi-stage mount, the mechanism of which contains four cylindrical hinges and two cardan joints, while one of the cardan joints is located between two cylindrical joints, and the other is connected to the body of the eye-tracker, and said hinges of the movable multi-stage attachment contain position locks in the form of fixing screws.

2. Installation for registration of oculomotor activity according to claim 1, characterized in that the movable multi-stage mount of the eye tracker is attached to the supporting surface of the prototyping stand with screws.