随着机器人技术与市场的发展,机器人逐渐成为最重要的电子消费品之一,与之相关的交互设计问题也日益凸显。在机器人语音交互领域,由于语音交互与传统的图形界面交互有较大差异,难以完全运用视觉设计原则进行用户体验评价。有关机器人语音交互的设计方法与相关设计评价方法亟待建立。利用认知负荷理论,本文提出了一种兼具主观测量和生理数据验证的机器人语音交互设计评价方案。首先,本文定义了机器人语音交互研究的基本概念。在介绍认识负荷理论的基础上,对机器人语音交互界面的特点和层次进行了说明,提出了机器人语音交互设计的基本原则。结合美国航空航天局任务负荷指数（NASA-TLX）的原理,本研究利用层次分析法（AHP）总结出机器人语音交互认知负荷的评价指标体系,并依此制定了一整套家用机器人语音交互的设计方法。通过使用原型机模拟机器人语音交互过程进行预实验,本研究得到了语音交互认知负荷评价指标权重的具体数值,完善了评价体系。遵循相关实验结果和设计方法的指导,研究以扫地机器人为例,进行了机器人语音交互的设计实践。通过深入的用户研究,文本总结了扫地机器人使用场景与具体问题,并依此设计了 3套语音交互系统。最终,研究利用主观认知负荷测量与心率及皮肤生理电（GSR）信号测量相结合的方式,使二者相互印证,从而得到可靠的认知负荷评价结果,证明了评价体系的可靠性与实用性。综上,研究基于认知负荷理论,本文设计了三套扫地机器人语音交互系统。利用层次分析法的基本原理,研究改进了传统的认知负荷主观测量工具,建立起一套包含4准则14指标的语音交互认知负荷评价体系,并利用心率与GSR信号测量进行辅助验证,证明得到了一种新的研究机器人语音交互用户体验的技术手段。