Contributions en vue de rendre plus naturelle l'interaction entre une personne handicapée et son assistance robotisée. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2007

Contributions to make interaction between a disabled person and the robotic assistance more natural

Contributions en vue de rendre plus naturelle l'interaction entre une personne handicapée et son assistance robotisée.

Résumé

Researches on technical assistance to persons with disabilities are much developed in recent years. Project ARPH (robotic Assistance to people with disabilities) of the laboratory IBISC, debuted in 1994, consists of a manipulator arm embedded on a mobile platform for assistance to the grasping and manipulation of remote objects. The thesis addresses firstly the robot control based on a multi-agent system. The robot being redundant (6 degrees of freedom for the arm and 2 degrees of freedom for the mobile platform), the first objective is to propose a command efficient even in case of failing of one or more joints. The second objective of this command is to achieve the target chosen by the person keeping, insofar as possible, a posture of the arm away from its singularities. The system thus remains the more manipulable possible at every moment. The results were compared with another multi-agent method and a classic command based on the concept of manipulability. The proposed method is better than the other two. The design of such a, complex and innovative system, requires a specific methodology. The ISO 13407 standard defines the process of user centered design (CCU) for interactive systems. It is originally intended for the development of software interfaces. The implemented design process is iterative, making it unusable for complex systems composed of not only software components but also hardware components (mechanical, electronic...). The virtual reality techniques have been used in order to make CCU approach effective for a complex system (CCU - SC). Initial virtual modeling of the system allows a first series of evaluations with the end users. When a part of the system is validated by the operators, it can really be developed. From this moment, the process enters in a mixed design cycle as the system includes real parts and virtual parts. Here are used the techniques of mixed reality, virtuality augmented to augmented reality. After several cycles of this type, it leads to a real system. In addition to the design process, the method provides a simulator of the real system. It can be operated after the design process for learning of the new system by future users. A simulator of the ARPH project was developed during the thesis. It has been evaluated with the help of students of experimental psychology. Two types of evaluation helped handicapped and non-handicapped users to manipulate the actual system and the Simulator. The first set of tests was to assess the transfer of skills between simulator and real system. The second series of tests was aimed at the evaluation of the robot of assistance into the nearest natural situation.
Les recherches sur l'assistance technique aux personnes handicapées se sont beaucoup développées ces dernières années. Le projet ARPH (Assistance Robotique aux Personnes Handicapées) du laboratoire IBISC, débuté en 1994, consiste en un bras manipulateur embarqué sur une base mobile pour l'assistance à la saisie et la manipulation d'objets à distance. Cette thèse aborde tout d'abord la commande du robot en s'appuyant sur un système multi-agents. Le robot étudié étant redondant (6 degrés de liberté pour le bras et 2 degrés de liberté pour la base mobile), le premier objectif est de proposer une commande valable même en cas de dysfonctionnement d'une ou plusieurs articulations. Le second objectif de cette commande est d'atteindre le but choisi par la personne en conservant, dans la mesure du possible, une posture du bras loin de ses singularités. Le système reste ainsi le plus manipulable possible à chaque instant. Les résultats ont été comparés avec une autre méthode multi-agent et une commande classique basée sur la notion de manipulabilité. La méthode proposée améliore notablement ceux obtenus par les deux autres. La conception d'un tel système, complexe et innovant, demande la mise en place d'une méthodologie. La norme ISO 13407 définit le processus de Conception Centrée sur l'Utilisateur (CCU) pour les systèmes interactifs. Elle est initialement destinée au développement d'interfaces logicielles. Le processus de conception mis en œuvre est itératif, ce qui le rend inutilisable pour des systèmes dits complexes car comprenant non seulement des composantes logicielles mais aussi des composantes matérielles (mécaniques, électroniques...). Les techniques de la réalité virtuelle ont été mises à contribution afin de rendre cette démarche de CCU opérante pour un système complexe (CCU-SC). Une modélisation virtuelle initiale du système permet une première série d'évaluations avec les utilisateurs finaux. Lorsqu'une partie du système est validée par les opérateurs, elle peut être développée réellement. On entre alors dans un cycle d'évaluation d'un système dit mixte car comprenant des parties réelles et des parties virtuelles. On utilise ici les techniques de la réalité mixée, de la virtualité augmentée à la réalité augmentée. Après plusieurs cycles de ce type, on aboutit à un système réel. Outre le processus de conception, la méthode fournit un simulateur du système réel. Ce dernier peut être exploité après la conception pour l'apprentissage par les futurs utilisateurs. Un simulateur du projet ARPH a été développé pendant cette thèse. Il a été évalué avec l'aide d'étudiants de psychologie expérimentale. Deux types d'évaluation ont permis à des utilisateurs handicapés et non handicapés de manipuler le système réel et le simulateur. La première série de tests a eu pour but d'évaluer le transfert d'habiletés entre simulateur et système réel. La deuxième série de tests avait pour objectif l'évaluation du robot d'assistance en situation écologique c'est-à-dire la plus proche possible d'une situation naturelle.
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Dates et versions

tel-00913054 , version 1 (03-12-2013)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00913054 , version 1

Citer

Sébastien Delarue. Contributions en vue de rendre plus naturelle l'interaction entre une personne handicapée et son assistance robotisée.. Automatique / Robotique. Université d'Evry-Val d'Essonne, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00913054⟩
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