Conception et simulation d'une commande à retour d'effort pour fauteuil roulant électrique

Design and simulation of a force feedback control for smart wheelchair

• Auteur / Autrice : M'hamed Sahnoun
• Direction : Guy Bourhis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 11/10/2007
• Etablissement(s) : Metz
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LASC - Laboratoire d'Automatique humaine et de Sciences Comportementales - EA 3467
• Jury : Président / Présidente : Jaime Lopez-Krahe
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Hoppenot, Anne-Marie Jolly-Desodt, Alain Pruski

Mots clés

Mots clés contrôlés

Télécommande

Robots mobiles

Intelligence artificielle

Fauteuils roulants

Mots clés libres

Fauteuils intelligents

Joystick à retour d'effort

Simulateur de conduite

Résumé

L'objectif de cette thèse est d'évaluer l'intérêt d'une nouvelle interface de commande pour fauteuil roulant électrique, un joystick à retour d'effort, destinée à des personnes handicapés moteurs ayant des difficultés à contrôler classiquement leur fauteuil. Ce joystick devra être implémenté sur un fauteuil « intelligent » muni de capteurs télémétriques. Le retour d'effort est calculé en fonction de la proximité des obstacles et aide l'utilisateur sans le contraindre à se diriger vers la direction libre. Le premier chapitre du mémoire est une étude bibliographique portant sur les fauteuils « intelligents », sur les modes de commande en téléopération, sur les interfaces haptiques en robotique et sur la modélisation des tâches de pilotage. Le second chapitre décrit la conception d'un simulateur de pilotage de fauteuil destiné à tester des fonctionnalités nouvelles. Le troisième et dernier chapitre porte sur un ensemble de résultats expérimentaux visant à conclure sur l'intérêt du retour d'effort pour le pilotage de fauteuils électriques et sur le choix de son algorithme de calcul. Les paramètres testés sont notamment la configuration de l'environnement (couloir, passage de porte, espace libre, …) et la cinématique du fauteuil (traction avant, traction arrière)

The objective of this thesis is to evaluate the interest of a new control interface for powered wheelchairs, a force feedback joystick, intended for people with severe motor disabilities which have difficulties to pilot their wheelchair in an usual way. This joystick will have to be implemented on a "smart" wheelchair provided with telemetric sensors. The force feedback is calculated according to the proximity of the obstacles and assists the user, without forcing him, to move towards the free direction. The first chapter of the report is a state of the art on the smart wheelchairs, on the control modes in teleoperation, on the haptic interfaces in robotics and on the modelling of piloting tasks. The second chapter describes the design of a simulator of wheelchair piloting intended to test new functionalities. The third and final chapter relates to a set of experimental results aiming at concluding on the interest of the force feedback for wheelchair piloting and on the choice of its calculation algorithm. The parameters tested are in particular the configuration of the environment (corridor, doors passages, free space …) and the kinematics of the wheelchair (front-wheel drive, rear-wheel drive)