Contrôle partagé et autorité distribuée pour la téléopération robotique

Shared control and authority distribution for robotic teleoperation

• Auteur / Autrice : Rahaf Rahal
• Direction : Paolo Robuffo Giordano
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, productique et robotique
• Date : Soutenance le 17/12/2020
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : MATHSTIC
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes) - Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes) - RAINBOW

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes homme-machine

Robotique

Mots clés libres

Robotique

Contrôle Partagé

Téléopération

Interfaces Haptiques

Robotics

Shared Control

Teleoperation

Haptics

Résumé

L'interaction homme-robot est au cœur des développements de la robotique au fil des ans. En effet, même si l'autonomie robotique a été mise au point dans des environnements structurés et prévisibles, le recours à l'homme est encore nécessaire dans des environnements variables. Le travail présenté s'inscrit dans le cadre du thème général de l'interaction homme-robot. Plus précisément, la thèse traite de l'interaction à distance sous forme de téléopération. Nous concevons de nouvelles architectures de contrôle partagé pour une téléopération robotique sûre et intuitive, avec divers types d'interaction (notamment des retours haptiques) et différents niveaux d'automatisation. Nous concevons d’abord de nouvelles architectures de contrôle partagé pour la saisie et la manipulation robotique avec retours haptiques, ciblant à la fois les phases de préhension et de post-préhension. La première vise à minimiser l’effort du robot en phase de post-préhension, tandis que la seconde se concentre sur la réduction de la charge de travail humaine pendant l'exécution de la tâche. Nous ciblons également une application de découpe robotique, et élaborons une nouvelle technique de contrôle partagé imposant des contraintes non holonomes motivées par la tâche de découpe. Enfin, nous mettons en évidence le rôle de l'interaction haptique dans la conception d'algorithmes de saisie autonome, en utilisant l'expérience humaine et les retours haptiques pour apprendre au robot la saisie autonome d’objets déformables.

Human robot interaction is at the core of the robotic developments over the years. In fact, while robotic autonomy has been perfected in structured and predictable environments, the human input is still needed in many cases, especially in a variable setting. This thesis falls under the general human robot interaction topic. More specifically, it deals with remote interaction under the form of teleoperation. We design novel shared control architectures for safe and intuitive robotic teleoperation, with various types of interaction and different levels of automation. We focus in this work on the use of haptics as a means of interaction, whether for providing contact forces as a feedback to the user, or as a means of guiding the user in the task execution. Starting with a robotic grasping and manipulation application, we design new haptic shared control methods targeting both the pre-grasp and the post-grasp phases. One shared control architecture aims to minimize the robot torques in a post-grasp phase, while the other focuses on minimizing the human workload during task execution. We also target a robotic cutting application, and design a novel haptic shared control technique for robotic cutting imposing non-holonomic constraints motivated by the cutting task. We finally highlight the role of haptic interaction and human input in the design of autonomous grasping algorithms, using the human experience and haptic feedback to learn autonomous grasping policies for compliant objects.