Interaction humaine dans une plateforme de robot parallèle de grand espace de travail avec un environnement virtuel

Human Interaction in a large workspace parallel robot platform with a virtual environment

• Auteur / Autrice : Taha Houda
• Direction : Malik Mallem, Lotfi Beji
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance le 26/11/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Informatique, Biologie Intégrative et Systèmes Complexes (Evry, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Jury : Président / Présidente : Fethi Ben Ouezdou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Faïz Ben Amar, Yacine Amirat, Adriana Tapus
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Faïz Ben Amar, Yacine Amirat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécatronique

Robots -- Systèmes de commande

Interaction homme-robot

Mots clés libres

Simulateur de mouvement

Robot hybride (série, parallèle)

Mécatronique

Modélisation

Identification

Algorithmes de restitution inertielle (ARI)

PSO

Réalité virtuelle

Personnes à mobilité réduite

Interaction entre l'homme et le robot

Motion simulator

Hybrid robot (series, parallel)

Mechatronics

Modeling

Identification

Motion Cueing Algorithm (MCA)

PSO (particle swarm optimization)

Virtual reality

People with reduced mobility

Human-robot interaction

Résumé

L'objectif de la thèse porte sur la définition, la mise oeuvre et l'évaluation d'un algorithme de restitution de mouvement prenant en compte les contraintes de perception du système vestibulaire chez l'humain et les contraintes liées à la physique du simulateur de mouvement utilisé. Ce dernier est constitué par une plateforme robotique série-parallèle à 8 degrés de liberté entièrement conçue dans le laboratoire et destinée principalement à l'assistance aux personnes présentant un handicap moteur. Cette restitution sensorielle nécessite des travaux de recherches pluridisciplinaires en robotique et en réalité virtuelle. Aussi, une formalisation de la modélisation dynamique, basée sur l'état de l'art, a été adaptée et les paramètres dynamiques optimisés et identifés à la plateforme de mouvement à 8 degrés de libertés. Plusieurs méthodes de génération de mouvement, gérant la redondance de la plateforme, ont été étudiées mises en oeuvre et comparées. La méthode basée sur l'optimisation par essaims particulaires (PSO) plus performante a été retenue. Cet algorithme est par la suite utilisé pour optimiser les paramètres du contrôleur de la plateforme par mode glissant.Le simulateur a été utilisé pour une application de ski en réalité virtuelle reproduisant la station de Combloux en Haute-Savoie dédiée aux personnes handicapées. Les résultats de simulation montrent un très bon suivi des consignes et une bonne réduction des oscillations. Ces travaux seront poursuivis par l'utilisation d'interfaces multi sensorielles de réalité virtuelle d'assistance à l'humain.

The thesis objective relates to the denition, the implementation and the evaluation of a Motion Cueing Algorithm taking into account the perceptual constraints of the vestibular systemin humans and the constraints related to the movement physics of the used simulator. The latter consists of a series-parallel robotic platform with 8 degrees of freedom, entirely designed in the laboratory and intended primarily to assist people with motor disabilities. This sensory restitution requires multidisciplinary research work in robotics and virtual reality. Moreover, a formalization of dynamic modeling, based on the state of the art, was adapted and the dynamic parameters optimized and identied for the 8 degrees of freedom motion platform. Several methods of trajectory generation, exploitation of the platform redundancy, have been studied, implemented,and compared. The most e cient particle swarm optimization (PSO) method was chosen. This algorithm is then used to optimize the parameters of the platform controller in sliding mode. The simulator was used for a virtual reality ski application reproducing the Combloux resort in Haute-Savoie dedicated to disabled people. The simulation results show a very good trajectory tracking behavior and a good reduction in terms of oscillations. This work will be continued through the use of multi-sensory human-assisted virtual reality interfaces.